摘要
输电线路走廊日益紧张，输电通道不可避免地经过植被茂盛的高森林火险地区，山火可能导致输电线路相地和相间绝缘强度下降而发生跳闸事故。针对山火条件下直流输电线路绝缘间隙闪络问题，本文从荷电颗粒在间隙中的分布规律和合成电场畸变特性两个角度进行研究分析，通过颗粒荷质比测量试验得到了三种不同目数石墨颗粒的荷质比，通过建立温度场-流体场-颗粒动力场-电场耦合仿真模型得到了不同属性颗粒物在绝缘间隙中的分布规律，并以试验测量结果和仿真数据为基础，通过统计分析得到了火焰条件下绝缘间隙合成电场的畸变特性。 本文搭建了颗粒荷质比测量平台，该平台主要包括颗粒荷电、颗粒收集和荷质比测量三个部分，通过法拉第筒测量颗粒所携带电荷量，高精度电子秤测量颗粒质量，以此计算其荷质比。在试验条件下，共测量了20目、100目、320目三类石墨颗粒的荷质比，测得20目颗粒饱和荷电后荷质比为4.36×10-05C/kg，100目颗粒饱和荷电后荷质比为1.49×10-04C/kg，320目颗粒饱和荷电后荷质比为4.78×10-04C/kg。测量结果发现，在荷电环境相同的情况下，颗粒粒径越小，其荷质比测量值越大，在误差允许范围内，颗粒饱和荷电量测量值与理论公式计算值基本吻合。 以颗粒荷质比测量试验结果为基础，通过建立温度场-流体场-颗粒动力场-电场耦合仿真模型，分析了山火条件下不同属性荷电颗粒物在绝缘间隙中的运动与分布情况。在设定仿真边界条件下，统计了不同粒径、不同荷电极性、不同荷质比三种工况下颗粒物在绝缘间隙中的分布规律。研究结果表明在靠近高压电极的附近区域，粒径在320目范围的颗粒物占比最大，且荷电极性对颗粒的分布有较大影响。根据单个火焰振荡周期内的统计结果，可求解不同分区的空间电荷密度，进一步仿真计算考虑空间电荷密度情况下间隙合成电场的畸变特性，计算结果表明，合成电场最大值比背景电场最大值提高了42.976kV/m，表明当靠近电极区域内的荷电颗粒物聚集到一定程度时对绝缘间隙的背景电场会有较大影响。在同一工况下，通过改变电极的极性，发现合成电场的分布具有明显的极性效应，并且通过合成电场的分布曲线发现电场最大值出现在火焰振荡周期的中间时刻，此时间隙中绝缘强度最低，最容易发生局部放电并发展为间隙闪络。
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