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毕业论文-500kV复合绝缘子并联保护间隙研究，共82页，31649p
中文摘要
近年来，我国电网发展迅速，网架结构不断增强，加上微机化继电保护、SF6
开关和重合闸装置的广泛使用，重合闸成功率提高，传统的防雷措施暴露出它过
于保守且不够经济的缺点。并联间隙防雷方式，因其装置简单、安装方便、经济
性好等优点，正逐渐受到国内电力工作者的重视。设计出适合我国 500kV 架空输
电线路复合绝缘子串的并联间隙，对于降低雷击事故率、提高线路可靠性具有重
要的工程意义。
首先，本文讨论了形状、材料、尺寸及间隙距离等并联间隙设计需要重点考
虑的四个方面，分析国内外现有并联间隙型式的优缺点，设计制作出四类样品。
其次，本文建立了满足工程精度要求的绝缘子并联间隙有限元仿真计算模
型，分析得到不同电极结构参数对电场分布的影响规律，为确定样品的参数范围
提供依据；计算了不同样品型式电极的电场分布特性，比较得出其中表面电场较
为均匀的电极形状及其参数。
最后，利用搭建的 500kV 交流绝缘子并联间隙电气性能试验平台，开展了雷
电冲击电压放电、工频小电流燃弧、可见电晕等三项试验，研究了不同类型、不
同结构尺寸并联间隙的冲击放电特性、小电流电弧运动特性和金具电晕放电特
性；根据试验结果总结出了优化并联间隙结构和尺寸的实验依据，其中包括并联
间隙雷击闪络路径、电弧运动性能、金具可见电晕改善方法。
关键词：并联间隙；电场计算；雷电冲击；长间隙交流电弧；可见电晕
ABSTRACT
In recent years, the rapid development of China's power grid, continuously
enhances the network structure. Coupled with the widespread use of computerized
relay protection, SF6 switches and reclosing devices, traditional lightning protection
measures reveal their shortcomings: too conservative, uneconomical and so on.
Because of their simplicity, easy to install and economic performance advantages,
power workers pay increasingly attention to parallel gaps. Designing a parallel gap for
overhead transmission lines of 500kV composite insulator strings has important
engineering significance to reduce the accident rate by lightning.
Firstly, four aspects on the design of parallel gaps: shape, material, size, gap
distance are discussed; after comparing the advantages and disadvantages of existing
parallel gaps, four types of sample are designed.
Secondly, a FEM simulation model which meets engineering precision require, is
established. With this novel model, a few laws are summarized to analysis the
diversification of electric-field distribution when changing structural parameters of
the open ring. Moreover, the differences on electric-field distribution among four
samples are found by Simulation.
Finally, with the built electrical performance test platform, three trials of tests:
lightning impulse discharge, motion characteristics of frequency arc, visible corona,
has been finished. some basis to optimize the parallel gaps is summarized.
Keywords：parallel gap; electric-field calculation; lightning impulse; long air arc;
visible corona
目录
第 1 章 引 言 ..1
1.1 课题背景与意义 .....1
1.2 国内外研究现状与典型并联间隙电极形状总结 ..2
1.2.1 研究现状 ............2
1.2.2 典型电极形状总结 ............3
1.3 论文主要工作内容 .6
第 2 章 并联间隙设计与制作 ........7
2.1 并联间隙招弧电极形状设计 .7
2.1.1 电极形状的基本形式 ........7
2.1.2 均压环的开口设计 ............8
2.2 并联间隙招弧电极材料选择 .9
2.3 并联间隙招弧电极几何尺寸确定 ....... 10
2.4 并联间隙间隙距离选择 ....... 11
2.5 并联间隙样品设计与制作 ... 11
2.6 本章小结 .............. 15
第 3 章 并联间隙电极附近电场强度仿真计算 .......... 17
3.1 验证 Ansoft 计算精度 .......... 17
3.2 并联间隙电极装置等值模型探讨 ....... 18
3.2.1 孤立开口环分段数的确定 .............. 18
3.2.2 导线等效模型确立及长度选取 ...... 20
3.2.3 复合绝缘子的影响 .......... 22
3.2.4 塔身和横担的影响 .......... 22
3.2.5 求解区域的确定 ............. 25
3.2.6 能量误差的影响 ............. 26
3.3 用等值模型计算比较不同结构参数对场强值的影响 ....... 27
3.3.1 下电极开口环不同短接距离对场强值的影响 .............. 27
3.3.2 开口环开口角度对场强值的影响 .. 27
3.3.3 开口环外径对场强值的影响 .......... 27
3.3.4 开口环管径对场强值的影响 .......... 28
3.3.5 开口环球头直径对场强值的影响 .. 28
3.4 不同型式并联间隙电极装置场强特性 .............. 28
3.4.1 型式二下电极的场强特性 .............. 28
3.4.2 不同并联间隙型式的比较 .............. 30
3.5 本章小结 .............. 31
第 4 章 并联间隙电气及小电流燃弧特性的试验研究 ............. 32
4.1 并联间隙试验平台介绍 ....... 32
4.2 雷电冲击电压放电特性试验 .............. 33
4.2.1 试验目的 .......... 33
4.2.2 试验方案 .......... 33
4.2.3 试验结果与分析 ............. 35
4.2.4 如何提高放电定位率的探讨 .......... 39
4.3 工频小电流燃弧试验 ........... 41
4.3.1 试验目的 .......... 41
4.3.2 试验方案 .......... 41
4.3.3 试验结果与分析 ............. 42
4.3.4 电弧运动特性的探讨 ...... 48
4.4 可见电晕试验 ....... 50
4.4.1 试验目的 .......... 50
4.4.2 试验方案 .......... 50
4.4.3 试验结果与分析 ............. 52
4.5 后续研究工作展望 .............. 54
4.6 本章小结 .............. 54
第 5 章 结 论 56
插图索引 ......... 58
表格索引 ......... 61
参考文献 ......... 62
致 谢 64
声 明 65
附录 A 外文资料书面翻译 ........... 66