緣介質(zhì)表面流注發(fā)展是沿面閃絡(luò)中重要的物理過程，研究介質(zhì)表面流注發(fā)展特性有助于揭示絕緣介質(zhì)和流注放電之間的作用關(guān)系，加深對沿面閃絡(luò)機(jī)制的認(rèn)識。利用光電倍增管測量了絕緣介質(zhì)表面的流注發(fā)展特性，其中被測絕緣介質(zhì)是由兩種厚度為5mm 的絕緣介質(zhì)層層相疊組成的。通過改變被測試品中兩種絕緣介質(zhì)的體積，可以定量的估計(jì)絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)(容性)和表面性能對沿面流注發(fā)展特性的影響。試驗(yàn)中，測量了尼龍和聚四氟乙烯、復(fù)合絕緣材料和聚四氟乙烯兩種組合試品的表面流注穩(wěn)定傳播電場和傳播速度，發(fā)現(xiàn)絕緣介質(zhì)表面性能對流注發(fā)展的影響很大。此外，3 種絕緣介質(zhì)中復(fù)合絕緣材料的表面性能最不利于流注的傳播。

　　引言

　　輸電線路和電力設(shè)備的外絕緣問題影響著電力系統(tǒng)的正常和安全運(yùn)行。隨著特高壓輸電線路的大面積建設(shè)，電壓等級升高后，輸電線路和電力設(shè)備的絕緣問題將更加突出，直接影響著電網(wǎng)的供電質(zhì)量。因此，外絕緣問題一直是電力系統(tǒng)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。

　　絕緣介質(zhì)表面流注的發(fā)展過程是發(fā)生先導(dǎo)和沿面閃絡(luò)前的重要階段，研究絕緣介質(zhì)表面流注發(fā)展過程有助于揭示絕緣介質(zhì)和流注放電之間的相互作用關(guān)系，加深對絕緣介質(zhì)沿面放電機(jī)制的認(rèn)識。目前，國內(nèi)外對空氣中流注的發(fā)展特性進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和仿真研究，而由于絕緣介質(zhì)表面流注的發(fā)展特性的復(fù)雜性，直到現(xiàn)在很多問題都沒有得到解決。Allen 等人研究了不同絕緣介質(zhì)表面流注的發(fā)展特性，發(fā)現(xiàn)絕緣介質(zhì)對流注的發(fā)展特性有很大的影響，并提出絕緣介質(zhì)介電常數(shù)和表面性能(電荷積累和附著、光致電子發(fā)射的能力)是影響沿面流注發(fā)展的重要因素。他們的研究雖然提出了多種影響因素作用于流注發(fā)展的機(jī)制，但是并沒有定量的描述各個因素對于流注發(fā)展作用的大小，因此，不能準(zhǔn)確地說明各個絕緣介質(zhì)表面流注發(fā)展特性存在差異的原因。

　　本文在前人研究的基礎(chǔ)上利用試驗(yàn)定量的描述絕緣介質(zhì)介電常數(shù)和表面性能(電荷積累和附著、光致電子發(fā)射的能力)對絕緣介質(zhì)表面流注穩(wěn)定傳播場強(qiáng)和傳播速度的影響大小。被測試品是由兩種厚度為5 mm 的絕緣介質(zhì)層層相疊組成，通過改變被測試品中兩種絕緣介質(zhì)的體積，實(shí)現(xiàn)了在不改變表面性能的情況下而改變絕緣介質(zhì)整體的介電常數(shù)。試驗(yàn)中，測量了尼龍和聚四氟乙烯、復(fù)合絕緣材料和聚四氟乙烯兩種組合試品表面流注穩(wěn)定傳播電場和傳播速度，定量分析了這3 種絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)和表面性能對流注發(fā)展特性的影響大小。

1、試驗(yàn)裝置及方案

　　試驗(yàn)采用三電極結(jié)構(gòu),絕緣介質(zhì)垂直放置于兩平板電極之間。試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皽y量系統(tǒng)示意圖如圖1所示。圖2 為光電倍增管監(jiān)測尼龍介質(zhì)表面流注發(fā)展過程輸出的波形圖。本文利用光電倍增管主要測量絕緣介質(zhì)表面流注發(fā)展特性參量為流注穩(wěn)定傳播電場、流注傳播速度。具體試驗(yàn)介紹和測量方法見文獻(xiàn)。

圖 1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜏y量系統(tǒng)示意圖

圖 2 絕緣介質(zhì)表面流注發(fā)展的典型波形圖(E=580 kV/m)

　　試驗(yàn)時(shí)，室內(nèi)溫度穩(wěn)定在20 ℃左右，相對濕度保持在65%~70%，氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣。試驗(yàn)中用到了3 種絕緣介質(zhì)，分別是尼龍、聚四氟乙烯和復(fù)合絕緣材料。尼龍的相對介電常數(shù)為5，聚四氟乙烯的相對介電常數(shù)為2.2，復(fù)合絕緣材料的相對介電常數(shù)為3.6。這3 種絕緣介質(zhì)都做成了長為100mm、寬為100mm、厚度為5mm 的正方形板。尼龍和聚四氟乙烯為組合1，復(fù)合絕緣材料和聚四氟乙烯為組合2，分別對這兩個組合進(jìn)行了表面流注發(fā)展特性試驗(yàn)。

圖 3 試驗(yàn)方法示意圖

　　以組合 1 為例具體描述試驗(yàn)過程。如圖3 所示，首先，將20 片尼龍片插入三電極結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行流注試驗(yàn)，通過測量得到流注傳播參數(shù)(流注穩(wěn)定傳播電場和某電場作用下流注傳播速度)。然后，從外側(cè)逐漸將尼龍片替換成聚四氟乙烯片，重復(fù)進(jìn)行流注試驗(yàn)，得到流注傳播參數(shù)。最終，三電極中的尼龍片將被全部更換為聚四氟乙烯片。利用這種方法，就可得到在絕緣介質(zhì)表面狀況不變時(shí)，隨著兩種絕緣介質(zhì)體積比的改變(整體介電常數(shù)改變)的情況下，絕緣介質(zhì)表面流注穩(wěn)定傳播場強(qiáng)的變化規(guī)律。

4、結(jié)論

　　1)定量估計(jì)了絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)(容性)和表面性能對沿面流注穩(wěn)定傳播場強(qiáng)和某電場強(qiáng)度下流注傳播速度的影響。

　　2)介電常數(shù)大的絕緣介質(zhì)表面流注穩(wěn)定傳播場強(qiáng)大，而流注的傳播速度小，其表面流注發(fā)展到后半段時(shí)由于表面電荷造成的電場削弱更嚴(yán)重，發(fā)展受到抑制，此外，介電常數(shù)大的絕緣介質(zhì)表面容易積累電荷，在流注沿介質(zhì)表面發(fā)展時(shí)也更容易發(fā)生電荷的附著，阻礙流注的發(fā)展。

　　3)尼龍介質(zhì)的表面性能與聚四氟乙烯相比更有利于流注的傳播。原因是尼龍介質(zhì)表面光致電子的發(fā)射效應(yīng)遠(yuǎn)大于聚四氟乙烯，可是尼龍介質(zhì)表面電荷積累和對流注頭部電荷的附著效應(yīng)也大一些。不過此時(shí)光致電子發(fā)射效應(yīng)的作用較強(qiáng)，占主導(dǎo)地位，而表面電荷造成的電場畸變和流注頭部電荷附著對流注的抑制作用稍弱一些。

　　4)復(fù)合絕緣材料的表面性能與聚四氟乙烯相比更不利于流注的傳播。原因是復(fù)合絕緣材料表面電荷造成的電場畸變和流注頭部電荷的附著效應(yīng)更大一些，雖然復(fù)合絕緣材料表面光致電子發(fā)射效應(yīng)大于聚四氟乙烯表面，但此時(shí)光致電子發(fā)射效應(yīng)較弱，并未起到很大的影響。

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