直流融冰刀闸静触头电晕放电现象浅析

廖之旭（中国南方电网超高压输电公司柳州局，广西柳州545000）

直流融冰刀闸静触头电晕放电现象浅析

廖之旭（中国南方电网超高压输电公司柳州局，广西柳州545000）

本文讨论了电晕放电的形成机理及其特征，旨在为研究直流融冰刀闸静触头电晕放电现象提供基本理论支撑；利用紫外成像仪观测直流融冰刀闸静触头的放电现象，结合500kV某变电站融冰刀闸静触头电晕放电现象，根据该类刀闸静触头的结构特点及电晕放电基本理论，研究了直流融冰刀闸静触头电晕放电形成的原因，并提出了相应的改进措施。

融冰；静触头；电晕放电；分析；措施

引言

随着超高压电网的发展，由于设备电压等级高、电气结构复杂，超高压输变电设备上发生电晕放电现象日益严重，不仅会产生晕光、无线电干扰和噪音、造成能量损失，还会腐蚀设备表面，缩短设备使用寿命，对电网安全稳定运行构成威胁。因此，研究超高压设备电晕放电成因以及提出相关抑制电晕放电的措施具有重要意义。本文通过比较分析了直流融冰刀闸静触头电晕放电的形成原因，为今后采取合理的改进措施提供依据。

1 电晕放电的形成机理及特征

在不均匀电场中，当在电极两端加上较高但未达击穿的电压时，如果电极表面附近的电场（局部电场）很强，大于电晕放电的起始场强（空气分子的游离强度，一般在20～30kV/cm之间），则电极附近的气体介质会被局部击穿而产生电晕放电现象。当电极曲率较大，曲率半径较小的时候，由于其表面附近场强比较高，很容易发生电晕放电。距曲率半径小的电极越近，场强越高。在通常情况下，都是研究曲率半径很小电极处的电晕放电。在电晕放电中，一般说来，电极的几何构形起着重要作用。电场的不均匀性把主要的电离过程局限于局部电场很高的电极附近，特别是发在曲率半径很小的电极附近或大或小的薄层中，气体的发光也只发生在这个区域里，这个区域称为电离区域，或称之为电晕层或起晕层。电晕放电的起始场强跟电极的几何形状（曲率半径）、空气密度以及电极表面粗糙度有关。并且，电晕放电的伏安特性是上升的，随着电压增加，电晕层扩大，电晕电流增大。

2 电晕放电检测方法

目前，进行高压设备电晕放电检测最常用的仪器是紫外成像仪。该类仪器通过接收电晕放电产生的紫外光，经处理后成像并与可见光图像叠加，达到确定电晕放电位置和强度的目的，为电气设备的状态检测提供依据。

3 紫外成像仪观测结果

500kV某变电站直流融冰刀闸采用的是北京ABB高压开关设备有限公司生产的EAF/EAF-L型水平伸缩式刀闸，其静触头结构如图1所示。该类融冰刀闸静触头的端部有两块向外弯曲的方形铝板，触头两侧安装有两个蝶形均压罩，主要用于均匀电场、降低电磁干扰。

图1 EAF/EAF-L型直流融冰刀闸静触头结构示意图

在正常运行方式时，利用紫外成像仪进行放电观测发现在刀闸的静触头外弯曲铝板端部与均压罩的间隙附近表面处均出现了不同程度的电晕放电现象。随着电晕的发展，还伴随着响亮的放电声，晚上还可以观察到一定程度的蓝紫色光晕，如图2～3所示；其它部位则没有观测到明显的电晕放电现象。

图2 500kV甲线BC相融冰刀闸静触头放电现象

图3 500kV乙线BC相融冰刀闸静触头放电现象

4 原因分析

根据该类融冰刀闸静触头的结构特点（如图1）可知，均压罩的棱边与铝板端部之间存在一定间隙，并且间隙比较小，触头两侧的均压罩为蝶形开口式。根据已有的实验研究（三维有限元方法建立模型）证明，在一个电场环境中，对于等环径半管均压环，环体棱边的曲率半径较小，场强分布较其它部位要高。据此可知，该类融冰刀闸触头均压罩棱边处的曲率半径较小，特别是靠近间隙处棱边的电位、电场分布畸变最严重，导致局部场强较大。并且，由于铝板尖端处的电力线密集，导致电势梯度大，电荷密度∂大。在其临近带电表面处，电场强度E与电荷密度∂成正比，因此铝板尖端附近的局部场强相对也较大。

另外，根据皮克定律，等环径圆盘均压罩环边表面的电晕起始场强为：

E0=16.5mδ（1+0.62/√δr）

式中：E0为电晕起始场强（峰值），kV/m；m为导体表面的粗糙系数；δ为空气相对密度，r为均压罩等效半径。

由公式知，在均压罩表面粗糙（粗糙系数m较小）的部位电晕起始场强较小，容易发生电晕放电现象。

综合上述分析知道，由于该类直流融冰刀闸静触头结构设计方式不合理、环体表面不够光滑，导致静触头铝板与均压罩间隙附近表面处局部场强比较高，电晕放电起始场强较低。当局部场强值超过电晕起始场强值时就产生电晕放电，电晕放电火花使环体表面逐渐破损，电场强度分布越来越高，电晕放电也就越来越严重。分析的结果与紫外成像仪观测到刀闸静触头外弯曲铝板端部与均压罩的间隙附近表面处均出现不同程度的电晕放电，而其它部位无明显放电现象的结果一致。

5 结语

通过利用紫外成像仪对正常运行中的直流融冰刀闸静触头进行电晕观测，并进行原因分析，得出以下结论：

（1）部分直流融冰刀闸由于刀闸静触头结构设计不合理，导致了某些部位局部场强较高，其表面电晕起始电场强度较低。在其尖锐部位或者导体壳曲率半径较小表面处容易产生明显的电晕现象，严重时伴随着响亮的放电声。针对此类问题，可以通过改变均压罩的几何形状、尺寸等措施，避免出现尖锐的部位或者曲率半径小的棱边，从而提高防晕效果。

（2）直流融冰刀闸静触头导体壳表面粗糙的部位电晕起始场强较小，容易发生电晕放电现象。据此，应该使导体表面保持光滑，避免出现尖端或毛刺，提高表面电晕放电起始场强值来抑制电晕放电。

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TM85

A

2095-2066（2016）33-0043-02

2016-11-15

廖之旭（1987-），男，助理工程师，本科，主要从事变电站运行值班工作。