山火引發(fā)輸電線路間隙放電機理與擊穿特性綜述

山火引發(fā)輸電線路間隙放電機理與擊穿特性綜述摘要：輸電線路受到山火的影響后，線路的絕緣強度顯著降低，這是由于在火焰高溫影響下可以擊穿線路，使得導電率顯著提升，造成線路跳閘，進而威脅電網(wǎng)安全，以上現(xiàn)象與發(fā)生山火存在直接關(guān)系，不加以干預會威脅群眾的生命財產(chǎn)安全。本文從線路間隙放電的基本原理入手，討論輸電線路具備的擊穿特性，希望對相關(guān)研究帶來幫助。關(guān)鍵詞：山火；輸電線路；間隙放電機理；擊穿特性近年來我國多處林區(qū)電網(wǎng)受到山火威脅，進而出現(xiàn)大規(guī)模的間隙放電，當前輸電線路具有覆蓋面廣、線路通道長的特征，部分線路穿越茂密的林區(qū)。如果在這些地區(qū)的輸電線路管理疏忽會暴露在山火之下，會出現(xiàn)跳閘或者絕緣強度降低等情況，影響電力的正常輸送，這就要求相關(guān)部門分析線路擊穿特性和間隙放電機理，以此提升防火能力。一、線路間隙放電的基本原理當前情況下，諸多電網(wǎng)設(shè)置在植被生長茂密的林區(qū)，所以受到山火的威脅性更大，要求對山林地區(qū)的線路設(shè)置加強管理，明確線路擊穿特點以及線路放電特征的差異性。從間隙放電的角度出發(fā)，山火擊穿輸電線路的狀態(tài)具有不確定性，所以需要建立相關(guān)模型。當前線路間隙放電主要利用熱游離模型、空氣密度模型、顆粒觸發(fā)模型和電導率模型，在全面構(gòu)建模型的前提下對線路研究能夠分析間隙放電的有關(guān)要素，其中主要考慮到火焰溫度、灰燼顆粒、電導率，以上三方面因素會不同程度的影響絕緣強度，特定情況下線路會出現(xiàn)跳閘情況。輸電線路在大氣環(huán)境下可能會受到溫度、濕度、氣壓以及其它因素的影響，比如溫度升高、空氣密度下降或者氣壓下降會影響間隙絕緣強度，當線路間隙達到相關(guān)條件時，比如電子吸附碰撞過程、電子自由形成空氣密度都會產(chǎn)生不同影響。通過上述要素與擊穿特性之間的關(guān)系分析，閃絡(luò)電壓主要受線路溫度的影響，所以需要利用空氣密度模型進行全面分析[1]。二、輸電線路具備的擊穿特性對于輸電線路來說，其主要作用在于提供電力資源，比如滿足城市、鄉(xiāng)村等地區(qū)人們用電需求，不過近年來部分輸電線路受到山火等因素的影響導致整條線路的運行效能不足，所以需要對輸電線路的山火威脅進行防控，因地制宜的加強保護，其中包括以下措施：（一）線路導電率間隙放電的特性本質(zhì)上取決于粒子總數(shù)、粒子密度和離子種類，處于正常大氣狀態(tài)下線路放電現(xiàn)象與流柱存在直接關(guān)系。結(jié)合流注放電原理，前端電場和空間電荷也存在著密切關(guān)系，以上兩個要素都對間隙擊穿特性產(chǎn)生影響。此外，火焰溫度的上升也會增強電子水平，出現(xiàn)高強度的可見光輻射以及紫外線輻射，這是由于林區(qū)中含有大量纖維素，而火焰當中含有大量的電子和離子，因此會在客觀上增加電導率。間隙的放電特征和間隙之間的離子種類密度相關(guān)，其中流柱是放電的主要過程。在火焰燃燒的過程中，紫外線輻射以及可見光能夠體現(xiàn)出火焰分子，電子激發(fā)過程隨著電子和離子的產(chǎn)生導致火焰在電場作用下容易出現(xiàn)放電和擊穿。從電荷主要來源的角度講通常來講，火焰平衡狀態(tài)下如果含有堿金屬鹽，那么堿金屬的熱電離成為了電離主要來源，盡管含量極少，但是依然可以產(chǎn)生大量電子。堿金屬在植被無機鹽成分下，鉀鹽占有較大比例，如果植被鉀鹽的質(zhì)量分數(shù)達到3.4%，這些鹽分會以離子或者有機結(jié)構(gòu)結(jié)合的形式存在。營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)證實當植被燃燒效率達到98%，鉀鹽當中的28%處于離解揮發(fā)狀態(tài)。從電荷影響的角度講，植被燃燒過程中化學反應和堿金屬熱電離會產(chǎn)生大量電子。由于火花放電電流比離子提供的電流大，火焰需要足夠電壓產(chǎn)生電子和離子，以此保證電弧發(fā)展[2]。（二）火焰溫度受到火焰灼燒的影響，輸電線路當中的部分堿土金屬以及植被會迅速燃燒，導致電荷影響顯著。究其原因，主要在于堿土金屬受到熱電力的作用出現(xiàn)電子能量增加，導致當前電流密度的特性受到影響，所以說在保護輸電線路的過程中需要考慮到基本的電弧強度，火焰自身的導電特征也會受到外界電場的影響。電氣擊穿與電壓、溫度、濕度等大氣條件密切相關(guān)，這是由于大氣壓強、濕度、溫度對空氣密度以及電子自由行程產(chǎn)生影響，比如溫度升高或者壓強降低而造成間隙絕緣強度下降。近年來由于海拔升高造成間隙擊穿電壓下降成為研究熱點。相關(guān)人員對空氣和間隙放電的關(guān)系進行了分析，利用空氣密度模型證實在同一空氣間隙下閃絡(luò)電壓與溫度密切相關(guān)，并且火焰中的氣體密度會隨著溫度上升而下降。還有相關(guān)人員在高溫狀態(tài)下分析了雷電沖擊，沖擊電壓與溫度之間的關(guān)系證實，在雷電沖擊下隨著間隙沖擊電壓溫度的上升而下降，還要相關(guān)人員對空氣溫度影響導電直流電暈特性進行分析，在零下15-40℃溫度條件下，如果濕度不變化，隨著溫度升高下調(diào)導線的起暈電壓發(fā)現(xiàn)空氣溫度和起暈電壓存在線性關(guān)系。此外，在氣壓條件不變的情況下溫度升高對放電影響體現(xiàn)在以下方面：其一，是增大電荷數(shù)量?；鹧娓邷啬軌虼龠M電離與熱電離碰撞，增加火焰當中帶電粒子數(shù)量；其二是電暈起始電壓下降。如果氣體溫度發(fā)生變化，密度也會隨之變化，導致電子平均自由行程發(fā)生改變。高溫狀態(tài)下的電子在電場當中強度下降隨著溫度升高以及空氣密度下降，會導致電壓以及電暈起始場強下降；其三，擊穿電壓的極性效應。當火焰溫度較高時，擊穿電壓的極性效應十分明顯。處于正負極性電壓條件下，溫度會對擊穿電壓以及起暈電壓的影響存在差異[3]。（三）顆粒影響在擊穿特性當中顆粒主要是受到介電常數(shù)和電導率的影響，如果把顆粒放置到氣態(tài)介質(zhì)、液態(tài)介質(zhì)、固態(tài)介質(zhì)當中會導致電導率差異性較大，隨之絕緣性也會存在很大差異。具體說來：部分顆粒自身導電性顯著，所以更容易觸發(fā)放電，該情況下會降低間隙絕緣強度。此外，顆粒自身的電導率以及介質(zhì)常數(shù)需要符合相關(guān)規(guī)律，在部分介質(zhì)內(nèi)部微小顆粒會觸發(fā)放電，使得絕緣設(shè)施的絕緣強度迅速下降[4]。當固體液體和氣體絕緣介質(zhì)引入帶有電導率的顆粒之后，介質(zhì)的絕緣性會出現(xiàn)明顯變化，比如處于真空狀態(tài)下容易觸發(fā)放電。從電場的畸變作用角度分析，顆粒進入間隙之后會導致顆粒附近的電場形變，還會對附近的電荷吸附，進而觸發(fā)放電。顆粒在電場中的荷電機理受到顆粒粒徑的影響，如果半徑大于0.5微米，那么電場和電起到主要作用；如果顆粒半徑小于0.2微米，擴散荷電發(fā)揮主要作用；當數(shù)值處于0.2-0.5微米之間需要同時考慮，結(jié)合顆粒觸發(fā)放電以及顆粒粒徑因素，山火當中的炭黑以及灰燼粒徑普遍大于0.5微米。結(jié)束語：綜上所述，在當前的電網(wǎng)建設(shè)過程中，架設(shè)輸電線路需要避免山火隱患。因此在實踐的過程中，必須考慮到線路間隙放電特征以及線路的擊穿特征。當?shù)亓謽I(yè)部門需要采取多種措施減少山火發(fā)生與蔓延，以此保護林業(yè)資源，確保群眾的正常用電。參考文獻：[1]林登旅.山火引發(fā)輸電線路間隙放電機理與擊穿特性綜述[J].數(shù)字化用戶，2018，24(10):68.[2]楊旗，曾華榮，黃歡.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸電線路隱患預放電識別研究[J].電力大數(shù)據(jù)，