绝缘子工频叠加冲击电压下的放电特性

徐肖伟,李小建,孙伟忠,申元

(云南电网公司电力研究院,昆明 650217)

绝缘子工频叠加冲击电压下的放电特性

徐肖伟,李小建,孙伟忠,申元

(云南电网公司电力研究院,昆明 650217)

提出了绝缘子工频电压下叠加冲击电压的合成试验方法。通过对被试绝缘子在工频不同相位点施加冲击电压,得出在工频叠加冲击电压的合成试验条件下,当冲击电压幅值大于工频电压峰值时,电压叠加时绝缘子对地的电压值只跟冲击电压的幅值有关,与工频电压幅值无关的结论。

绝缘子；工频；冲击；合成叠加试验

1 前言

绝缘子闪络是输电线路跳闸的主要原因,排除污闪的因素之外,跳闸的主要导致因素就是雷击线路导致的绝缘子闪络放电。闪络放电时,其作用在线路绝缘子上的电压类型为工频电压叠加雷电冲击电压。

2 试验原理及试验方法

试验电气原理如图1所示：绝缘子的一端接地,另一端持续施加工频电压,冲击发生器使用相位跟踪装置来控制冲击电压的施加时间,可以在工频的零值、正峰值、负峰值等不同的相角时刻施加冲击。

试验方法为：首先固定工频电压的幅值,试验采用单片绝缘子工频电压有效值调整为20 kV,然后再调整冲击电压的触发相位,分别在工频的0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°触发。标准雷电波的电压波形为1.2/50 μs,其幅值为200 kV,如图2所示：

图1 试验原理图

图2 标准冲击电压波形

3 试验结果及分析

分压器采用冲击电压分压器,此分压器可同时测量工频和冲击电压,工频叠加冲击的试验波形如图3所示：波形1为工频叠加的冲击波形图,波形2是相位跟踪装置的内部电源参考电压,在本文试验分析中不予考虑。

图3 工频叠加冲击导致闪络的波形图 (负峰值)

调整冲击电压的峰值,在不施加工频时,加压端对地的电压Up-0的幅值为200 kV,在叠加了20 kV的工频电压时,在工频90°(正峰值)和270°(负峰值)施加,其Up-0的幅值仍然为200 kV,由此可以推断：在雷电冲击峰值高于工频电压的峰值时,绝缘子单端对地 (工频叠加冲击)的电压值为冲击电压峰值。试验结果如下表所示：

表1 不同相位触发时加压端对地电压

冲击电压对工频电压的影响：在冲击电压远远高于工频电压的情况下,如果绝缘子沿面不闪络,其工频电压的波形会出现叠加的脉冲,而没有跌落为0,当冲击电压导致绝缘子闪络时,工频电压持续一定时间的跌落见图3。

图4 270°时触发的电压波形 (工频、冲击)

图5 315°时触发的电压波形 (工频、冲击)

工频电压对冲击电压的影响：以20 kV工频叠加200 kV的冲击为例：以0°、90°(正峰值触发)、270°(负峰值触发)比较有代表性的工况为例：在0度时施加冲击,工频电压为0,冲击电压的波形不受工频电压的影响,其上升从零值基线开始,峰值为200 kV；当在90°触发时,冲击电压的对零基线峰值仍然不变 (200 kV),但是电压开始上升的基线为28 kV(工频峰值)；当在270°触发时,冲击电压的对零基线峰值仍然不变 (200 kV),但电压开始上升的基线为-28 kV (工频负峰值),如图6～图8所示。

图6 0°时触发的冲击电压波形

图7 90°时触发的冲击电压波形

图8 270°时触发的冲击电压波形

从试验中得出结论：绝缘子在承受工频叠加冲击电压时,其加压端对地的电压值由冲击和工频值电压较大的决定。由此也可以将此概念推广到线路绝缘子,当线路绝缘子遭受雷击时,其雷击跳闸的概率跟雷击的时间无关,也就是说在正峰值或负峰值发生雷击无关,其主要还是取决于雷电冲击的幅值及极性。

4 结束语

文中通过试验验证了线路中带电运行的绝缘子在遭受雷击时所承受的电压幅值跟雷电冲击电压值的关系,当雷电冲击电压低于工频电压峰值时,两中电压的叠加值不会高于工频电压的峰值,此种雷击对线路绝缘不会有威胁；当雷击电压高于工频电压时,线路绝缘子承受的最高电压为雷电电压,雷电压的峰值和极性决定了外绝缘的耐受特性,跟雷击瞬态时工频电压的相位 (正负值)无关。

对超高压、特高压的电压等级,由于电晕特性比较明显,不可忽略的是工频预电压对外绝缘闪络的影响,因此,在超高压、特高压的电压等级下,工频叠加雷电冲击的外绝缘闪络特性不仅由冲击幅值决定,同时也会受到工频相位的影响,工频预电压的作用会降低外绝缘闪络的冲击幅值。

[1]GB/T16927.1-2011.高电压试验技术 第一部分：一般试验要求 [S].

[2]GB/T16927.2-2011.高电压试验技术 第二部分：测量系统[S].

[3]李小建.不同500 kV线路悬式绝缘子电气特性对比试验[J].高电压技术,2004,12.

[4]王黎明,刘虹,关志成,等.直流预电压作用下绝缘子冲击击穿特性 [J].高电压技术,2000,10.

[5]黄文武,文习山,胡广生,等.人工污秽绝缘子工频下叠加雷电冲击的闪络特性研究 [J].高压电器,2005,1.

[6]彭波,周卫华,汤美云.污秽绝缘子闪络特性试验研究 [J] .湖南电力,2012,5.

Research on Discharge Characteristic of Insulator with AC Power Superposed Impulse Voltage

XU Xiaowei,LI Xiaojian,SUN Weizhong,SHEN Yuan

(Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217)

This paper proposed insulator’s test method of AC power superposed impulse voltage,applied the impulse voltage at different phase of AC power.Under the condition of above,when the amplitude of impulse voltage greater than AC amplitude,voltage amplitude that insulator afford is relevant with impulse voltage amplitude,and nothing to do with AC power amplitude.

Insulator；AC power；impulse voltage；superposed

TM85

B

1006-7345(2014)02-0022-03

2013-12-15

徐肖伟 (1983),男,硕士,云南电网公司电力研究院,主要从事高电压试验技术研究工作 (e-mail)40858480@qq.com。