一种电力外绝缘湿雪电导特性检测方法

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一种电力外绝缘湿雪电导特性检测方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于输电系统技术领域，尤其是一种电力外绝缘湿雪电导特性检测方法。\n背景技术\n[0002] 随着我国经济结构转型的深化，高附加值高精尖行业的产值逐年增大，这些产业对于电能质量和供电可靠性要求很高。而我国地形地貌复杂，微气象条件多发，导致输电线路绝缘子覆冰雪，大幅降低绝缘强度，诱发绝缘子闪络事故，造成大范围停电事故和经济损失。为避免输电系统受复杂天气环境，如冰雪等自然灾害的影响，亟需对相关问题开展研究，提出对应的防治手段。\n[0003] 输电线路覆雪闪络事故推进了绝缘子覆雪闪络机理研究的进程，可能导致闪络因素的覆雪桥接伞裙、内层融化结冰或特殊气候条件下覆雪形态改变等被关注，而绝缘子覆湿雪电导特性的测量是现场防覆雪及其闪络工作的基础。已有的研究表明，不同电导特性雪的盐分分布存在差异，发生覆雪闪络的概率也不同。目前国内外研究普遍认为，输电线路绝缘子覆冰类型为雨凇时，闪络电压最低，因而闪络概率最大。然而在特殊的气候条件下，覆雪引发的闪络也经常发生。国外相关学者已经发现，不同状态的雪，其泄漏电流发展过程、局部电弧分布和闪络过程有明显区别。含水量很低的雪，即干雪，雪体电阻大，泄漏电流小，产生的焦耳热不足以使雪体融化，绝缘子的状态保持不变，因而闪络电压高。而含水量高的雪，即湿雪，其中的雪水混合物沿着绝缘子的伞裙流，大幅降低绝缘电阻，使绝缘子电场产生畸变，进而产生局部电弧，最后发展至全串闪络，因而闪络电压低，闪络危险大。因此，如何检测电力外绝缘湿雪电导特性是目前迫切需要解决的问题。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、准确度高且使用方便的电力外绝缘湿雪电导特性检测方法。\n[0005] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：\n[0006] 一种电力外绝缘湿雪电导特性检测方法，包括以下步骤：\n[0007] 步骤1、建立电力外绝缘人工气候实验室湿雪环境；\n[0008] 步骤2、建立湿雪体积电导率试验模型；\n[0009] 步骤3、在电力外绝缘人工气候实验室进行湿雪体积电导率检测并计算得到出湿雪体积电导率。\n[0010] 所述步骤1的具体方法为：将人工气候实验室内部温度范围控制在-20℃至40℃，湿雪环境通过一侧的空气雾化喷头对绝缘子进行覆冰水喷淋，降水量和覆冰水粒径由供水量、风速进行调节,人工湿雪的环境参数如下：温度为-3℃，风速为7m/s，降水强度为6.4mm/h，密度为0.13g/cm3。\n[0011] 所述湿雪体积电导率试验模型包括测量电极、绝缘顶盖、保护电极、绝缘圆环、底面和绝缘底座，所述测量电极安装在绝缘顶盖的中部，所述保护电极安装绝缘顶盖的外侧，测量电极和保护电极通过绝缘顶盖连接在一起并保持绝缘；所述绝缘圆环、底面和绝缘底座依次安装在绝缘顶盖的底部。\n[0012] 所述的绝缘顶盖、绝缘圆环和绝缘底座均采用聚四氟乙烯制成；所述的底面由铜材料制成。\n[0013] 所述步骤3的具体方法包括以下步骤：\n[0014] ⑴在电力外绝缘人工气候实验室内安装温控系统，控制气候室内的温度为恒定值并监视器温度；\n[0015] ⑵将湿雪体积电导率试验模型放入气候室内降温，然后开始覆雪；\n[0016] ⑶待覆雪结束后，采集雪样并放入湿雪体积电导率试验模型中，使雪能够均匀填满整个模型；\n[0017] ⑷组装模型并湿雪体积电导率试验模型连接到检测电路上：湿雪体积电导率试验模型与100V直流电源以及4MΩ保护电阻串联，电压表测量保护电阻两端的电压，通过电压值求得模型的电阻，进而计算得到出湿雪体积电导率。\n[0018] 在步骤3中，检测所用仪表均安装在电力外绝缘人工气候实验室外并在电力外绝缘人工气候实验室外读数测量，并且连续记录气候室内的温度和电压表的读数。\n[0019] 本发明的优点和积极效果是：\n[0020] 本发明通过建立电力外绝缘人工气候实验室湿雪环境并将湿雪体积电导率测量模型与检测电路连接在一起，实现电力外绝缘湿雪电导特性检测功能，其作为一套体系完整的试验流程，可指导不同地区不同程度冰雪天气下湿雪电导特性的测量，也为线路防覆雪及其闪络工作提供重要参考。\n附图说明\n[0021] 图1a是湿雪体积电导率测量模型结构图；\n[0022] 图1b是图1的俯视图；\n[0023] 图2是雪闪电压与雪的密度之间的关系图；\n[0024] 图3是雪闪电压与覆雪水电导率的关系图；\n[0025] 图4是湿雪闪络电压的影响因素示意图；\n[0026] 图5是湿雪闪络电压的影响因素示意图。\n具体实施方式\n[0027] 以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：\n[0028] 一种电力外绝缘湿雪电导特性检测方法，包括以下步骤：\n[0029] 步骤1、建立电力外绝缘人工气候实验室湿雪环境\n[0030] 由于降雪具有较强的季节性和地域性特点，自然降雪不易收集，试验中人造雪的产生需要在电力外绝缘人工模拟气候试验室的覆冰(雪)条件下进行。气候实验室内部温度可调节范围应在-20℃至40℃。湿雪环境通过一侧的空气雾化喷头对绝缘子进行覆冰水喷淋，降水量和覆冰水粒径可由供水量、风速进行调节。通过调节以上气候室的环境参数，可实现接近于自然雪的人造雪。覆雪时人工气候室的环境参数设置如表1。\n[0031] 表1 人工湿雪的环境参数\n[0032]\n[0033] 步骤2、建立湿雪体积电导率试验模型\n[0034] 湿雪体积电导率测量模型如图1a及图1b所示。该模型根据M.Farzaneh的电导率测量模型制成。该模型包括测量电极2、绝缘顶盖1、保护电极3、绝缘圆环4、底面5和绝缘底座\n6，所述的绝缘顶盖、测量电极和保护电极按照三电极法制作而成，中部为圆形的测量电极，外部是环形的保护电极，测量电极和保护电极通过绝缘顶盖连接在一起并保持绝缘。所述的绝缘圆环安装在绝缘顶盖的底部，所述的底面安装在绝缘圆环的底部，绝缘底座安装在绝缘圆环的底部，绝缘底座用于保证模型整体对地绝缘。所述的绝缘顶盖、绝缘圆环和绝缘底座均采用聚四氟乙烯制成；所述的底面由导电性能良好的铜制成。本测量模型采用三电极法的原因在于能够最大程度上避免表面电导的影响，同时保证电场高度均匀，测量电极产生的电场线由雪样中穿过，基本上没有边缘效应。\n[0035] 3、在电力外绝缘人工气候实验室进行湿雪体积电导率检测，雪的体积电导率测量在电力外绝缘人工气候室内进行，计算出雪的体积电导率，具体方法如下：\n[0036] (1)在电力外绝缘人工气候实验室内安装温控系统，控制气候室内的温度为恒定值并保持监视。\n[0037] (2)将测量电导率的湿雪体积电导率试验模型放入气候室内降温，然后开始覆雪。\n[0038] (3)待覆雪结束后，用小刀采集雪样放入湿雪体积电导率试验模型中，使雪能够均匀填满整个模型。\n[0039] (4)组装模型并连接检测电路，如图2所示，检测电路包括100V直流100V电压源、电压表和4MΩ保护电阻，湿雪体积电导率试验模型与100V直流电源以及4MΩ保护电阻串联，电压表测量保护电阻两端的电压，通过电压值可以求得模型的电阻，进而计算得到出湿雪体积电导率。\n[0040] 在检测过程中，为了减少外界因素对气候室内温度的干扰，检测所用仪表均在气候室外，可以在气候室外读数测量。实验中，连续记录气候室内的温度和电压表的读数。\n[0041] 使用上述检测方法，可以得到雪的体积电导率随温度的变化曲线，如图3所示。覆雪所用水的电导率为160μS/cm，因此雪中有一定的盐存在，导致雪的熔点低于0℃。而雪的体积电导率在熔点附近出现最大值，可能是在熔点附近雪的内部结构发生了重大的变化。\n[0042] 温度对雪的影响主要体现在微观结构方面。温度的升高会导致冰颗粒的减少及水颗粒的增加，而自由水导电能力更强，故电导率升高；到达熔点后，温度的升高继续减少冰颗粒的含量，并引发大范围的融化，使得自由水中的可溶盐的浓度下降，使得湿雪的导电能力下降。\n[0043] 雪的体积电导率在-2℃-0℃之间出现最大值的意义在于此时雪的导电能力大幅上升，这种状态的覆雪绝缘子更高的几率发生闪络。\n[0044] 雪的体积电导率随密度的变化曲线如图4所示，曲线1和曲线2是不同覆雪水电导率下两次覆雪试验的数据；斜率大的曲线代表覆雪水电导率较高。在每次实验中，首先将电导率测量模型均匀地填满雪，测量在固定温度下的体积电导率；当需要改变密度时，取雪装填到容器中，用塑料板均匀地对雪施加压力，将雪压紧，除去多余的雪，在相同温度下进行电导率测量，从而得到电导率与密度的曲线。图中纵坐标是对数坐标轴，两条曲线的拟合直线的r2值均大于0.97，可以认为电导率的对数与密度为线性关系。\n[0045] 从雪的微观结构的角度分析，当雪的密度增大时，空气的含量大大减小，且雪对电的传导主要发生在水颗粒及冰颗粒的表面，因此密度的增加相当于增加了雪中导电性能良好的冰颗粒及水颗粒的含量，使雪体的导电性能增强，电导率增加。\n[0046] 图5给出了雪的体积电导率与覆雪水电导率的散点图。不考虑两个奇异点，可知雪的体积电导率与覆雪水电导率存在正相关关系。覆雪水电导率反映了覆雪水中的可溶盐含量；在覆雪过程中，可溶盐析出成为盐颗粒，附着在雪体内，成为盐颗粒，增大雪的导电能力。\n[0047] 需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。