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封閉母線槽內(nèi)空間電荷對電場分布及絕緣性能的影響
更新時間：2016-04-26
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電力是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，必須先行。在展望今后30年我國電力系統(tǒng)的發(fā)展時，大電流封閉母線槽是關(guān)鍵技術(shù)之一。通常大電流封閉母線都采用強迫風(fēng)冷的措施以降低封閉母線溫升和減小封閉母線面積。但這也隨之帶來了問題：在強迫風(fēng)冷大電流封閉母線中高速流動的氣體在封閉母線內(nèi)循環(huán)流動，與母線、外殼、支持絕緣子等摩擦產(chǎn)生離子，另外還有熱發(fā)射、局部放電等原因產(chǎn)生離子；同時由于封閉母線導(dǎo)體由多段母線組成，接頭焊縫可能加工不良，以及封閉母線運輸和運行期間的機械振動均可能使封閉母線中存在金屬粒子。氣體離子和金屬粒子隨著氣流流動會在封閉母線中形成空間電荷，當(dāng)電荷密度達(dá)到一定值時，會引起母線的擊穿或閃絡(luò)，從而造成嚴(yán)重危害
目前，國外某些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)認(rèn)識到這個問題的嚴(yán)重性并已開始進(jìn)行研究。而國內(nèi)，這方面的研究工作才剛剛開始，屬于新的科研課題，本文從“場”的角度出發(fā)，研究封閉母線槽中的空間電荷引起的電場畸變，分析空間電荷對封閉母線絕緣性能的影響，并求出了封閉母線中空間電荷的安全密度范圍。本文的研究內(nèi)容將為封閉母線槽的絕緣設(shè)計提供理論依據(jù)。
空間電荷對絕緣子較遠(yuǎn)處電場的影響。封閉母線槽中存在的空間電荷會使電場發(fā)生畸變。距離絕緣子較遠(yuǎn)處的空間受絕緣子影響很小，可視作同軸圓柱，而絕緣子周圍區(qū)域形狀則較復(fù)雜，本文對這兩種情況分別進(jìn)行考慮，分析空間電荷在多大密度以下才不會引起封閉母線發(fā)生擊穿或閃絡(luò)。遠(yuǎn)離絕緣子處的電場計算及結(jié)果分析，封閉母線槽中距離絕緣子較遠(yuǎn)處的區(qū)域可視作同軸圓柱，由于存在空間電荷，電場用泊松方程表示其中ρ為電荷密度，采用柱坐標(biāo)，則有邊界條件為r=RM，φ=U，RM為封閉母線導(dǎo)體半徑r=RK，φ=0，RK為封閉母線外殼半徑。
絕緣子沿母線徑向剖分時，其周圍區(qū)域發(fā)生擊穿或閃絡(luò)時的電荷密度小于軸向剖分的情況。所以為保證封閉母線正常運行，絕緣子周圍區(qū)域的電荷密度不應(yīng)大于8.0×10-5C/m2.為了使得電荷密度在安全范圍以內(nèi)，應(yīng)該在封閉母線槽中裝配去離子裝置以降低電荷密度，這使得開展風(fēng)冷封閉母線去離子裝置的研究顯得非常重要。
對封閉母線槽中遠(yuǎn)離絕緣子處的電場進(jìn)行了解析計算。為保證封閉母線安全運行，空間電荷密度應(yīng)該保持在-9.2×10-5C/m2以下。
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