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国内外研究现状
课题1
1.1微气候、微地形对导线及绝缘子覆冰状态影响研究
加拿大学者MasoudFarzaneh通过对位于架空输电线路现场覆冰观测进行分析发现,导线表面的湿增长覆冰速率要远大于干增长;并根据现场观测所得数据建立了导线表面冰棱生长经验模型。
瑞典学者S.M.Berlijn在实验室对不同类型绝缘子表面覆冰雪特性进行了研究。
研究认为绝缘子表面覆冰雪特性主要取决于绝缘子的类型以及雪的含水量,湿雪比干雪更容易在绝缘子表面进行累积。
但是目前的试验室覆冰雪试验结果由于覆冰雪方法与自然覆冰雪相差较大,无法进行对比。
国内外研究学者针对微气候、微地形对绝缘子以及导线覆冰进行了系统的研究,得到了风速、风向、温度、污秽度、绝缘子类型等因素对覆冰状态的影响。
但是由于实验室覆冰方法与自然覆冰仍存在较明显的差异,因此所得的试验结果与自然覆冰对比性不强,且几乎所有学者均单独研究绝缘子或导线覆冰,并没有关注两者覆冰特征间的关系,因此这方面的研究尚属空白。
1.2试验室模拟导线及绝缘子覆冰增长过程研究
覆冰过程中,绝缘子附近悬浮着大量的过冷却水滴,这些水滴在电场作用下会发生极化,沉降过程中会受到电场力的影响。
雨凇覆冰过程中,弱场区的电场对极化后的过冷却水表现为吸引力,会使冰面产生颗粒状的分枝,将有利于过冷却水的吸附,提高覆冰速率;而强场区的电晕放电所产生的焦耳热,将大大延长过冷却水的冻结时间,会降低覆冰速率。
文献在研究导线覆冰时,分析了电场对空间过冷却水滴的极化作用,发现局部强电场区不仅会使空气中的过冷却水滴极化,还可以产生离子风,使冰棱出现倾斜增长的现象。
研究表明,对于干增长的覆冰类型,如雾凇,电场主要表现为吸附作用;而对于湿增长的覆冰类型,如雨凇,覆冰前期表现为电吸附,后期则表现为抑制作用,且场强愈高抑制效果愈明显。
复合绝缘子的覆冰实验中也发现了类似的规律。
在电场力的吸引下,冰棱生长过程中逐渐向复合绝缘子的芯棒弯曲,随着外施电压的增大,沿面泄漏电流会加剧冰棱中的气泡放电,使气泡增大,数量增多。
覆冰过程中,绝缘子伞裙边缘形成大量的桥接冰柱和未桥接冰棱,会改变沿串方向绝缘子的电场分布状态。
Farzaneh采用边界元仿真手段对干增长和湿增长两种覆冰下的电场分布进行了仿真计算,研究结果表明,湿增长覆冰下冰棱尖端场强远高于干增长类型,冰层表面的薄水膜使未桥接冰棱前端的空气间隙承担大幅压降,低介电常数的空气间隙击穿是诱发起始电弧的主要原因。
清华大学贾志东对复合绝缘子冰棱生长特性及其影响因素开展了相关研究。
研究发现,冰凌生长与电场分布相互作用,当尖端最高场强达到30kV/cm时,局部电弧使冰凌生长速度减缓甚至停止;试验过程中沿串泄漏电流大小和局部放电程度受电压、环境温度、覆冰水电导率、降雨强度和染污程度等因素的影响,进而影响冰凌的生长过程和桥接情况,增大施加电压、环境温度、覆冰水电导率、染污程度或减小降雨强度均能延缓绝缘子冰凌生长速度。
舒立春等人在多功能人工气候室对不同风速下的复合绝缘子进行了人工雨凇带电和不带电覆冰试验研究,分析了风速和电场双重作用对冰棱生长、覆冰量、覆冰密度、厚度及闪络电压的影响。
研究表明:
随着覆冰期风速的增大,绝缘子的冰棱长度、倾角、伞面冰厚、覆冰密度和覆冰重量均逐渐增大,在覆冰时间相同的条件下,其闪络电压随着风速的增大而逐渐降低;电场在风速较低时对覆冰参数和闪络性能都有明显的影响,但随着风速的增大,此种影响逐渐变得不明显,在风速较大的条件下可以不考虑电场的影响。
针对覆冰增长过程,研究成果能定性地解释带电覆冰过程中电场对整体覆冰形貌的影响,但对覆冰过程中冰棱的生长过程及其与冰尖电场强度的作用关系尚不明确,未能建立带电覆冰时冰棱生长的理论模型。
1.3绝缘子覆冰程度表征方法研究
研究表明,在众多覆冰类型中,对电力系统危害最大的是雨凇。
因此,对雨凇的研究和防治就显得更加迫切,而本项目绝缘子覆冰研究也主要针对雨凇覆冰。
覆冰程度严重影响冰闪电压,一般认为随着覆冰程度的增加,绝缘子串冰闪电压降低,并呈现饱和特性。
但是国内外各研究单位评估绝缘子串覆冰严重程度的方法不尽相同,主要有直接测量冰厚(测伞裙冰厚以及测冰棱直径等)、测量参考冰厚(旋转/固定圆柱体测冰厚、模拟导线上冰厚)和测冰重(测整串重量增量、测溶水重量)等方法。
1997年,FarzanehM.等人使用旋转参考圆柱棒来衡量覆冰程度,这种装置通过电机带动一圆柱形棒以恒定速率转动,将此装置与绝缘子一起置于冰室中,通过测量其直径的变化,可以衡量绝缘子的覆冰程度,此外FarzanehM.还对Phan等人的观点进行了深入的研究,提出不同的绝缘子类型,其闪络电压随覆冰厚度变化的分界值也不相同。
此后,用旋转圆柱法测量覆冰厚度被各国研究者广泛接受,但是圆柱导体覆冰量主要是反映的是输电线路导线的覆冰程度,却难以反映绝缘子覆冰的真实形态,尤其是绝缘子串冰桥的桥接程度。
根据雨凇覆冰严重程度,有研究将绝缘子覆冰分为四个等级,分别是非常轻、轻度覆冰、中度覆冰和重度覆冰。
尽管在轻度覆冰条件下也有覆冰闪络的相关报道,但目前覆冰地区外绝缘设计仍然参考严重覆冰时的绝缘子融冰闪络电压。
对于绝缘子防冰而言,覆冰生长速度可以更好的评价各种防冰方法的适用范围和效果。
过快或者过慢的覆冰增长速度都会使绝缘子覆冰过程变得不切实际,无法对各种防冰方法作出准确的评价。
重庆大学蒋兴良等人在研究覆冰程度对瓷、玻璃和复合绝缘子交流冰闪特性的影响时,通过监测导体覆冰厚度d和绝缘子覆冰质量m,研究了二者之间的等价关系,并提出对于不同类型绝缘子,导体覆冰厚度d与其覆冰质量m之间的关系为
用上述计算公式得到的覆冰质量的相对误差小于5%。
在对覆冰程度的研究中,除了直接对覆冰重量、厚度等进行测量外,还有研究人员试图从实际条件出发,建立覆冰增长模型,对覆冰程度进行预测。
Imai等认为覆冰强度由介质表面的传热控制。
因此,单位时间单位长度上的雨淞量与空气温度(-T)成正比,而与降水强度无关。
该模型在概念上是正确的,但是覆冰表面的传热还要受到表面粗糙度和蒸发冷却的影响,并且在温度低到-5℃时,湿增长假设很难成立。
因此,在一般情况下,Imai模型高估了导线的覆冰量,而在极端情况下,该模型又会低估了导线的覆冰量。
在经验数据的基础上,Lenhard提出了一个最简单的冰重计算式,每米长导线的冰重M可表为:
一
式中,Hg为整个覆冰过程中的降水量,C3、C4为常量。
该模型非常简略,忽略了诸如风速,气温、温度等对覆冰的影响,认为覆冰量只与降水量有关。
但经验表明,降水量与覆冰量之间的关系很小。
Goodwin在1983年提出一个覆冰模型,该模型假定所有撞击到导线表面的液滴全部被捕获并冻结,即覆冰为干增长过程,单位长度上覆冰的增长率为:
式中,R为覆冰圆柱体半径,W为空气中的液水含量,Vi为液滴的碰撞速度。
该模型假定导线上的覆冰为均匀圆筒形,且在覆冰过程中,导线对液滴收集系数为1。
模型计算中需要用到液滴下落速度Vi,但Vi值很难准确测定。
Chanie同样假设覆冰为干增长过程,但覆冰形状为椭圆形,覆冰导线横截面积为:
式中,Hv为竖直表面上的水层厚度,Hg为整个覆冰过程中的降水量。
在上述覆冰预测模型研究中,其针对导线覆冰的模型建立方法和根据实际情况进行简化、假设的技巧,对绝缘子覆冰程度预测具有重要的启示意义。
但是由于绝缘子类型众多,结构与导线相比更为复杂,因此目前还没有可以对绝缘子覆冰程度进行直接预测的物理模型,因此在目前研究中,直接测量并根据测量数据对绝缘子覆冰程度进行判定依然是主要的思路和方法。
直接测量冰厚法可以较好地反映覆冰严重程度,但当绝缘子串长较长时,不同位置的覆冰情况不同,样本的选择对测量结果的影响非常大,因此操作起来困难,不易实现。
测量参考冰厚方法虽然固定了样本,但影响因素较多。
测量冰重的方法可以在一定程度上反映覆冰严重程度,但属于间接反映覆冰严重程度方式,不能反映不同的覆冰形式及形态的影响。
以上方法各自有优缺点,但都不能和输电线路现场实际绝缘子覆冰的严重程度建立起直接的联系,只具有参考作用和可进行辅助评价。
中国电科院之前主要针对绝缘子重度覆冰开展研究,绝缘子带电覆冰时间长且覆冰状态也特别严重。
然而我国国土东西跨度大,输电线路经过的气候环境状况复杂,不同地区绝缘子冬季覆冰状态以及覆冰程度也不尽相同。
尤其对于特高压绝缘子串长达到9m以上,沿绝缘子串覆冰不均匀等因素也会为冰闪特性研究带来新的问题。
课题2
2.1绝缘子表面污秽对冰闪电压的影响
(1)污秽度对冰闪电压的影响
在覆冰季节,覆冰地区大气中的污秽物积聚于绝缘子表面有两种方式:
一是在覆冰前污秽物已沉积在运行绝缘子表面,二是在冻结前悬浮水汽已溶解或捕获空气中的微小导电粒子。
无论何种积污方式,在融冰过程中冰体表面或冰晶表面的水膜会很快溶解污秽物中的电解质,并提高融冰或冰面水膜的导电率,从而降低覆冰绝缘子串的闪络电压。
1988年,KannusK.和VerkkonenV.等人研究了覆冰水电导率对覆冰绝缘子闪络的影响,研究发现当电导率从110μS/cm上升至1100μS/cm后,覆冰期泄漏电流脉冲发生时间大幅提前,幅值大幅增大;两片悬式覆冰绝缘子串的交流耐受电压与覆冰水电导率的平方根成反比。
1997年,FarzanehM.等人对6片串的悬式绝缘子覆冰闪络研究表明,旋转参考圆柱棒上的覆冰厚度为2cm时,绝缘子串的闪络电压和覆冰水电导率呈负幂指数关系。
2004年,蒋兴良等人对低气压下染污覆冰绝缘子的直流闪络特性进行了研究,其试验结果突出了覆冰前染污对覆冰闪络影响的重要性。
根据其试验结果:
对于表面洁净的绝缘子,增大其覆冰水电导率,其耐受电压没有明显变化。
中国电科院自1990年至今,开展了大量长串预染污绝缘子的自然、人工覆冰试验,其中也采用过不同的覆冰水电导率,但主要为100μS/cm,并采用等值盐密法开展了相关研究,研究表明绝缘子覆冰闪络电压与盐密呈现明确的负相关,即盐密越高,闪络电压越低;采用恒压升降法进行了相关试验,通过对试验数据处理发现用幂函数对两者进行非线性回归,拟合度较高;在外界条件相同情况下,绝缘子的闪络电压与污秽度成幂函数关系。
重庆大学在覆冰水电导率不变的情况下,研究了绝缘子串50%闪络电压U50%与覆冰前绝缘子污染的等值严密之间的关系可以表示为:
(18)
式中:
As为系数,与绝缘子的结构、气压、覆冰厚度有关;b为污秽影响特征指数,与气压、绝缘子结构、覆冰厚度相关,且发现当绝缘子的结构、气压、覆冰厚度等一样时,增大绝缘子覆冰前染污的等值盐密,绝缘子的覆冰闪络电压值下降。
清华大学李智宁以三角覆冰平板为研究对象,通过改变覆冰水电导率,和固体涂层染污进行不同污秽程度对覆冰闪络过程影响的研究。
其研究结果显示,平均闪络电压随覆冰水电导率的升高而降低,呈负幂指数形式。
对于固体涂层法,当绝缘子伞裙边缘存在冰棱时,其闪络电压随污秽程度的增加有明显下降的趋势。
以上研究机构的试验结果在一些方面仍然存在分歧,因此覆冰水电导率和固体涂层法对覆冰闪络过程的影响仍然需要进一步的研究,需要进一步研究表征绝缘子表面污秽度的方法和进一步研究绝缘子表面的污秽度对覆冰闪络特性的影响。
(2)污秽不均匀分布对冰闪电压影响
进行人工污秽试验时,目前国内外大都采用均匀染污方式。
但在实际运行中,绝缘子上下表面污秽的分布是不均匀的。
因此外绝缘设计重点考虑的是伞裙上下表面污秽不均匀分布对绝缘子闪络电压带来的影响。
美国EPRI提出污秽在绝缘子上下表面不均匀分布而引起对绝缘子50%污闪电压U50%的修正公式为:
(110)
式中:
T为上表面的污秽程度,B为下表面的污秽程度,T/B为上下表面污秽分布不均匀的比值。
对于钟罩型绝缘子,K值可取0.48。
通过对多种不同型号绝缘子的试验研究,美国EPRI得出结论:
K的平均值可取0.38。
这一结果为日本NGK和法国SEDIVER所采用。
中国电科院在研究中发现,通用型绝缘子上下表面不均匀修正系数K2不仅决定于上下表面等值盐密比,而且还受等值盐密的影响,即不均匀修正系数K2可表示为:
(112)
式中m=0.2(等值盐密ESDD≤0.1mg/cm2时);m=0.3(等值盐密ESDD>0.1mg/cm2时)。
通过上述分析,发现绝缘子表面的污秽度以及污秽的不均匀分布对覆冰闪络电压都有着很大的影响。
研究结果表明:
1)在应用覆冰水电导率和固体涂层法分析污秽程度对覆冰闪络过程的试验时,各研究机构的试验结果存在很大的分歧,需要对试验方法做进一步的研究。
2)污秽的不均匀分布对冰闪电压的影响鲜有研究,因此下一步的研究需要在不均匀污秽度情况下进行绝缘子的冰闪特性研究。
2.2海拔高度对覆冰闪络电压的影响
普遍结论认为:
随气压降低,染污绝缘的直流和交流闪络电压都会降低,闪络电压U与气压P之间呈非线性关系,如下面的公式所示:
(114)
式中:
P0为海拔0m时的标准大气压,MPa;U0为标准大气压P0时的绝缘子污闪电压,kV;n为反映气压对于污闪电压影响程度的下降指数,他与电压类型、绝缘子形状、污染程度以及施加电压的方法等因素相关。
。
M.Ishii的研究结果表明,标准型和防污性悬式绝缘子的n值分别为0.5和0.55。
与低气压下的交流放电特性相比,直流条件下n值得变动范围为0.137~0.629,试验中大部分n值在0.2左右变化;同交流下n值相比,直流条件下n值普遍较小。
Zhan在低气压条件下,对污秽绝缘子交直流闪络特性进行了大量试验,得出,当盐密从0.03mg/cm2增加到0.2mg/cm2时,特征值也随着增加。
污秽度相同时,交流条件下的气压影响特征指数比直流条件下大。
绝缘子的形状对特征指数有明显的影响,并给出了电压较正公式:
(115)
其中,
,利用泰勒公式展开上式并舍去高阶项可得:
(116)
式中:
V0和V分别为绝缘子在标准气压下和实际气压下的闪络电压;P0和P标准电压和实际电压。
清华大学通过大量的污闪试验结果分析以及公式推导,提出了海拔高度和闪络电压之间的线性关系式可以表示为:
(118)
式中U0为海拔高度0m时污闪电压,kV;U为海拔高度H时的污闪电压,kV;H为海拔高度,km;k为反映随海拔高度升高污闪电压下降的斜率。
从物理意义的角度来讲,海拔高度每升高1km,污闪电压就下降k倍。
k能简单明了的表示出随海拔的升高污闪电压的下降程度。
因此,由于对工程设计而言,污闪电压和海拔高度线性关系式使用起来更方便,而且下降斜率k有明确的物理意义,能更明显的表示出海拔高度对污闪电压的影响。
国外只有前苏联、日本、加拿大、瑞典等国曾做过一些高海拔外绝缘污闪特性问题的研究,对于高海拔外绝缘冰闪特性则只有加拿大等国做过类似研究。
加拿大M.Farzanch等人研究了海拔对覆冰绝缘子交直流闪络电压的影响,试验得出:
气压对最低闪络电压Umf有显著的影响。
由于气压对冰闪影响与对污闪影响相似,因此本报告将借鉴绝缘子污闪的海拔修正方法。
将各种绝缘子的气压下降特征指数n归算到覆冰电压海拔修正系数k,如表16所示。
表16不同条件下覆冰电压海拔修正系数
试品
k(AC)
k(DC)
研究单位
XP-16
0.046-0.074
加拿大
XP-7
0.055-0.105
0.044-0.089
重庆大学
XP-160
0.044-0.086
—
XWP2-160
0.042-0.077
—
XZP-160
—
0.044-0.075
LXZP-210
—
0.052-0.062
XZWP
—
0.078-0.218
XZP-210
—
0.044-0.054
FXBW-10/70
0.062-0.073
—
FXBW-25/100
0.075-0.111
—
FXBW-35/100
0.074-0.089
—
综上所述,国外虽然做过一些试验研究,但所作研究为小尺寸绝缘子的冰闪试验结果。
国内对高海拔条件下绝缘子染污放电以及覆冰闪络所作研究,主要是在学校的小尺寸试验装置中完成的。
随着海拔高度升高,绝缘子污秽和覆冰闪络特性都将发生变化,工程高海拔和重覆冰综合复杂条件,对绝缘子串配置也提出了新的要求,需要开展深入的试验研究。
2.3绝缘子串型对覆冰闪络电压的影响
通过改变绝缘子串的布置方式有效提高冰闪电压,目前主要采用耐张串、V型串或者倒V串来代替悬垂串的方法,这种方法对各种绝缘子均适用。
这样的悬挂方法使得冰棱难以桥接相邻伞裙,避免形成沿干弧距离的闪络通道,从而提高冰闪电压。
国内外对插花布置、V型或倒V型布置等开展了大量的研究:
文献[26]研究结果表明V型串比I型串的闪络电压高70%。
文献[27]通过对不同布置方式的绝缘子串覆冰交流闪络特性进行研究得出由于不同布置方式下覆冰的差异和伞裙间距增加而改变了绝缘子的覆冰特性,使得绝缘子串的布置方式对其交流覆冰闪络特性影响很大,因此V型串的交流覆冰闪络电压比同长度的悬垂串的闪络电压高,而水平布置的闪络电压又比V型布置的闪络电压高;文献[28]研究表明冰闪电压与绝缘子串布置方式有关,水平布置时冰闪电压最高,V型布置方式次之,垂直布置方式时冰闪电压最低。
文献[30]研究了“3+1”组合的4片串绝缘子的覆冰特性,指出间插布置可延长冰棱桥接时间。
文献[31]提出参考盘形悬式绝缘子串采用“3+1”或“5+1”的方式加装增爬裙可提高冰闪电压。
综上,为保证输电线路塔头结构和尺寸不变,采用间插布置方式提高绝缘子串冰闪电压是线路防冰改造比较适用的方法之一。
但采用何种间插布置方式以及大盘径绝缘子的盘径尺寸等如何选择,目前也还没有一个相对统一的标准。
姚森敬等研究发现“V”型串的角度也会对冰闪电压造成影响,其中采用45°角的“V”型串使得冰闪电压提高了1.4倍。
程登峰等人在人工气候室内模拟不同气象条件对不同形式绝缘子串进行了覆冰直流闪络特性研究,其研究结果表明,对于直流闪络,“V”型串绝缘子也有利于提高绝缘子直流冰闪电压。
清华大学在高海拔下对直流绝缘子不同布置方式下的污秽试验结果表明:
重污秽条件下宜使用V型串绝缘子,轻污秽条件下宜使用I型串绝缘子。
加拿大的Schneider在对标准型、防污型瓷绝缘子串及合成绝缘子的交流人工覆冰闪络试验中发现V型串比I型串的闪络电压高70%。
Lee,Nellis和Brown通过对不同布置方式的绝缘子串覆冰交流闪络特性进行研究得出:
V型串的交流覆冰闪络电压比相同长度的悬垂串的闪络电压高,而水平布置的闪络电压又比V型布置的闪络电压高。
随着西电东送、南北互供、全国联网电力发展战略的实施和1000kV特高压交流输电线路、±800kV直流输电线路的建设,覆冰问题将成为影响高压、超特高压输电线路安全运行的严重隐患之一,本文将通过试验分析不同间插布置方式选择对交流覆冰绝缘子串覆冰特性影响,并根据其研究结果提出输电线路绝缘子串型配置的意见。
通常认为双串并联绝缘子串的冰闪电压要低于单串绝缘子,这是出于“串数增加,增大了闪络概率”的考虑。
假设单串绝缘子发生污闪的概率是P0,则根据概率论的知识可知N串并联绝缘子的闪络概率P为
(120)
多串并联时,认为并联各串之间是相互独立并没有差异的,只要在其中某一串上发生闪络则认为双串并联串发生了闪络,同时由于双串并联各串的运行环境、表面污秽度、覆冰情况、所承受电压等因素均一致,因此其冰闪电压U2与各串的冰闪电压Ui以及单串绝缘子的冰闪电压U1满足关系:
U2=Ui=U1。
综上所述,国内外学者针对不同布置方式下的绝缘子冰闪特性进行了大量研究;分析了V型串的角度、I串、插花串对冰闪电压的影响;研究结果发现串型不同对应的闪络电压也不相同,V型串的角度不一样对应的闪络电压也不一样,不同环境条件下绝缘子宜使用的绝缘子串型也不一样。
所以,为了能更好地通过选用合适的绝缘子串的布置方式来有效减少覆冰闪络事故的发生,在特定环境条件下,通过试验对比不同串型绝缘子的覆冰闪络电压,找出特定环境下最优的绝缘子布置有重要意义。
同时,国内外学者对双串并联绝缘子冰闪特性的研究主要针对的是交流或小吨位绝缘子,且有关串间距对并联绝缘子冰闪特性影响的研究也鲜有报道。
课题3
3.1半导体釉绝缘子用于防冰设计
在半导体釉支柱绝缘子上进行的覆冰闪络试验表明相对于普通绝缘子具有提高闪络电压的效果。
当覆冰绝缘子部分冰桥接时,釉层能够降低覆冰空气间隙的压降,防止电弧的形成,提高冰闪电压。
日本研究者新田义孝指出,半导体釉绝缘子对于解决输电线路用绝缘子表面因湿润而引起的闪络问题具有重要意义。
对于氧化锡系半导体绝缘子,有一定的化学稳定性,可防止绝缘子表面附着水分,及其表面放电而引起的劣化现象。
蒋文渊等人对电气化铁道半导体釉绝缘子的运行情况进行了调查,其调查结果表明,两种已分别在线路上运行了15个月和10个月的半导体釉绝缘子,尽管均未清扫过,但没有发生过污闪事故。
苏联研究者列琴科研究了高压瓷绝缘子施以导电性提高的釉层(半导体釉),可提高其在大气污秽地区运行时电气绝缘的可靠性。
关志成等人针对半导体釉绝缘子存在的老化耗能问题,提出了半导体釉与普通电瓷绝缘子的组合方案(S-P组合绝缘子串)。
试验结果表明:
S-P组合绝缘子串表面电位分布更均匀,产生的热量增加,抑制了沿面放电的产生,提高了污闪电压。
易之的翻译文章介绍了一种具有半导体釉的新型钟罩形悬式瓷绝缘子的研制与应用。
这种半导体釉绝缘子用于四项特殊的应用之中,其改进是来自深钟罩形的设计和半导体釉所提供的发热效应。
形状保证了有一个受到保护的表面,这个表面由于发热能够保持住一个干燥带。
相邻片之问外裙间隙很大,也足以防止下雨时雨水的桥接,或者是下雨时冰的桥接,或者是冻结雨时冰的桥接。
这些绝缘子可以改善运行特性,从而可以解决严重的污秽问题,建设新的紧凑化线路,增加线路的载荷和现有线路的升压运行。
半导体釉绝缘子具有表面电位梯度均匀、污闪电压较高等优点,因此在德国、日本、前苏联、泰国等国得到了一定范围内的使用。
在中国,除曾在输电线路上的试运行外,宝(鸡)—绵(阳)25kV单相交流电气化铁道也曾部分地悬挂了半导体釉盘式和棒形悬式绝缘子试运行。
但由于半导体釉绝缘子也存在不足,其釉层涂料电阻的负温度系数较大,泄漏电流进一步升高,构成了发热功率的正反馈作用,因此釉层涂料存在热稳定性差的问题。
早期型号的半导体釉层的热不稳定性,半导体釉绝缘子的造价较高,半导体釉绝缘子长期通过电流,产生持续的热能损耗等原因,半导体釉绝缘子没有在电力系统得到更广泛的运用。
从防冰需求来看,半导体釉绝缘子表面的发热特性对绝缘子覆冰过程具有抑制作用,且从以上研究结果可以看出,覆冰作为一种特殊形式的污秽,其闪络电压也能通过半导体釉绝缘子表面的烘干效应得到提高,从这一角度来看,半导体釉绝缘子应用于防冰工作是可行的。
但在极端天气条件下,其表面发热能否产生持续的防冰效果,以及覆冰桥接了相邻伞裙之后,半导体釉绝缘子的防冰如何,尚需要进行进一步的试验研究和检测。
3.2防冰涂料在输电线路绝缘子上的工程应用研究
电热涂料用于防覆冰除冰主要是用于飞机机翼的防冰/除冰,电力系统目前的现场应用并不是很多。
M.Kamel等人利用碳纤维复合材料制备了一种可用于飞机机翼除冰电热膜。
裘燮纲等人公布了一种新型飞机电热除冰装置,其工作原理主要是周期性地将电能转化成热能热量,通过固壁材料传递到固壁表面,加热、融化表面的冰,在气动力或离心力作用下将冰移除。
蒋兴良等人通过旋转涂覆法,在金属基材上分别涂覆没有掺杂的RTV涂料和掺入炭黑的RTV涂料,并试验研究了这两种涂层的憎水性和覆冰后的脱冰性能,并与无涂层的金属表面进行了对比,研究发现:
在RTV硅橡胶
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