正極性長空氣間隙放電過程物理模型研究.pdf

1、空氣間隙的絕緣特性是特高壓輸變電系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵問題之一。目前我國特高壓輸電系統(tǒng)外絕緣設(shè)計中，通過試驗方法獲得長空氣間隙的絕緣特性，而試驗受諸多因素影響，成本高且分散性大，無法為進一步優(yōu)化超、特高壓輸變電系統(tǒng)的外絕緣設(shè)計提供參考；同時，針對特定對象的試驗數(shù)據(jù)，僅適用于改試品，難以推廣到其他試品，缺乏理論模型和分析方法的支撐。本文以正極性長空氣間隙放電過程為研究對象，針對長間隙放電物理模型的建立開展了深入細致的研究。
　　利用正極性長

2、間隙綜合同步觀測平臺，研究了雷電沖擊電壓作用下流注的起始和發(fā)展特性，獲得了流注起始時延與電極曲率半徑和電壓上升率的關(guān)系，驗證了現(xiàn)有模型關(guān)于流注電場對稱分布的假設(shè)?；谂R界體積理論，推導了有效自由電子產(chǎn)生頻率的數(shù)學表達式，通過考慮電極曲率半徑和電壓上升率對初始自由電子出現(xiàn)概率的影響，建立了計及流注起始分散性的流注起始模型，并從理論上給出了流注起始時延滿足Rayleigh分布?；诹髯⒎€(wěn)定發(fā)展臨界電場的概念，提出了確定流注區(qū)域形狀的方法，并

3、采用模擬電荷法建立了能考慮流注區(qū)域的實際形狀和已有空間電荷對放電發(fā)展過程影響的流注空間電荷計算模型。通過與試驗結(jié)果和其他模型進行對比，驗證了模型的合理性。
　　借助觀測平臺，統(tǒng)計分析了操作沖擊電壓作用下先導起始的臨界電荷、暗區(qū)時間和起始電壓，獲得了流注向先導轉(zhuǎn)化所需的臨界電荷，以及暗區(qū)時間和電壓增量隨初始電暈空間電荷量變化的規(guī)律?；诹髯⒏肯葘мD(zhuǎn)化熱電離理論，考慮二次電暈起始過程和初始電暈電荷對轉(zhuǎn)化區(qū)附近電場的屏蔽作用，采用模擬

4、電荷法建立了更為完善的正極性先導起始模型，并用實測結(jié)果驗證了模型的正確性。
　　借助觀測平臺，開展了具有低電壓上升率操作沖擊電壓作用下正極性先導不連續(xù)發(fā)展的試驗研究，獲得了兩種類型的Restrike。同時獲得了正極性先導不連續(xù)發(fā)展階段的先導通道單位長度電荷量。提出了Restrike由三個物理過程組成的機理。引入先導通道去游離時間常數(shù)描述通道電場的演化，基于本文提出的Restrike過程的機理及數(shù)學描述，采用模擬電荷法建立了能考慮R

5、estrike過程的先導發(fā)展模型，并通過試驗結(jié)果驗證了模型的合理性。
　　基于前面的研究成果采用模擬電荷法(Charge Simulation Method，CSM)建立了描述電暈起始、先導起始、流注-先導發(fā)展和最后躍變?nèi)^程的正極性長間隙放電物理仿真模型，以及在全模型的基礎(chǔ)上，通對流注空間電荷計算進行合理簡化，建立了考慮先導路徑隨機性的簡化仿真模型，通過與試驗結(jié)果進行對比，驗證了模型的合理性和正確性。利用本文建立的模型研究了典型