直流融冰刀閘靜觸頭電暈放電現(xiàn)象淺析

廖之旭（中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司柳州局，廣西柳州545000）

直流融冰刀閘靜觸頭電暈放電現(xiàn)象淺析

廖之旭（中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司柳州局，廣西柳州545000）

本文討論了電暈放電的形成機(jī)理及其特征，旨在為研究直流融冰刀閘靜觸頭電暈放電現(xiàn)象提供基本理論支撐；利用紫外成像儀觀測(cè)直流融冰刀閘靜觸頭的放電現(xiàn)象，結(jié)合500kV某變電站融冰刀閘靜觸頭電暈放電現(xiàn)象，根據(jù)該類刀閘靜觸頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及電暈放電基本理論，研究了直流融冰刀閘靜觸頭電暈放電形成的原因，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

融冰；靜觸頭；電暈放電；分析；措施

引言

隨著超高壓電網(wǎng)的發(fā)展，由于設(shè)備電壓等級(jí)高、電氣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，超高壓輸變電設(shè)備上發(fā)生電暈放電現(xiàn)象日益嚴(yán)重，不僅會(huì)產(chǎn)生暈光、無線電干擾和噪音、造成能量損失，還會(huì)腐蝕設(shè)備表面，縮短設(shè)備使用壽命，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。因此，研究超高壓設(shè)備電暈放電成因以及提出相關(guān)抑制電暈放電的措施具有重要意義。本文通過比較分析了直流融冰刀閘靜觸頭電暈放電的形成原因，為今后采取合理的改進(jìn)措施提供依據(jù)。

1 電暈放電的形成機(jī)理及特征

在不均勻電場(chǎng)中，當(dāng)在電極兩端加上較高但未達(dá)擊穿的電壓時(shí)，如果電極表面附近的電場(chǎng)（局部電場(chǎng)）很強(qiáng)，大于電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)（空氣分子的游離強(qiáng)度，一般在20～30kV/cm之間），則電極附近的氣體介質(zhì)會(huì)被局部擊穿而產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象。當(dāng)電極曲率較大，曲率半徑較小的時(shí)候，由于其表面附近場(chǎng)強(qiáng)比較高，很容易發(fā)生電暈放電。距曲率半徑小的電極越近，場(chǎng)強(qiáng)越高。在通常情況下，都是研究曲率半徑很小電極處的電暈放電。在電暈放電中，一般說來，電極的幾何構(gòu)形起著重要作用。電場(chǎng)的不均勻性把主要的電離過程局限于局部電場(chǎng)很高的電極附近，特別是發(fā)在曲率半徑很小的電極附近或大或小的薄層中，氣體的發(fā)光也只發(fā)生在這個(gè)區(qū)域里，這個(gè)區(qū)域稱為電離區(qū)域，或稱之為電暈層或起暈層。電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)跟電極的幾何形狀（曲率半徑）、空氣密度以及電極表面粗糙度有關(guān)。并且，電暈放電的伏安特性是上升的，隨著電壓增加，電暈層擴(kuò)大，電暈電流增大。

2 電暈放電檢測(cè)方法

目前，進(jìn)行高壓設(shè)備電暈放電檢測(cè)最常用的儀器是紫外成像儀。該類儀器通過接收電暈放電產(chǎn)生的紫外光，經(jīng)處理后成像并與可見光圖像疊加，達(dá)到確定電暈放電位置和強(qiáng)度的目的，為電氣設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)提供依據(jù)。

3 紫外成像儀觀測(cè)結(jié)果

500kV某變電站直流融冰刀閘采用的是北京ABB高壓開關(guān)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的EAF/EAF-L型水平伸縮式刀閘，其靜觸頭結(jié)構(gòu)如圖1所示。該類融冰刀閘靜觸頭的端部有兩塊向外彎曲的方形鋁板，觸頭兩側(cè)安裝有兩個(gè)蝶形均壓罩，主要用于均勻電場(chǎng)、降低電磁干擾。

圖1 EAF/EAF-L型直流融冰刀閘靜觸頭結(jié)構(gòu)示意圖

在正常運(yùn)行方式時(shí)，利用紫外成像儀進(jìn)行放電觀測(cè)發(fā)現(xiàn)在刀閘的靜觸頭外彎曲鋁板端部與均壓罩的間隙附近表面處均出現(xiàn)了不同程度的電暈放電現(xiàn)象。隨著電暈的發(fā)展，還伴隨著響亮的放電聲，晚上還可以觀察到一定程度的藍(lán)紫色光暈，如圖2～3所示；其它部位則沒有觀測(cè)到明顯的電暈放電現(xiàn)象。

圖2 500kV甲線BC相融冰刀閘靜觸頭放電現(xiàn)象

圖3 500kV乙線BC相融冰刀閘靜觸頭放電現(xiàn)象

4 原因分析

根據(jù)該類融冰刀閘靜觸頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（如圖1）可知，均壓罩的棱邊與鋁板端部之間存在一定間隙，并且間隙比較小，觸頭兩側(cè)的均壓罩為蝶形開口式。根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)研究（三維有限元方法建立模型）證明，在一個(gè)電場(chǎng)環(huán)境中，對(duì)于等環(huán)徑半管均壓環(huán)，環(huán)體棱邊的曲率半徑較小，場(chǎng)強(qiáng)分布較其它部位要高。據(jù)此可知，該類融冰刀閘觸頭均壓罩棱邊處的曲率半徑較小，特別是靠近間隙處棱邊的電位、電場(chǎng)分布畸變最嚴(yán)重，導(dǎo)致局部場(chǎng)強(qiáng)較大。并且，由于鋁板尖端處的電力線密集，導(dǎo)致電勢(shì)梯度大，電荷密度?大。在其臨近帶電表面處，電場(chǎng)強(qiáng)度E與電荷密度?成正比，因此鋁板尖端附近的局部場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)也較大。

另外，根據(jù)皮克定律，等環(huán)徑圓盤均壓罩環(huán)邊表面的電暈起始場(chǎng)強(qiáng)為：

E0=16.5mδ（1+0.62/√δr）

式中：E0為電暈起始場(chǎng)強(qiáng)（峰值），kV/m；m為導(dǎo)體表面的粗糙系數(shù)；δ為空氣相對(duì)密度，r為均壓罩等效半徑。

由公式知，在均壓罩表面粗糙（粗糙系數(shù)m較?。┑牟课浑姇炂鹗紙?chǎng)強(qiáng)較小，容易發(fā)生電暈放電現(xiàn)象。

綜合上述分析知道，由于該類直流融冰刀閘靜觸頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式不合理、環(huán)體表面不夠光滑，導(dǎo)致靜觸頭鋁板與均壓罩間隙附近表面處局部場(chǎng)強(qiáng)比較高，電暈放電起始場(chǎng)強(qiáng)較低。當(dāng)局部場(chǎng)強(qiáng)值超過電暈起始場(chǎng)強(qiáng)值時(shí)就產(chǎn)生電暈放電，電暈放電火花使環(huán)體表面逐漸破損，電場(chǎng)強(qiáng)度分布越來越高，電暈放電也就越來越嚴(yán)重。分析的結(jié)果與紫外成像儀觀測(cè)到刀閘靜觸頭外彎曲鋁板端部與均壓罩的間隙附近表面處均出現(xiàn)不同程度的電暈放電，而其它部位無明顯放電現(xiàn)象的結(jié)果一致。

5 結(jié)語

通過利用紫外成像儀對(duì)正常運(yùn)行中的直流融冰刀閘靜觸頭進(jìn)行電暈觀測(cè)，并進(jìn)行原因分析，得出以下結(jié)論：

（1）部分直流融冰刀閘由于刀閘靜觸頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致了某些部位局部場(chǎng)強(qiáng)較高，其表面電暈起始電場(chǎng)強(qiáng)度較低。在其尖銳部位或者導(dǎo)體殼曲率半徑較小表面處容易產(chǎn)生明顯的電暈現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)伴隨著響亮的放電聲。針對(duì)此類問題，可以通過改變均壓罩的幾何形狀、尺寸等措施，避免出現(xiàn)尖銳的部位或者曲率半徑小的棱邊，從而提高防暈效果。

（2）直流融冰刀閘靜觸頭導(dǎo)體殼表面粗糙的部位電暈起始場(chǎng)強(qiáng)較小，容易發(fā)生電暈放電現(xiàn)象。據(jù)此，應(yīng)該使導(dǎo)體表面保持光滑，避免出現(xiàn)尖端或毛刺，提高表面電暈放電起始場(chǎng)強(qiáng)值來抑制電暈放電。

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TM85

A

2095-2066（2016）33-0043-02

2016-11-15

廖之旭（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事變電站運(yùn)行值班工作。