先导和绕击(EPRI).doc

6.5.3 先导发展模型 对于一个描述间隙先导发展的微分方程来说，绝缘子上的电压v(t) 是方程的原始数据。发展速率以及耦合关系均建立在试验结果上。通过解微分方程，先导发展模型可得到非标准加压波下更复合实际的击穿特性—尤其是对于空气间隙。在高压闪络过程中，我们对两项时间感兴趣：ts , 流注从两电极发展到整个间隙所需要的时间，以及tl , 先导贯穿整个间隙所需要的时间。 流注发展时间是间隙上平均电压的函数。与50%闪络电压V50相比，Pigini 等人于1989年给出了适用于双极的冲击电压下的流注发展时间预估公式 ，其中的单位为 6.5-3 方程6.5-3中的流注发展时间是介于0.5与2之间的常数。在方程6.5-1中，闪络的流注发展时间与总闪络时间之差提供了一个估计先导发展速率的公式，该公式是电压的函数。对于CFO=560kV/m，由公式6.5-1于6.5-3可得先导发展时间如下所示： 6.5-3A 其中，E是绝缘子串上单位距离的峰值击穿电压，单位为kV/m，先导时间的单位是。先导发展速率dg/dt就是间隙长度除以先导发展时间。图6.5-4显示了对于两个不同长度的绝缘子串，先导发展速度是如何随着电压的增加而增加的。 结果显示，先导至少需要500kV才能发展。同时也表明，间隙越长，平均先导发展速率就更快。 1991年，CIGRE推荐的先导发展过程可如下描述： dg/dt =先导发展速度，m/s k =表6.5-1所示的常数 V(t) =间隙上的电压，kV =先导长度，m =空气间隙长度，m =如表6.5-1所示的击穿场强 CIGRE推荐的E0和k 的取值如表6.5-1所示。 表6.5-1 雷电冲击闪络先导发展模型的推荐取值 项目极性(m/kV2/)E0 (kV/m)气体间隙，柱状绝缘子，长棒复合绝缘子正极性0.8×10-6600负极性1.0×10-6670帽针型瓷以及玻璃绝缘子串正极性1.2×10-6520负极性1.3×10-6600注：上表的极性选择： 雷击塔顶和地线时，极性与雷电流极性相反。 雷直击导线时选择与雷电流相同的极性。 在电磁暂态计算程序或者是其它一些程序中，通常将先导发展速度假定为一个常数以方便应用，但是图6.5-4显示这样的简化可能是不正确的。 图6..5-5给出了CIGRE推荐的先导发展模型与长度为1m的绝缘子串上标 准雷电冲击电压下的参考伏-秒特性。在1.5~4之间，也就是闪络的重要阶段，帽针型绝缘子先导发展的预计强度比实际高了30%，这会导致低估两倍的雷电击穿率。Motoyama 模型在我们感兴趣的阶段与实际吻合得很好，但是随着闪络时间的增加却偏离了参考曲线，也就是在这个阶段，CIGRE模型开始与实际曲线相吻合。 6.5.4 绝缘子击穿强度 雷击闪络都会在绝缘子上产生很高的暂态压降。以一次电流上升率为40kA/的典型二次雷击为例，当其进入暂态阻抗最小为60欧的塔基时，会产生陡度为2400 kV/的电压波。由于相导线的波阻抗可能是塔基波阻抗的3倍及以上，绕击时情况会变得尤为严重。一些对帽针型绝缘子的国家绝缘标准（CSA C411.1，ANSI C29.1）要求对绝缘子进行20次陡度水平为2500 kV/的波前试验以确定合理的长期性能。Morita支持这项建议并提供了单个绝缘子击穿与闪络强度的试验数据。 图6.5-6左侧的绝缘子B有着更长的泄露距离。Morita认为，相比1-10闪络时间内标准雷电冲击强度与干弧的距离之间的关系，在小于0.2的闪络时间内闪络电压与绝缘子泄露距离之间的关系更为紧密。在此次试验中，绝缘子A的击穿强度大于外部闪络强度，因此单次的波前试验不会导致绝缘子的击穿。但是，图6.5-7显示，重复的高陡度冲击波最终会导致绝缘子的疲劳性击穿。在图6.5-7中，V0-4的峰值逐渐加大，重复20次峰值为415kV的冲击会导致2%的击穿率，但是如果电压上升为560kV，击穿比率就上升到了95%。当后续雷击沿着与绕击相同的路径的时候，高压输电线路单导线上单位绝缘距离上出现此范围内的电压强度是很常见的。当绝缘子串上完好绝缘子的数量少于维持安全水平所需要的数量时，较低的电压强度也会击穿劣质陶瓷绝缘子，从而造成整个绝缘子串的毁坏。绝缘子的击穿过程可以这样描述：当电压上升的时间足够短，使得沿着绝缘子表面的空气间隙的伏-秒特性高于绝缘材料的伏-秒特性，从而绝缘子被击穿。绝缘材料的伏-秒特性在时间变短时的伏-秒特性提高很小。 6.6绕击计算 传输线上的架空地线可以看做是水平的闪电终端。架空地线的目的是吸引任何可能击中导