本發(fā)明屬于絕緣子覆雪閃絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于分析濕雪閃絡(luò)性能的試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)輸電線路作為龐大的人造系統(tǒng)，其覆蓋范圍十分廣泛。而雪作為一種常見(jiàn)的天氣現(xiàn)象在我國(guó)大部分地區(qū)都會(huì)出現(xiàn)。雪在輸電線路上的積累可能會(huì)導(dǎo)致架空輸電線的斷線及桿塔的傾倒，積累到絕緣子上還可能引發(fā)絕緣子的雪閃事故，威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。已有的研究表明，不同電導(dǎo)特性雪的鹽分分布存在差異，發(fā)生覆雪閃絡(luò)的概率也不同。

按照雪中含水量進(jìn)行分類(lèi)，雪可以分為干雪和濕雪兩種。研究表明，干雪中含水量幾乎為零，其微觀結(jié)構(gòu)主要由空氣和冰顆粒組成；而濕雪的微觀結(jié)構(gòu)主要由空氣、冰顆粒和水顆粒組成。由于雪中空氣占主要部分，故雪對(duì)外表現(xiàn)出松軟、密度低的特點(diǎn)。干雪主要靠冰顆粒之間的作用力結(jié)合，而濕雪中自由水的存在會(huì)改變顆粒之間的作用力。當(dāng)含水量較低時(shí)，濕雪的結(jié)合比較緊密；當(dāng)含水量較高時(shí)，濕雪的結(jié)合力下降。干雪和濕雪由于含水量的不同，導(dǎo)致二者的電氣性能差異較大。描述雪的特性的參數(shù)主要有體積電導(dǎo)率、密度、介電常數(shù)、含水量、含鹽量、顆粒大小、雜質(zhì)種類(lèi)及特性、晶體結(jié)構(gòu)等。在這些參數(shù)中，體積電導(dǎo)率是表征雪的電氣特性的最重要的參數(shù)。而影響雪的體積電導(dǎo)率的參數(shù)主要是雪的密度(容重)、液態(tài)水含量和鹽含量。

絕緣子的覆雪閃絡(luò)特性一方面與雪自身的電氣性能相關(guān)，另一方面與絕緣子的覆雪量、染污程度、懸掛方式等因素相關(guān)。研究人員在進(jìn)行絕緣子覆雪閃絡(luò)試驗(yàn)時(shí)往往收集自然降雪，通過(guò)人工覆雪的方式堆積到絕緣子表面，采用恒壓耐受法或者均勻升壓法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)串長(zhǎng)在2m到4m的范圍內(nèi)，單位長(zhǎng)度的最低閃絡(luò)電壓約為77kV/m，與絕緣子的形狀無(wú)關(guān)。且覆雪絕緣子串在交流電壓及直流電壓下的耐受電壓特性差異很小，在計(jì)算單位長(zhǎng)度的雪閃電壓時(shí)，二者幾乎相同，可以認(rèn)為交流電壓和直流電壓對(duì)絕緣子的雪閃特性沒(méi)有影響。

目前在絕緣子覆雪閃絡(luò)研究領(lǐng)域，關(guān)于雪的電氣特性與絕緣子覆雪閃絡(luò)的試驗(yàn)較少，而大部分集中在絕緣子的覆雪量、染污程度等因素的影響。因此，如何有效地對(duì)絕緣子覆雪閃絡(luò)特性進(jìn)行分析是目前迫切需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、準(zhǔn)確度高且使用方便的用于分析濕雪閃絡(luò)性能的試驗(yàn)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種用于分析濕雪閃絡(luò)性能的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

步驟1、在人工氣候室內(nèi)安裝測(cè)溫系統(tǒng)，并控制氣候室內(nèi)的溫度為恒定值；

步驟2、將矩形平板模型放入人工氣候室內(nèi)降溫；

步驟3、對(duì)矩形平板模型進(jìn)行覆雪操作，然后進(jìn)行人工裝填，將濕雪填滿矩形平板模型；

步驟4、拆除矩形平板模型的兩個(gè)擋板，并放入電力工頻加壓閃絡(luò)裝置內(nèi)的隔離箱內(nèi)進(jìn)行雪閃試驗(yàn)。

所述電力工頻加壓閃絡(luò)裝置由控制端、試驗(yàn)變壓器和隔離箱組成，該試驗(yàn)變壓器的最高輸出電壓100kV。

所述矩形平板模型由底板、一對(duì)電極板、一對(duì)擋板、一對(duì)接線柱4和玻璃板構(gòu)成，一對(duì)電極板和一對(duì)擋板安裝在底板上構(gòu)成矩形箱體結(jié)構(gòu)，電極板與擋板通過(guò)螺栓方式安裝在一起，一對(duì)接線柱安裝在兩個(gè)電極板的外側(cè)，玻璃板安裝在底板的上表面。

所述底板由聚四氟乙烯材料制成，擋板和電極板均由銅板制成。

所述步驟4的具體試驗(yàn)過(guò)程為：通過(guò)控制端加壓進(jìn)行矩形平板模型的覆雪閃絡(luò)，加壓時(shí)采用均勻升壓法，同時(shí)記錄裝雪前后模型的質(zhì)量、覆雪水電導(dǎo)率數(shù)據(jù)。

在試驗(yàn)時(shí)，測(cè)量所用儀表均安裝在人工氣候室外并在人工氣候室外讀數(shù)測(cè)量，并且連續(xù)記錄氣候室內(nèi)的溫度和電壓表的讀數(shù)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

本發(fā)明使用電力工頻加壓閃絡(luò)裝置以及矩形平板模型對(duì)絕緣子覆雪閃絡(luò)性能進(jìn)行試驗(yàn)，能夠根據(jù)雪的的電氣特性，測(cè)量雪的體積電導(dǎo)率，同時(shí)從表征雪的特性的重要參數(shù)，如密度、鹽含量等入手，得到降雪凍雨等惡劣天氣對(duì)電力外絕緣特別是輸電線路絕緣子的電氣承受能力，能夠作為一套體系完整的試驗(yàn)流程，指導(dǎo)不同地區(qū)不同程度冰雪天氣下濕雪閃絡(luò)性能分析，具有可靠性高、使用方便等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1a是本發(fā)明的矩形平板模型結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖1b是本發(fā)明的矩形平板模型結(jié)構(gòu)主視圖(撤掉擋板)；

圖2a至圖2f是矩形平板模型間隙充滿雪時(shí)的濕雪閃絡(luò)過(guò)程示意圖；

圖3a至圖3f是室溫融化5分鐘后的濕雪閃絡(luò)過(guò)程示意圖；

圖4是雪閃電壓與雪的密度之間的關(guān)系圖；

圖5是雪閃電壓與覆雪水電導(dǎo)率的關(guān)系圖；

圖6是濕雪閃絡(luò)電壓的影響因素示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述：

一種用于分析濕雪閃絡(luò)性能的試驗(yàn)方法，是使用電力工頻閃絡(luò)裝置實(shí)現(xiàn)的。該電力工頻加壓閃絡(luò)裝置由控制端、試驗(yàn)變壓器和隔離箱組成，所述試驗(yàn)變壓器的最高輸出電壓100kV，在隔離箱內(nèi)放置有矩形平板模型。如圖1a及圖1b所示，矩形平板模型由一對(duì)電極板1、一對(duì)擋板2、底板5、一對(duì)接線柱4和玻璃板3構(gòu)成，一對(duì)電極板和一對(duì)擋板安裝在底板上構(gòu)成矩形箱體結(jié)構(gòu)，電極板與擋板通過(guò)螺栓方式安裝在一起，可方便地進(jìn)行拆裝，拆除擋板后的矩形平板模型如圖2所示；一對(duì)接線柱安裝在兩個(gè)電極板的外側(cè)，玻璃板安裝在底板的上表面。所述底板由聚四氟乙烯材料制成，擋板和電極板均由銅板制成，并通過(guò)螺釘固定在一起，所述玻璃板用于阻隔雪與聚四氟乙烯材料，防止閃絡(luò)試驗(yàn)時(shí)電弧對(duì)聚四氟乙烯的灼傷，兩個(gè)擋板是可拆卸的，在填裝雪時(shí)固定在模型上，在進(jìn)行閃絡(luò)試驗(yàn)時(shí)拆下，保證兩塊電極板之間的絕緣。

本發(fā)明的用于分析濕雪閃絡(luò)性能的試驗(yàn)方法包括以下步驟：

步驟1、在人工氣候室內(nèi)安裝測(cè)溫系統(tǒng)，并控制氣候室內(nèi)的溫度為恒定值。

步驟2、在進(jìn)行行雪閃試驗(yàn)時(shí)，將矩形平板模型放入人工氣候室內(nèi)降溫，用以保證裝雪時(shí)雪接觸模型發(fā)生融化。

步驟3、使用矩形平板模型進(jìn)行覆雪過(guò)程，然后進(jìn)行人工裝填，將濕雪填滿矩形平板模型。

步驟4、拆除矩形平板模型的兩個(gè)擋板，并放入電力工頻加壓閃絡(luò)裝置內(nèi)進(jìn)行雪閃試驗(yàn)。

在本步驟中，將填滿濕雪的矩形平板模型放入電力工頻加壓閃絡(luò)裝置的隔離箱內(nèi)，通過(guò)控制端加壓進(jìn)行矩形平板模型的覆雪閃絡(luò)?？紤]到在試驗(yàn)過(guò)程中，電弧和溫度都會(huì)引起雪的融化，為了控制單一變量，每個(gè)模型的雪閃試驗(yàn)僅進(jìn)行一次；閃絡(luò)后，重新裝雪進(jìn)行試驗(yàn)。在閃絡(luò)試驗(yàn)中采用均勻升壓法，同時(shí)記錄裝雪前后模型的質(zhì)量、覆雪水電導(dǎo)率等數(shù)據(jù)。

在試驗(yàn)過(guò)程中，為了減少外界因素對(duì)人工氣候室內(nèi)溫度的干擾，測(cè)量所用儀表均安裝在人工氣候室外，可以在氣候室外讀數(shù)測(cè)量，在試驗(yàn)中，連續(xù)記錄氣候室內(nèi)的溫度和電壓表的讀數(shù)。

在具體試驗(yàn)過(guò)程中，矩形平板模型間隙充滿雪時(shí)的濕雪閃絡(luò)過(guò)程詳見(jiàn)圖2a至2f所示。隨著矩形平板模型兩端電壓的升高，首先在電極板與雪之間出現(xiàn)微小電弧，如圖2a所示。此后，極板與雪間的電弧數(shù)量增多并且亮度增加，如圖2b和2c所示。接著，雪內(nèi)部出現(xiàn)紫暈，如圖2d所示，這是雪層中微小的空氣間隙被擊穿產(chǎn)生電弧。在圖2e中，此時(shí)雪中的電弧數(shù)量進(jìn)一步增加，整個(gè)雪體呈現(xiàn)紫色。最后，沿著雪層的下表面出現(xiàn)貫通兩極的電弧，發(fā)生閃絡(luò)，如圖2f所示。

雪的融化過(guò)程會(huì)大幅增加雪中的含水量，同時(shí)會(huì)改變雪的形貌，影響閃絡(luò)過(guò)程。圖3a至3f顯示出了在室溫(約28℃)融化5min后進(jìn)行的閃絡(luò)試驗(yàn)過(guò)程。此時(shí)雪量略有減少，極板與雪之間出現(xiàn)均勻的空氣間隙。在升壓時(shí)，同樣在極板與雪之間的空氣間隙產(chǎn)生電弧，隨后電弧數(shù)量逐漸增多。由于該試驗(yàn)的雪體含水量更高，雪體電導(dǎo)率增大，使得泄漏電流增大，更大的焦耳熱使雪更加迅速地發(fā)生融化，隱約可見(jiàn)在雪中紫色的通路，最后形成貫穿兩極的電弧，發(fā)生閃絡(luò)。

通過(guò)上述試驗(yàn)方法可以看出：濕雪閃絡(luò)與雪的導(dǎo)電能力的聯(lián)系關(guān)系密切，故影響雪的體積電導(dǎo)率的因素，如密度、覆雪水電導(dǎo)率、含水量等同樣會(huì)影響雪閃電壓。雪閃電壓與雪的密度之間的關(guān)系如圖4所示。剔除一個(gè)奇異點(diǎn)，雪閃電壓與雪的密度二者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。而在雪的密度達(dá)到足夠大時(shí)，雪閃電壓出現(xiàn)飽和值，此時(shí)雪的密度再升高時(shí)對(duì)雪閃電壓幾乎沒(méi)有影響。

雪閃電壓與覆雪水電導(dǎo)率的關(guān)系如圖5所示，二者近似呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在覆雪水電導(dǎo)率增大到一定程度時(shí)，雪閃電壓出現(xiàn)了飽和現(xiàn)象。

不同融雪時(shí)間下的雪閃電壓數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1，由于將模型放入工頻閃絡(luò)裝置并接好線路的耗時(shí)約為1.5min，故初始點(diǎn)記為1.5min。通過(guò)表中數(shù)據(jù)可得，在雪融化一定的時(shí)間后，雪中含水量會(huì)逐漸增加，使雪閃電壓出現(xiàn)下降的趨勢(shì)；與密度和覆雪水電導(dǎo)率對(duì)濕雪閃絡(luò)電壓的影響一樣，同樣存在飽和現(xiàn)象。

表1不同融雪時(shí)間下的雪閃電壓

濕雪的密度、自由水含量和形成覆雪時(shí)的覆雪水電導(dǎo)率對(duì)矩形平板模型的濕雪閃絡(luò)電壓均無(wú)直接影響，這三個(gè)因素均是通過(guò)改變濕雪的體積電導(dǎo)率從而間接影響濕雪閃絡(luò)電壓，如圖6所示。

需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于具體實(shí)施方式中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。