大直径支柱绝缘子污雨闪络机理及其防治措施研究

Pollution rain flashover is a special form of pollution flashover of insulators. Surface pollution severity can even reach E or F pollution level of large-diameter post insulators or bushings in UHV converter stations. Therefore, it is easy to flashover when encountering rainy weather, and the flashover voltage of pollution rain flashover can be significantly lower than that of pollution flashover. There have been many reports of related accidents in power grid companies. Consequently, the characteristics and mechanism of discharge of contaminated post insulator under rain condition are significantly different from those of traditional pollution flashover and rain flashover. When the pollution rain flashover occurs, rain directly acts on one side of the insulator shed while there is a long dry-zone on the other side, which make the surface of insulator is in a non-uniform moisture state. This leads to the following phenomena, the main discharge form during pollution rain flashover is the breakdown of air gap between sheds caused by water droplets. Meanwhile, the design creepage distance cannot be effectively utilized because of the bridging phenomena, which makes the optimization of shed configuration an effective way to prevent pollution rain flashover. Based on the above considerations, this project will focus on the study of the surface discharge of large-diameter post insulators when pollution and rainfall coexist, and establish the corresponding basic physical and mathematical models. The discharge characteristics and flashover mechanism will also be explored through experimental research and theoretical analysis. Finally, the shed configuration of large-diameter post insulators is optimized to find out the scientific and economical application measures to prevent pollution rain flashover in UHV projects.

污雨闪络是绝缘子污闪的一种特殊形式，特高压电站里的大直径支柱绝缘子或者套管的表面积污通常较重，甚至可达E级污区以上，在遭遇降雨天气时易发生闪络，且闪络电压明显低于污闪电压，相关事故在电网公司已多有通报。因此，污雨闪络的特性与机理是显著区别于传统意义上的污闪的：闪络发生时绝缘表面处在非均匀受潮状态，雨水直接作用于伞裙的一面而在另一面存在较长干区；闪络过程中主要的放电形式是伞沿水滴引发的伞间空气间隙击穿。污雨闪过程中的伞间桥接现象较多，导致设计爬电距离未能得到有效利用，这就使得伞形结构的优化成为防治污雨闪络的有效途径。本项目基于以上考虑，将重点研究大直径支柱绝缘子在污秽和降雨两个因素共同存在时的沿面放电问题，建立相应的基础数理模型，探索放电特性及闪络本质，并提出科学、经济地防治大直径支柱绝缘子污雨闪络的实际应用措施。

绝缘子的闪络是电网运行过程中需极力防治的一种现象。污雨闪络是绝缘子污闪的一种特殊形式，它多发生在特高压电站里表面积污的大直径支柱绝缘子或套管上，当遭遇降雨天气时，雨水和污秽的双重作用使得放电极易产生于绝缘子表面，污雨闪络电压甚至会低于污闪电压，相关事故在电网公司已有通报。污雨闪络的特性和放电机理是有别于传统意义上的绝缘子污闪的：闪络发生时绝缘表面可能处在非均匀受潮状态，闪络过程中的沿面泄漏电流特性与雾中的污闪有较大差异，放电路径也并非完全甚至很少沿着绝缘表面，污雨闪过程中的伞间桥接现象较多，导致设计爬电距离未能得到有效利用，这就使得伞形结构的优化成为防治污雨闪络的有效途径。本项目通过仿真分析、实验研究、理论推导等手段，主要研究了大直径支柱绝缘子污雨闪络机理及其理论模型、污雨闪络的放电特性以及防治污雨闪络的主要措施三个方面的内容。项目所取得的主要结果包括：首先，降雨为绝缘子表面污秽的湿润提供了条件，使得具有较高电导率的伞檐雨滴在闪络过程中扮演着重要的角色。伞檐雨滴改变了绝缘子沿面附近的电场分布，雨滴头部较高的电场强度是导致放电发生的主要诱因，且随着雨滴的形变，伞间空气间隙的击穿成为了污雨闪放电的主要形式，于是伞间的沿面绝缘距离失效，只有通过改进伞裙结构参数，才可以经济、科学地提升大直径支柱绝缘子抵御污雨闪络的威胁。其次，雨水电导率、绝缘子表面污秽程度、淋雨方式、表面受潮程度等关键因素都会对绝缘子污雨闪络电压产生影响，项目通过大量试验获得了宝贵的真型实验数据，并通过对数据的挖掘获得了上述因素的影响规律。最后，项目通过对比分析提出了大直径支柱绝缘子伞形结构的优化方案，为特高压电站提升抵御特殊气候环境的能力提供了可行的思路。随着电网规模的扩大、运行环境的复杂多变，本项目针对大直径绝缘子在雨天绝缘性能的研究有助于人们更好地理解沿面放电现象，对实际的工程应用亦有助益。