封閉母線槽內(nèi)空間電荷對電場分布及絕緣性能的影響
發(fā)布時間： 2016-04-26 點(diǎn)擊次數(shù)： 1896次
電力是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，必須先行。在展望今后30年我國電力系統(tǒng)的發(fā)展時，大電流封閉母線槽是關(guān)鍵技術(shù)之一。通常大電流封閉母線都采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的措施以降低封閉母線溫升和減小封閉母線面積。但這也隨之帶來了問題：在強(qiáng)迫風(fēng)冷大電流封閉母線中高速流動的氣體在封閉母線內(nèi)循環(huán)流動，與母線、外殼、支持絕緣子等摩擦產(chǎn)生離子，另外還有熱發(fā)射、局部放電等原因產(chǎn)生離子；同時由于封閉母線導(dǎo)體由多段母線組成，接頭焊縫可能加工不良，以及封閉母線運(yùn)輸和運(yùn)行期間的機(jī)械振動均可能使封閉母線中存在金屬粒子。氣體離子和金屬粒子隨著氣流流動會在封閉母線中形成空間電荷，當(dāng)電荷密度達(dá)到一定值時，會引起母線的擊穿或閃絡(luò)，從而造成嚴(yán)重危害
目前，國外某些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)認(rèn)識到這個問題的嚴(yán)重性并已開始進(jìn)行研究。而國內(nèi)，這方面的研究工作才剛剛開始，屬于新的科研課題，本文從“場”的角度出發(fā)，研究封閉母線槽中的空間電荷引起的電場畸變，分析空間電荷對封閉母線絕緣性能的影響，并求出了封閉母線中空間電荷的安全密度范圍。本文的研究內(nèi)容將為封閉母線槽的絕緣設(shè)計提供理論依據(jù)。
空間電荷對絕緣子較遠(yuǎn)處電場的影響。封閉母線槽中存在的空間電荷會使電場發(fā)生畸變。距離絕緣子較遠(yuǎn)處的空間受絕緣子影響很小，可視作同軸圓柱，而絕緣子周圍區(qū)域形狀則較復(fù)雜，本文對這兩種情況分別進(jìn)行考慮，分析空間電荷在多大密度以下才不會引起封閉母線發(fā)生擊穿或閃絡(luò)。遠(yuǎn)離絕緣子處的電場計算及結(jié)果分析，封閉母線槽中距離絕緣子較遠(yuǎn)處的區(qū)域可視作同軸圓柱，由于存在空間電荷，電場用泊松方程表示其中ρ為電荷密度，采用柱坐標(biāo)，則有邊界條件為r=RM，φ=U，RM為封閉母線導(dǎo)體半徑r=RK，φ=0，RK為封閉母線外殼半徑。
絕緣子沿母線徑向剖分時，其周圍區(qū)域發(fā)生擊穿或閃絡(luò)時的電荷密度小于軸向剖分的情況。所以為保證封閉母線正常運(yùn)行，絕緣子周圍區(qū)域的電荷密度不應(yīng)大于8.0×10-5C/m2.為了使得電荷密度在安全范圍以內(nèi)，應(yīng)該在封閉母線槽中裝配去離子裝置以降低電荷密度，這使得開展風(fēng)冷封閉母線去離子裝置的研究顯得非常重要。
對封閉母線槽中遠(yuǎn)離絕緣子處的電場進(jìn)行了解析計算。為保證封閉母線安全運(yùn)行，空間電荷密度應(yīng)該保持在-9.2×10-5C/m2以下。
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