变电站电晕放电现象浅析

2022-09-10

电晕放电现象普遍存在于自然界中在超高压及特高压输电线路及变电设备上较常见。电晕放电是气体介质在不均匀电场中的局部自持放电, 是最常见的一种气体放电形式。并不是所有的气体放电都表现为电晕放电形式, 只有在极不均匀电场中的气体, 当场强足够大时, 才会形成电晕。

1 电晕放电现象产生的原因及其带来的影响

1.1 电晕放电实例

2008年7月8日 (当天为雷雨天气) , 变电部110k V巡维班人员在对110k V沙塘变电站户外一次设备进行巡视时发现110k V塘苍线127开关B相CT有间断的陛哩放电声响, 仔细观察发现该相CT变比的连接导电铝排处有间断的微弱蓝色放电光。根据这种现象初步推断110k V塘苍线127开关B相线路可能遭受雷击出现内部故障而导致CT放电。为了弄清事实, 110k V巡维班人员立刻用红外成像测温仪对该两相CT进行仔细的监测和分析, 结果并没有发现这相CT有异常的情况, 因此也可以排除CT内部出现故障而引起CT放电的可能性。但是为了确保设备的安全可靠运行110k V巡维班组织人员加强对这这相CT的巡视和监控, 并多次采用红外成像测温仪进行监测。经过一个月的监测, 并没有发现110k V塘苍线127开关B相CT出现异常情况, 而该相CT发生放电的现象只出现在大雨天气。综合以上的信息我们可以推断:110k V塘苍线152开关B相CT变比的连接导电铝排存在尖端, 遇潮湿天气时出现电晕放电。

1.2 电晕放电机理浅析

电晕放电现象普遍存在于自然界中在超高压及特高压输电线路及变电设备上较常见。电晕放电是气体介质在不均匀电场中的局部自持放电, 是最常见的一种气体放电形式。并不是所有的气体放电都表现为电晕放电形式, 只有在极不均匀电场中的气体, 当场强足够大时, 才会形成电晕, 也就是说只有当极间距离对起晕电极表面最小曲率半径的比值大于一定值时电晕才有可能发生, 若比值小于此值, 气隙将发生火花击穿, 在高压输电线路附近的绝大多数是不均匀电场, 在电场不均匀时随间隙上所加电压得升高, 在大曲率电极附近很小范围内的电场足以使空气发生游离, 而间隙中大部分空气得电场还是很小。于是在大曲率附近很薄一层空气中将具备自持放电 (即外界游离因数不存在, 间隙中得放电仅靠电场作用继续进行下去) 的条件, 放电仅局限在大曲率电极周围很小得范围内, 而整个间隙尚未击穿, 这种放电就成为电晕放电。发生电晕时在电极周围可以看到光亮, 并伴有咝咝或陛哩声。

电晕放电的形成机制因尖端电极的极性不同而有区别, 这主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同所造成的。在直流电压作用下, 负极性电晕或正极性电晕均在尖端电极附近聚集起空间电荷。在负极性电晕中, 当电子引起碰撞电离后, 电子被驱往远离尖端电极的空间, 并形成负离子, 在靠近电极表面则聚集起正离子。电场继续加强时, 正离子被吸进电极, 此时出现一脉冲电晕电流, 负离子则扩散到间隙空间。此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程。如此循环, 以致出现许多脉冲形式的电晕电流。若电压继续升高, 电晕电流的脉冲频率增加、幅值增大, 转变为负辉光放电。电压再升高, 出现负流注放电, 因其形状又称羽状放电或称刷状放电。当负流注放电得以继续发展到对面电极时, 即导致火花放电, 使整个间隙击穿。正极性电晕在尖端电极附近也分布着正离子, 但不断被推斥向间隙空间, 而电子则被吸进电极, 同样形成重复脉冲式电晕电流。电压继续升高时, 出现流注放电, 并可导致间隙击穿。

1.3 电晕放电的危害

气体中的电晕放电具有以下几种危害。

(1) 伴随着游离、复合、激励和反激励等过程而有声、光、热等效应, 表现为发出“嘶嘶”声音, 发出蓝色的晕光以及使周围空气温度升高等。

(2) 在尖极或电极的突出部分, 电子和离子在局部场强的驱动下高速运动, 与气体分子交换能量, 形成“电风”。当电极固定的刚性不够时 (例如悬挂的导线) , 气体对电风得反作用力会使电晕极振动或转动。

(3) 电晕放电会产生高频脉冲电流, 其中还包含许多高次谐波, 对无线电通讯造成干扰。高压输电线路的绝缘子和各种金具上很容易出现电晕, 在坏天气或过电压的情况下, 甚至在整条导线上都有可能出现电晕。随着输电电压的不断提高, 延伸范围不断扩大, 线路上的电晕造成的无线电干扰已经成为很重要的问题。

(4) 电晕放电还使空气发生化学反应, 生成臭氧、氮氧化物等产物, 臭氧、氮氧化物等产物是强氧化剂和腐蚀剂, 会对气体中的固体介质及金属电极造成损伤或腐蚀。

1.4 电晕放电的影响

通常, 输电线路及变电设备的选择, 应使其在最大工作电压下, 导线或变电设备导电体表面最大场强不超过电晕的起始场强。然而, 由于机械损伤 (毛刺、擦伤) 、污秽 (油滴、固体微粒) 、降水 (水滴、露、雪、雨、冰霜) , 使导线表面变得粗糙, 从而导致局部电场强度增加, 使得在电压远比表面无损伤的清洁导线自持放电起始电压低的情况下, 在导线或变电设备导电体上产生电晕放电现象。电力系统中的高压及超高压输电线路导线上发生电晕, 会引起电晕功率损失、无线电干扰、电视干扰以及噪声干扰。对于高电压电气设备发生电晕放电会逐渐破坏设备绝缘性能;电晕放电的空间电荷在一定条件下又有提高间隙击穿强度的作用;当线路出现雷电或操作过电压时, 因电晕损失而能削弱过电压幅值。

2 结语

因此高压输电线路及电力设备应采取有效措施限制或消除电晕放电。高压输电线路应选择足够的导线截面积, 或采用分裂导线降低导线表面电场的方式;高压电气设备导电体表面应保持光滑, 避免有尖端或毛刺, 以避免发生电晕放电, 提高高压电气设备的可靠性。

摘要：电力系统中的高压及超高压输电线路导线上发生电晕, 会引起电晕功率损失、无线电干扰、电视干扰以及噪声干扰。对于高电压电气设备, 发生电晕放电会逐渐破坏设备绝缘性能。电晕放电的空间电荷在一定条件下又有提高间隙击穿强度的作用。当线路出现雷电或操作过电压时, 因电晕损失而能削弱过电压幅值。本文主要对电晕放电现象的原理及其形成机制进行分析和说明, 并对如何有效地防止电晕放电的产生提出了自己的见解。

关键词：电晕放电,极性,效应,气体放电