绝缘表面污秽颗粒积聚特性及其对闪络电压影响的研究

作     者：范超 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张血琴

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：绝缘表面 污秽积聚 污秽颗粒粒径 沿面闪络 

摘      要：随着“三型两网,世界一流战略目标的提出,特高压直流输电线路的建设正如火如荼。输电线路外绝缘所处大气环境中有大量污秽颗粒悬浮,大气中污秽颗粒受到静电力的吸附作用,绝缘子表面积污严重,污闪概率大大增加。污秽颗粒之间存在团聚,会对绝缘子表面污秽形貌以及污秽特性产生影响,而污秽形貌又会影响绝缘子的闪络特性。因此研究污秽颗粒的团聚以及粒度分布能够为绝缘子的污秽形貌以及污秽特性的研究提供新的理论依据。同时,研究污秽形貌对闪络电压的影响对于特高压输电线路外绝缘设计以及保障输电线路安全平稳运行具有重要意义。本文自行设计并搭建了人工气雾室自然积污平台,并利用人工气雾室模拟自然雾霾环境。以硅橡胶绝缘片以及钢化玻璃片为研究对象,在直流电压下进行了不同试验环境下(包括电场环境以及试验环境湿度)不同绝缘材料的积污试验,分析了相对湿度、电压等级以及绝缘材料本身对绝缘表面污秽形貌的影响规律,并且通过对不同积污方式下绝缘材料进行闪络试验,探究污秽形貌对不同绝缘材料表面污闪电压的影响。通过试验可以发现,湿度对材料表面积污的影响主要是由对污秽颗粒表面水膜附着程度的影响以及材料自身亲水性能决定的,电场对材料表面积污的影响主要由材料本身存储电荷的能力、污秽颗粒的极化作用以及电凝并效应决定的。电场通过对污秽颗粒基团的极化作用促进污秽基团的团聚,从而影响污秽粒径的大小,不同材料表面由于在电场环境中存在的电荷量的不同对污秽的吸引作用不同,导致材料表面积污量的区别,由于憎水性不同对污秽基团形状的保持作用不同,影响其对污秽的吸引作用,从而影响污秽颗粒的粒径大小以及其在绝缘子表面的分布形貌。同时可以发现,对于材料表面同种盐密的情况下,由于污秽颗粒分布形貌的不同造成污秽颗粒吸水性存在不同,使得表面污层电导率存在不同,进而造成闪络电压存在不同;同时由于憎水性材料表面污闪的短弧特性,使得污秽颗粒表面微观形貌对硅橡胶材料污闪电压的影响更大。以上研究成果探明了不同运行条件下不同绝缘材料污秽形貌的影响因素以及污秽颗粒的团聚、沉积机理,可为特高压直流输电线路外绝缘的设计提供重要理论依据,为外绝缘的防护提供指导。