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降雨对棒—板短空气间隙直流放电影响的仿真及试验研究

作　者: 刘伟
导　师: 蒋兴良
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 降雨空气间隙降雨强度直流放电特性
分类号: TM85
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着我国输电线路建设的不断加快,运行电压等级的不断提高,强降雨等恶劣气象条件所致的空气绝缘强度下降问题越来越突出。目前,国内外对降雨条件下空气间隙放电特性、放电机制及其影响因素的研究并不全面,特别是降雨对短空气间隙直流放电影响的研究还鲜见报道。因此,本论文对降雨条件下棒―板短空气间隙的正极性直流放电进行了研究。本文通过解析计算得到了均匀电场中雨滴周围的电场分布情况,并讨论了极不均匀电场的情况。然后选取棒―板空气间隙轴对称模型作为基本仿真结构,结合本文构建的雨滴模型,雨滴分布模型以及棒电极末端形成水膜、水滴及水柱模型等,系统地对降雨条件下棒―板短空气间隙正极性直流电场进行了仿真计算,得到了不同降雨条件下棒―板短空气间隙正极性直流电场的畸变程度及其对放电电压的影响。最后,本文还进行了实验室模拟降雨及现场自然降雨下的棒―板短空气间隙正极性直流放电试验,主要验证了有无降雨、降雨强度、棒电极末端是否形成水柱等对棒―板短空气间隙正极性直流击穿电压的影响。此外,还试验研究了雨水电导率以及雨水温度对棒―板短空气间隙直流击穿电压的影响。仿真研究结果表明:雨滴对棒―板短空气间隙正极性直流电场有明显的畸变作用;雨滴表面靠近高压端处场强最大;雨滴内部为场强值接近0的均匀场,场强大小与雨滴尺寸无关;实际形状的雨滴,其尺寸越大,越靠近高压端,引起的电场畸变越严重;雨滴数目越多、大直径雨滴所占体积比越高、总雨滴的占空比越高,棒―板短空气间隙正极性直流电场畸变越严重;棒电极末端形成的水膜、水滴对空间电场的畸变作用很小;棒电极尖端形成的水柱对棒―板短空气间隙正极性直流电场的影响最大。实验室及现场试验结果表明:暴雨时棒―板短空气间隙正极性直流击穿电压比干燥时下降明显;降雨强度与棒―板短空气间隙正极性直流击穿电压之间存在显著的负相关关系;强降雨时棒电极末端形成的水柱能够极大地降低棒―板短空气间隙正极性直流击穿电压;雨水电导率越高,棒―板空气间隙的直流击穿电压越低;此外,雨水温度对棒―板空气间隙的直流击穿电压也有一定影响。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-17
  1.1 论文研究背景意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 降雨对空气间隙放电特性影响的研究  10-13
    1.2.2 空气间隙中存在悬浮体时的电场和放电研究  13-15
    1.2.3 国内外研究现状总结  15-16
  1.3 本文研究的主要内容  16
  1.4 本章小结  16-17
2 降雨条件下短空气间隙放电的主要影响因素分析  17-31
  2.1 降雨条件下短空气间隙放电发展的基本过程  17
  2.2 降雨过程中影响短空气间隙放电的主要宏观因素特征  17-26
    2.2.1 降雨强度  17-23
    2.2.2 雨水电导率  23-24
    2.2.3 雨水温度  24-25
    2.2.4 降雨形成的水柱  25-26
  2.3 降雨过程中影响短空气间隙放电的微观因素分析  26-30
    2.3.1 碰撞电离及碰撞电离系数  26-27
    2.3.2 吸附过程及有效附着系数  27-29
    2.3.3 带电粒子的复合、迁移及扩散过程  29-30
  2.4 降雨对短空气间隙放电影响可能存在的几种比较严重的情况  30
  2.5 本章小结  30-31
3 降雨对棒―板短空气间隙正极性直流放电影响的仿真计算  31-50
  3.1 空间电场中雨滴周围电场的计算  31-33
  3.2 降雨条件下棒―板短间隙直流电场的仿真计算模型  33-39
    3.2.1 棒―板短空气间隙直流电场仿真的基本模型  33-34
    3.2.2 雨滴大小、形状及雨滴分布模型  34-37
    3.2.3 棒电极末端形成的水膜、水滴或水柱模型  37-39
    3.2.4 建模仿真分析的前提假设  39
  3.3 降雨条件下棒―板短间隙直流电场的分布及分析  39-49
    3.3.1 有无雨滴时棒―板空气间隙中电场的变化与影响  39-40
    3.3.2 雨滴大小及形状不同时间隙中电场的变化与影响  40-43
    3.3.3 雨滴分布不同时雨滴周围场强的变化与影响  43-45
    3.3.4 棒电极尖端有水膜、水滴时间隙中电场的变化与影响  45-46
    3.3.5 棒电极尖端有水柱时间隙中电场的变化与影响  46-48
    3.3.6 综合分析比较降雨强度的影响  48-49
  3.4 本章小结  49-50
4 降雨对棒―板短空气间隙正极性直流放电影响的试验  50-62
  4.1 人工气候室模拟降雨下的棒―板短空气间隙放电试验  50-56
    4.1.1 实验室试验装置、试品及方法  50-52
    4.1.2 干、湿及降雨条件下的试验结果及分析  52-53
    4.1.3 降雨强度对棒―板短空气间隙击穿电压的影响  53-54
    4.1.4 降雨形成水柱对棒―板短空气间隙击穿电压的影响  54-55
    4.1.5 雨水电导率对棒―板短空气间隙击穿电压的影响  55-56
    4.1.6 雨水温度对棒―板短空气间隙击穿电压的影响  56
  4.2 现场自然降雨下的棒―板短空气间隙放电试验  56-61
    4.2.1 现场试验装置、试品及方法  56-58
    4.2.2 现场试验结果及分析  58-60
    4.2.3 现场试验与模拟试验结果的比较  60-61
  4.3 本章小结  61-62
5 结论与展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-68
附录  68

降雨对棒—板短空气间隙直流放电影响的仿真及试验研究

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