降雨对棒―板短空气间隙直流放电影响的仿真及试验研究

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。

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1 绪 论

1.1 论文研究背景意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

1.4 本章小结

2 降雨条件下短空气间隙放电的主要影响因素分析

2.1 降雨条件下短空气间隙放电发展的基本过程

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

2.3 降雨过程中影响短空气间隙放电的微观因素分析

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

2.5 本章小结

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

3.1 空间电场中雨滴周围电场的计算

3.2 降雨条件下棒―板短间隙直流电场的仿真计算模型

3.3 降雨条件下棒―板短间隙直流电场的分布及分析

3.4 本章小结

4 降雨对棒―板短空气间隙正极性直流放电影响的试验

4.1 人工气候室模拟降雨下的棒―板短空气间隙放电试验

4.2 现场自然降雨下的棒―板短空气间隙放电试验

4.3 本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

附 录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目目录及获得的奖励