直流融冰刀閘靜觸頭電暈放電現象淺析

廖之旭（中國南方電網超高壓輸電公司柳州局，廣西柳州545000）

直流融冰刀閘靜觸頭電暈放電現象淺析

廖之旭（中國南方電網超高壓輸電公司柳州局，廣西柳州545000）

本文討論了電暈放電的形成機理及其特征，旨在為研究直流融冰刀閘靜觸頭電暈放電現象提供基本理論支撐；利用紫外成像儀觀測直流融冰刀閘靜觸頭的放電現象，結合500kV某變電站融冰刀閘靜觸頭電暈放電現象，根據該類刀閘靜觸頭的結構特點及電暈放電基本理論，研究了直流融冰刀閘靜觸頭電暈放電形成的原因，并提出了相應的改進措施。

融冰；靜觸頭；電暈放電；分析；措施

引言

隨著超高壓電網的發展，由于設備電壓等級高、電氣結構復雜，超高壓輸變電設備上發生電暈放電現象日益嚴重，不僅會產生暈光、無線電干擾和噪音、造成能量損失，還會腐蝕設備表面，縮短設備使用壽命，對電網安全穩定運行構成威脅。因此，研究超高壓設備電暈放電成因以及提出相關抑制電暈放電的措施具有重要意義。本文通過比較分析了直流融冰刀閘靜觸頭電暈放電的形成原因，為今后采取合理的改進措施提供依據。

1 電暈放電的形成機理及特征

在不均勻電場中，當在電極兩端加上較高但未達擊穿的電壓時，如果電極表面附近的電場（局部電場）很強，大于電暈放電的起始場強（空氣分子的游離強度，一般在20～30kV/cm之間），則電極附近的氣體介質會被局部擊穿而產生電暈放電現象。當電極曲率較大，曲率半徑較小的時候，由于其表面附近場強比較高，很容易發生電暈放電。距曲率半徑小的電極越近，場強越高。在通常情況下，都是研究曲率半徑很小電極處的電暈放電。在電暈放電中，一般說來，電極的幾何構形起著重要作用。電場的不均勻性把主要的電離過程局限于局部電場很高的電極附近，特別是發在曲率半徑很小的電極附近或大或小的薄層中，氣體的發光也只發生在這個區域里，這個區域稱為電離區域，或稱之為電暈層或起暈層。電暈放電的起始場強跟電極的幾何形狀（曲率半徑）、空氣密度以及電極表面粗糙度有關。并且，電暈放電的伏安特性是上升的，隨著電壓增加，電暈層擴大，電暈電流增大。

2 電暈放電檢測方法

目前，進行高壓設備電暈放電檢測最常用的儀器是紫外成像儀。該類儀器通過接收電暈放電產生的紫外光，經處理后成像并與可見光圖像疊加，達到確定電暈放電位置和強度的目的，為電氣設備的狀態檢測提供依據。

3 紫外成像儀觀測結果

500kV某變電站直流融冰刀閘采用的是北京ABB高壓開關設備有限公司生產的EAF/EAF-L型水平伸縮式刀閘，其靜觸頭結構如圖1所示。該類融冰刀閘靜觸頭的端部有兩塊向外彎曲的方形鋁板，觸頭兩側安裝有兩個蝶形均壓罩，主要用于均勻電場、降低電磁干擾。

圖1 EAF/EAF-L型直流融冰刀閘靜觸頭結構示意圖

在正常運行方式時，利用紫外成像儀進行放電觀測發現在刀閘的靜觸頭外彎曲鋁板端部與均壓罩的間隙附近表面處均出現了不同程度的電暈放電現象。隨著電暈的發展，還伴隨著響亮的放電聲，晚上還可以觀察到一定程度的藍紫色光暈，如圖2～3所示；其它部位則沒有觀測到明顯的電暈放電現象。

圖2 500kV甲線BC相融冰刀閘靜觸頭放電現象

圖3 500kV乙線BC相融冰刀閘靜觸頭放電現象

4 原因分析

根據該類融冰刀閘靜觸頭的結構特點（如圖1）可知，均壓罩的棱邊與鋁板端部之間存在一定間隙，并且間隙比較小，觸頭兩側的均壓罩為蝶形開口式。根據已有的實驗研究（三維有限元方法建立模型）證明，在一個電場環境中，對于等環徑半管均壓環，環體棱邊的曲率半徑較小，場強分布較其它部位要高。據此可知，該類融冰刀閘觸頭均壓罩棱邊處的曲率半徑較小，特別是靠近間隙處棱邊的電位、電場分布畸變最嚴重，導致局部場強較大。并且，由于鋁板尖端處的電力線密集，導致電勢梯度大，電荷密度?大。在其臨近帶電表面處，電場強度E與電荷密度?成正比，因此鋁板尖端附近的局部場強相對也較大。

另外，根據皮克定律，等環徑圓盤均壓罩環邊表面的電暈起始場強為：

E0=16.5mδ（1+0.62/√δr）

式中：E0為電暈起始場強（峰值），kV/m；m為導體表面的粗糙系數；δ為空氣相對密度，r為均壓罩等效半徑。

由公式知，在均壓罩表面粗糙（粗糙系數m較小）的部位電暈起始場強較小，容易發生電暈放電現象。

綜合上述分析知道，由于該類直流融冰刀閘靜觸頭結構設計方式不合理、環體表面不夠光滑，導致靜觸頭鋁板與均壓罩間隙附近表面處局部場強比較高，電暈放電起始場強較低。當局部場強值超過電暈起始場強值時就產生電暈放電，電暈放電火花使環體表面逐漸破損，電場強度分布越來越高，電暈放電也就越來越嚴重。分析的結果與紫外成像儀觀測到刀閘靜觸頭外彎曲鋁板端部與均壓罩的間隙附近表面處均出現不同程度的電暈放電，而其它部位無明顯放電現象的結果一致。

5 結語

通過利用紫外成像儀對正常運行中的直流融冰刀閘靜觸頭進行電暈觀測，并進行原因分析，得出以下結論：

（1）部分直流融冰刀閘由于刀閘靜觸頭結構設計不合理，導致了某些部位局部場強較高，其表面電暈起始電場強度較低。在其尖銳部位或者導體殼曲率半徑較小表面處容易產生明顯的電暈現象，嚴重時伴隨著響亮的放電聲。針對此類問題，可以通過改變均壓罩的幾何形狀、尺寸等措施，避免出現尖銳的部位或者曲率半徑小的棱邊，從而提高防暈效果。

（2）直流融冰刀閘靜觸頭導體殼表面粗糙的部位電暈起始場強較小，容易發生電暈放電現象。據此，應該使導體表面保持光滑，避免出現尖端或毛刺，提高表面電暈放電起始場強值來抑制電暈放電。

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TM85

A

2095-2066（2016）33-0043-02

2016-11-15

廖之旭（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事變電站運行值班工作。