一種有機(jī)材料絕緣件表面炭化通道形成預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣設(shè)備缺陷診斷領(lǐng)域，涉及一種有機(jī)材料絕緣件表面炭化通道形成 預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，許多地方離不開(kāi)絕緣件的應(yīng)用，實(shí)際運(yùn)用的絕緣材料目 前主要有瓷質(zhì)、玻璃、有機(jī)材料這三種。其中由機(jī)絕緣材料制作成的絕緣件存在漏電起痕的 現(xiàn)象，即在絕緣件表面會(huì)形成較小的碳化區(qū)域，在正常工作電壓下這些碳化區(qū)域會(huì)引起絕 緣件表面電流的集中，在局部區(qū)域產(chǎn)生相比正常情況下較大的電流，當(dāng)碳化區(qū)域面積小于 一定值時(shí)，集中的電流所產(chǎn)生的熱量不足以使絕緣件溫度升高到碳化溫度，絕緣件表面的 碳化通道就會(huì)維持現(xiàn)狀，不會(huì)形成碳化通道。反之，當(dāng)碳化區(qū)域足夠大時(shí)，集中的電流所產(chǎn) 生的熱量會(huì)使電流集中的區(qū)域溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到有機(jī)絕緣材料的碳化溫度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致 絕緣件未碳化的區(qū)域碳化，最終在絕緣件表面形成一條碳化通道。當(dāng)碳化通道發(fā)展到將兩 電極橋聯(lián)起來(lái)時(shí)，絕緣件就會(huì)發(fā)生擊穿損壞。
[0003] 因?yàn)槁╇娖鸷鬯a(chǎn)生的事故小則造成區(qū)域性突發(fā)停電，大則導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)供電中 斷。電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，電力企業(yè)具有社會(huì)公用事業(yè)和企業(yè)行為雙重性質(zhì)。因 事故造成供電中斷，會(huì)造成各行各業(yè)生產(chǎn)停頓或癱瘓；產(chǎn)生一系列次生事故，給社會(huì)帶來(lái)危 害、人民生活秩序帶來(lái)嚴(yán)重混亂，給電力部門(mén)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成極壞的政 治影響。為此，必須開(kāi)展針對(duì)絕緣件在正常工作電壓下發(fā)生漏電起痕后其表面碳化通道形 成的研究工作，為運(yùn)行維護(hù)單位及時(shí)制定防范措施提供有效指導(dǎo)，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行， 實(shí)現(xiàn)供電可靠性提高、經(jīng)濟(jì)損失降低和社會(huì)效益同步提高的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：在絕緣件表面出現(xiàn)局部且較小的炭化痕跡后，在正 常情況下，從該漏電起痕點(diǎn)處能否繼續(xù)炭化形成炭化通道以及通道是否會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，無(wú) 法進(jìn)行準(zhǔn)確分析的問(wèn)題，提出了一種有機(jī)材料絕緣件表面炭化通道形成預(yù)測(cè)方法，該方法 思路新穎、流程清晰、準(zhǔn)確率高。
[0005] 有機(jī)絕緣件發(fā)生局部炭化起痕后，絕緣件表面電流會(huì)發(fā)生聚增，在電流與電場(chǎng)的 作用下，會(huì)形成電磁場(chǎng)能量局部集中，產(chǎn)生熱量，同時(shí)該區(qū)域向空中散熱；當(dāng)產(chǎn)熱速率大于 散熱速率時(shí)，造成該區(qū)域內(nèi)某個(gè)方向溫度進(jìn)一步升高，可以使該方向上產(chǎn)生局部碳化，并逐 步形成炭化通道；反之，則不會(huì)形成炭化通道。
[0006] -種有機(jī)材料絕緣件表面炭化通道形成預(yù)測(cè)方法，包括以下幾個(gè)步驟：
[0007] 步驟1 :獲取待預(yù)測(cè)的有機(jī)材料絕緣件初始數(shù)據(jù)；
[0008] 所述初始數(shù)據(jù)包括有機(jī)材料絕緣件電極間尺寸、絕緣件的電阻率、局部炭化區(qū)域 到電極的距離、局部炭化區(qū)域長(zhǎng)度1與寬度d、局部炭化區(qū)域電阻率、環(huán)境溫度tf;
[0009] 步驟2 :基于步驟1獲取的數(shù)據(jù)，利用麥克斯韋方程組，計(jì)算有機(jī)材料絕緣件表面 局部炭化區(qū)域及其離炭化區(qū)域邊緣lcm范圍內(nèi)的區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度E與電流密度J;
[0010] 步驟3 :確定易炭化區(qū)域；
[0011] 從步驟2獲得的電場(chǎng)強(qiáng)度和電流密度數(shù)據(jù)中，找出電場(chǎng)強(qiáng)度最大值；當(dāng)炭化區(qū)域 邊緣的未碳化區(qū)域中的電場(chǎng)強(qiáng)度大于或等于上述電場(chǎng)強(qiáng)度最大值的80%時(shí)，該區(qū)域?yàn)橐滋?化區(qū)域，并獲取該區(qū)域的長(zhǎng)度a和寬度b;
[0012] 步驟4 :根據(jù)步驟1獲得的局部炭化區(qū)域長(zhǎng)度1與寬度d，獲得局部炭化區(qū)域的自 然對(duì)流散熱特征長(zhǎng)度L，L= (l+d)/2 ;
[0013] 步驟5:計(jì)算格拉曉夫值Gp
[0014] 根據(jù)步驟1獲得的環(huán)境溫度tf以及有機(jī)材料絕緣件炭化溫度tw，計(jì)算獲得空氣定 性溫度I，t"= (tf+tw)/2,并依據(jù)干空氣物理性質(zhì)表查詢獲得運(yùn)動(dòng)粘度V、熱導(dǎo)率λ以及 普蘭德數(shù)Pr;
[0015] 上式中，g為引力常數(shù)，取值 9. 8m/s2，β=l/(273+tm)，Δt=tw_tf;
[0016] 表1干空氣物理性質(zhì)表
[0017]
[0018]
[0019] 步驟6 :計(jì)算自然對(duì)流換熱的對(duì)流換熱系數(shù)α
[0020] 其中，NUni=C(G，匕廣，C為第一調(diào)節(jié)系數(shù)，η為第二調(diào)節(jié)系數(shù)，基于格拉曉夫值與 普蘭德數(shù)以及易炭化區(qū)域的形狀和位置，查詢下表獲得C和η的值；
[0021] 表2無(wú)量綱系數(shù)C和η查詢表
[0022]
[0023] 步驟7 :獲取易炭化區(qū)域的產(chǎn)熱功率P:P=Ε·J·V;
[0024] 其中，Ε為易炭化區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度，J為易炭化區(qū)域的電流密度，V為易炭化區(qū)域的 體積，該區(qū)域的厚度取值為0. 1mm，長(zhǎng)度和寬度的取值由步驟3獲得；
[0025] 步驟8 :計(jì)算易炭化區(qū)域與空氣接觸表面自然對(duì)流散熱功率Q:Q= a·b·α· (tw_tf);
[0026] 步驟9 :比較步驟7獲得的產(chǎn)熱功率Ρ與步驟8獲得的自然對(duì)流散熱功率Q，若 (P-Q)為正值，則有機(jī)材料絕緣件的炭化通道將朝易炭化區(qū)域方向持續(xù)形成；否則，則有機(jī) 材料絕緣件的炭化區(qū)域維持現(xiàn)狀，不會(huì)繼續(xù)形成炭化通道。
[0027] 有益效果
[0028] 本發(fā)明提供了一種有機(jī)材料絕緣件表面炭化通道形成預(yù)測(cè)方法，該方法通過(guò)實(shí)際 測(cè)量的絕緣件的相關(guān)參數(shù)計(jì)算絕緣件表面某區(qū)域在正常電壓作用下的產(chǎn)熱量和自然對(duì)流 條件下的散熱量，比較兩者的大小，當(dāng)產(chǎn)熱量大于自然對(duì)流的散熱量時(shí)，即將進(jìn)一步形成炭 化通道；計(jì)算簡(jiǎn)單、判斷結(jié)果準(zhǔn)確；該分析計(jì)算方法可用于設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作中，可以確定 絕緣件的維修策略，及早維護(hù)相關(guān)器件，極大的降低了維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)和成本；為防止因絕緣件碳 化通道形成造成設(shè)備損壞事故，制定有效的反事故措施，提供了供理論依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為本發(fā)明所述方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0031] 如圖1所示，一種有機(jī)材料絕緣件表面漏電起痕的分析計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0032] 實(shí)施例1:
[0033] (1)根據(jù)有機(jī)絕緣件的實(shí)際情況，得到絕緣件電極間尺寸250mm、絕緣件所用材料 電阻率IX1〇13Ω·πι，局部炭化區(qū)域到電極的距離30mm，局部炭化區(qū)域長(zhǎng)度1 =lcm與寬度 d= 2mm以及局部炭化區(qū)域電阻率2. 4Ω·m，環(huán)境溫度tf= 30°C。
[0034] (2. 1)利用麥克斯韋方程組，通過(guò)絕緣件電極間尺寸、絕緣件材料電阻率、局部炭 化區(qū)域到電極的距離、局部炭化區(qū)域長(zhǎng)度與寬度、局部炭化區(qū)域電阻率等參數(shù)，計(jì)算出絕緣 件表面局部炭化區(qū)域及其周圍區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度E與電流密度J。
[0035] (2.2)利用步驟（2.1)中得出的電場(chǎng)強(qiáng)度E與電流密度J的值，再根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度 大于或等于最大電場(chǎng)強(qiáng)度的80%的準(zhǔn)則，找出未炭化的區(qū)域A，并計(jì)算出區(qū)域A的長(zhǎng)度a= 1mm，寬度b= 1mm，得出區(qū)域A的電場(chǎng)強(qiáng)度EA與電流密度IAIA。
[0036] (2. 3)根據(jù)局部炭化區(qū)域的長(zhǎng)度1與寬度d得出局部炭化區(qū)域的自然對(duì)流散熱特 征長(zhǎng)度L= 6_。
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