緣介質(zhì)表面流注發(fā)展是沿面閃絡(luò)中重要的物理過(guò)程，研究介質(zhì)表面流注發(fā)展特性有助于揭示絕緣介質(zhì)和流注放電之間的作用關(guān)系，加深對(duì)沿面閃絡(luò)機(jī)制的認(rèn)識(shí)。利用光電倍增管測(cè)量了絕緣介質(zhì)表面的流注發(fā)展特性，其中被測(cè)絕緣介質(zhì)是由兩種厚度為5mm 的絕緣介質(zhì)層層相疊組成的。通過(guò)改變被測(cè)試品中兩種絕緣介質(zhì)的體積，可以定量的估計(jì)絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)(容性)和表面性能對(duì)沿面流注發(fā)展特性的影響。試驗(yàn)中，測(cè)量了尼龍和聚四氟乙烯、復(fù)合絕緣材料和聚四氟乙烯兩種組合試品的表面流注穩(wěn)定傳播電場(chǎng)和傳播速度，發(fā)現(xiàn)絕緣介質(zhì)表面性能對(duì)流注發(fā)展的影響很大。此外，3 種絕緣介質(zhì)中復(fù)合絕緣材料的表面性能最不利于流注的傳播。

　　引言

　　輸電線路和電力設(shè)備的外絕緣問(wèn)題影響著電力系統(tǒng)的正常和安全運(yùn)行。隨著特高壓輸電線路的大面積建設(shè)，電壓等級(jí)升高后，輸電線路和電力設(shè)備的絕緣問(wèn)題將更加突出，直接影響著電網(wǎng)的供電質(zhì)量。因此，外絕緣問(wèn)題一直是電力系統(tǒng)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題。

　　絕緣介質(zhì)表面流注的發(fā)展過(guò)程是發(fā)生先導(dǎo)和沿面閃絡(luò)前的重要階段，研究絕緣介質(zhì)表面流注發(fā)展過(guò)程有助于揭示絕緣介質(zhì)和流注放電之間的相互作用關(guān)系，加深對(duì)絕緣介質(zhì)沿面放電機(jī)制的認(rèn)識(shí)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)空氣中流注的發(fā)展特性進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和仿真研究，而由于絕緣介質(zhì)表面流注的發(fā)展特性的復(fù)雜性，直到現(xiàn)在很多問(wèn)題都沒(méi)有得到解決。Allen 等人研究了不同絕緣介質(zhì)表面流注的發(fā)展特性，發(fā)現(xiàn)絕緣介質(zhì)對(duì)流注的發(fā)展特性有很大的影響，并提出絕緣介質(zhì)介電常數(shù)和表面性能(電荷積累和附著、光致電子發(fā)射的能力)是影響沿面流注發(fā)展的重要因素。他們的研究雖然提出了多種影響因素作用于流注發(fā)展的機(jī)制，但是并沒(méi)有定量的描述各個(gè)因素對(duì)于流注發(fā)展作用的大小，因此，不能準(zhǔn)確地說(shuō)明各個(gè)絕緣介質(zhì)表面流注發(fā)展特性存在差異的原因。

　　本文在前人研究的基礎(chǔ)上利用試驗(yàn)定量的描述絕緣介質(zhì)介電常數(shù)和表面性能(電荷積累和附著、光致電子發(fā)射的能力)對(duì)絕緣介質(zhì)表面流注穩(wěn)定傳播場(chǎng)強(qiáng)和傳播速度的影響大小。被測(cè)試品是由兩種厚度為5 mm 的絕緣介質(zhì)層層相疊組成，通過(guò)改變被測(cè)試品中兩種絕緣介質(zhì)的體積，實(shí)現(xiàn)了在不改變表面性能的情況下而改變絕緣介質(zhì)整體的介電常數(shù)。試驗(yàn)中，測(cè)量了尼龍和聚四氟乙烯、復(fù)合絕緣材料和聚四氟乙烯兩種組合試品表面流注穩(wěn)定傳播電場(chǎng)和傳播速度，定量分析了這3 種絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)和表面性能對(duì)流注發(fā)展特性的影響大小。

1、試驗(yàn)裝置及方案

　　試驗(yàn)采用三電極結(jié)構(gòu),絕緣介質(zhì)垂直放置于兩平板電極之間。試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皽y(cè)量系統(tǒng)示意圖如圖1所示。圖2 為光電倍增管監(jiān)測(cè)尼龍介質(zhì)表面流注發(fā)展過(guò)程輸出的波形圖。本文利用光電倍增管主要測(cè)量絕緣介質(zhì)表面流注發(fā)展特性參量為流注穩(wěn)定傳播電場(chǎng)、流注傳播速度。具體試驗(yàn)介紹和測(cè)量方法見(jiàn)文獻(xiàn)。

圖 1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜏y(cè)量系統(tǒng)示意圖

圖 2 絕緣介質(zhì)表面流注發(fā)展的典型波形圖(E=580 kV/m)

　　試驗(yàn)時(shí)，室內(nèi)溫度穩(wěn)定在20 ℃左右，相對(duì)濕度保持在65%~70%，氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣。試驗(yàn)中用到了3 種絕緣介質(zhì)，分別是尼龍、聚四氟乙烯和復(fù)合絕緣材料。尼龍的相對(duì)介電常數(shù)為5，聚四氟乙烯的相對(duì)介電常數(shù)為2.2，復(fù)合絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)為3.6。這3 種絕緣介質(zhì)都做成了長(zhǎng)為100mm、寬為100mm、厚度為5mm 的正方形板。尼龍和聚四氟乙烯為組合1，復(fù)合絕緣材料和聚四氟乙烯為組合2，分別對(duì)這兩個(gè)組合進(jìn)行了表面流注發(fā)展特性試驗(yàn)。

圖 3 試驗(yàn)方法示意圖

　　以組合 1 為例具體描述試驗(yàn)過(guò)程。如圖3 所示，首先，將20 片尼龍片插入三電極結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行流注試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量得到流注傳播參數(shù)(流注穩(wěn)定傳播電場(chǎng)和某電場(chǎng)作用下流注傳播速度)。然后，從外側(cè)逐漸將尼龍片替換成聚四氟乙烯片，重復(fù)進(jìn)行流注試驗(yàn)，得到流注傳播參數(shù)。最終，三電極中的尼龍片將被全部更換為聚四氟乙烯片。利用這種方法，就可得到在絕緣介質(zhì)表面狀況不變時(shí)，隨著兩種絕緣介質(zhì)體積比的改變(整體介電常數(shù)改變)的情況下，絕緣介質(zhì)表面流注穩(wěn)定傳播場(chǎng)強(qiáng)的變化規(guī)律。

4、結(jié)論

　　1)定量估計(jì)了絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)(容性)和表面性能對(duì)沿面流注穩(wěn)定傳播場(chǎng)強(qiáng)和某電場(chǎng)強(qiáng)度下流注傳播速度的影響。

　　2)介電常數(shù)大的絕緣介質(zhì)表面流注穩(wěn)定傳播場(chǎng)強(qiáng)大，而流注的傳播速度小，其表面流注發(fā)展到后半段時(shí)由于表面電荷造成的電場(chǎng)削弱更嚴(yán)重，發(fā)展受到抑制，此外，介電常數(shù)大的絕緣介質(zhì)表面容易積累電荷，在流注沿介質(zhì)表面發(fā)展時(shí)也更容易發(fā)生電荷的附著，阻礙流注的發(fā)展。

　　3)尼龍介質(zhì)的表面性能與聚四氟乙烯相比更有利于流注的傳播。原因是尼龍介質(zhì)表面光致電子的發(fā)射效應(yīng)遠(yuǎn)大于聚四氟乙烯，可是尼龍介質(zhì)表面電荷積累和對(duì)流注頭部電荷的附著效應(yīng)也大一些。不過(guò)此時(shí)光致電子發(fā)射效應(yīng)的作用較強(qiáng)，占主導(dǎo)地位，而表面電荷造成的電場(chǎng)畸變和流注頭部電荷附著對(duì)流注的抑制作用稍弱一些。

　　4)復(fù)合絕緣材料的表面性能與聚四氟乙烯相比更不利于流注的傳播。原因是復(fù)合絕緣材料表面電荷造成的電場(chǎng)畸變和流注頭部電荷的附著效應(yīng)更大一些，雖然復(fù)合絕緣材料表面光致電子發(fā)射效應(yīng)大于聚四氟乙烯表面，但此時(shí)光致電子發(fā)射效應(yīng)較弱，并未起到很大的影響。

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