SF_6中绝缘子表面电荷积聚及其对直流GIL闪络特性的影响_张博雅

直流电场下盆式绝缘子体积电导率对其表面电荷积聚特性的影响蔺占芳1，王柯2（1.国网山西省电力公司营销服务中心，山西太原030032；2.乌海超高压供电局，内蒙古巴彦淖尔016000）摘要：综合考虑直流GIL内部的传热及电荷积聚过程，研究建立了直流GIL电-热多物理场耦合模型。

基于该模型，仿真计算了直流电应力和热应力耦合作用下，绝缘材料体积电导率对盆式绝缘子表面电荷积聚特性的影响规律。

结果表明：将现有交流盆式绝缘子典型绝缘材料的体积电导率减小两个数量级，可以有效抑制绝缘子表面电荷积聚，但若过度减小绝缘材料的体积电导率反而会加剧盆式绝缘子的表面电荷积聚。

关键词：盆式绝缘子；直流GIL；表面电荷；热应力；体积电导率中图分类号：TM216文献标志码：A文章编号：1009-9239（2021）03-0054-06DOI:10.16790/ki.1009-9239.im.2021.03.009Effect of Volume Conductivity of Basin Type Insulator on Its Surface Charge Accumulation Under DC Electric FiledLIN Zhanfang1,WANG Ke2(1.State Grid Shanxi Marketing Service Center,Taiyuan030032,China;2.Wuhai UHV Power Supply Bureau,Bayan Nur016000,China)Abstract:Considering the heat transfer and charge accumulation process in DC GIL comprehensively,we estab‐lished an electro-thermal multi-physics field coupling model of DC GIL.On the basis of this model,the effect of the volume conductivity of insulating materials on the surface charge accumulation of basin type insulator was sim‐ulated and calculated under the coupling action of DC electric stress and thermal stress.The results show that the surface charge accumulation of insulator can be inhibited effectively by decreasing the volume conductivity of typi‐cal insulating materials for current AC basin type insulator by two orders of magnitude.However,if the volume conductivity of insulating materials decreases excessively,the surface charge accumulation of basin insulator will be aggravated.Key words:basin type insulator;DC GIL;surface charge;thermal stress;volume conductivity0引言气体绝缘金属封闭输电线路（gas insulated transmission line,GIL）具有可靠性高、环境协调性好、传输容量大等诸多优点，是替代传统架空线路进行电能传输的首选方案[1-4]。

摘要武汉⼤学电⽓与⾃动化学院、平⾼集团有限公司、国家电⽹⾼压开关绝缘设备材料实验室（平⾼集团有限公司）以及国⽹河南省电⼒公司的研究⼈员罗毅、唐炬、潘成、林⽣军、王忠强，在2019年第23期《电⼯技术学报》上撰⽂指出，⽓体中载流⼦浓度、绝缘⼦体电导率变化以及表⾯电导率的变化会导致绝缘⼦材料主导积聚⽅式的变化。

构建直流条件下⽓体侧传导、绝缘材料体传导和表⾯传导共存条件下盆式绝缘⼦表⾯电荷积聚仿真模型，其中⽓体侧传导包含了⽓体载流⼦的产⽣、扩散、漂移、复合等输运过程，并考虑了表⾯传导的⾮线性。

分别计算了⽓体离⼦对⽣成率，绝缘⼦体电导率和表⾯电导率变化时的绝缘⼦表⾯的电荷分布，同时得到了GIS/GIL内部的电场分布，并根据电荷和电场分布对表⾯电荷积聚的机理进⾏了深⼊系统的探讨。

通过绝缘⼦表⾯净电荷量定义了表⾯电荷积聚主导⽅式转变的定量描述⽅式。

本研究为直流条件下表⾯电荷的抑制提供了新的研究思路。

图1 不同表⾯电导率下绝缘⼦表⾯电荷分布结论本⽂建⽴考虑⽓体载流⼦产⽣、迁移、扩散以及复合过程的表⾯电荷积聚模型，从表⾯电荷积聚的三种途径对表⾯电荷主导积聚⽅式的转变进⾏了研究，根据数值计算结果得到如下结论：1）在离⼦对⽣成率逐渐增⼤的过程中，绝缘⼦上表⾯电荷极性由正极性转变为负极性，下表⾯的电荷极性由负极性转变为正极性。

根据GIS/GIL内部电场分布可知，当离⼦对⽣成率增⼤时，表⾯电荷积聚途径由绝缘⼦体传导转变为⽓体侧传导。

由于绝缘⼦上、下表⾯的电场分布不均匀，上表⾯及下表⾯的积聚机理转变的临界值不同。

2）随着表⾯电导率的增⼤，绝缘⼦上表⾯的正电荷以及下表⾯的负电荷逐渐减⼩，并出现正负电荷共存的现象，通过表⾯传导积聚的电荷逐渐增多。

通过分析可以推测，当表⾯电导率继续增⼤时，表⾯电荷积聚的主导机理会转变为绝缘⼦表⾯传导。

3）在体电导率由1×10-14S/m减⼩⾄1×10-19S/m的过程中，绝缘⼦上表⾯积聚电荷极性由正转变为负，同时下表⾯积聚电荷极性发⽣反转。

第41卷第5期：1481-1487 高电压技术V ol.41, No.5: 1481-1487 2015年5月31日High V oltage Engineering May 31, 2015 DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.2015.05.009SF6中绝缘子表面电荷积聚及其对直流GIL闪络特性的影响张博雅1,2，王强1,2，张贵新1,2，李金忠3（1. 清华大学电机工程与应用电子技术系，北京100084；2. 清华大学电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点试验室，北京100084；3. 中国电力科学研究院，北京100192）摘 要：随着中国特高压直流输电工程建设进程的逐渐加快，直流气体绝缘输电线路(GIL)的需求日益迫切，对GIL在特高压直流下一些关键问题的研究显得至关重要。

因此针对直流电压下GIL中盆式绝缘子表面电荷积聚问题展开研究，建立了一套基于静电探头法的表面电荷测量系统，研究了在SF6气体环境中，不同电压幅值和电压极性反转情况下绝缘子表面电荷的积聚规律。

同时，在特高压直流GIL试验单元上进行了直流闪络试验，研究了绝缘子表面电荷积聚对直流闪络特性的影响。

研究结果表明：在0.5 MPa的SF6中，绝缘子表面主要积聚与所加直流电压极性相反的电荷，这种电荷分布将增大绝缘子表面与中心电极间的局部场强，并将进一步导致绝缘子闪络；GIL中盆式绝缘子的直流耐受电压仅为交流耐受电压的64%左右。

该研究为GIL中盆式绝缘子在直流电压下闪络电压下降提供了一种可能的解释。

关键词：表面电荷；绝缘子；SF6；气体绝缘；GIL；特高压直流；闪络；静电探头Surface Charge Accumulation on Insulators in SF6 and Its Effects on the FlashoverCharacteristics of HVDC GILZHANG Boya1, 2, WANG Qiang1, 2, ZHANG Guixin1, 2, LI Jinzhong3(1. Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. State Key Laboratory of Control andSimulation of Power System and Generation Equipment, Tsinghua University, Beijing 100084, China;3. China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)Abstract：As the process of UHVDC power transmission projects accelerates in China, the demand for DC gas insulated transmission lines (GIL) is increasing. Thus it is very necessary to investigate the key issues of GIL under UHVDC vol-tage. Focusing on the surface charge accumulation phenomenon of GIL insulator under DC voltage, we established a surface charge measurement system based on an electrostatic voltmeter. Moreover, we studied the surface charge accu-mulation patterns in SF6 under different voltage amplitudes and under polarity reversal conditions. Meanwhile, we experimentally studied the flashover in a UHVDC GIL test unit in order to study the influence of surface charge accumu-lation on the flashover characteristics of the GIL insulator. The results show that, in SF6 at 0.5 MPa, the most accumulated charges on the insulator surface are those with the opposite polarity of the applied voltage, which can enhance the electric field between the electrode and insulator surface and even leads to flashover on the insulator. The flashover experiments show that the maximum withstand voltage of GIL insulator under DC voltage is just 64% of that under AC voltage. The study can give a possible explanation for the reduction of DC flashover voltage of GIL insulator.Key words：surface charge; insulator; SF6; gas insulated; GIL; UHVDC; flashover; electrostatic probe0引言我国地域辽阔，风电、水电等可再生资源主要———————基金资助项目：国家重点基础研究发展计划(973计划) (2014CB239502)。

不均匀直流电场下绝缘材料表面电荷积聚与消散特性谢庆;张采芹;闫纪源;任洁;律方成【摘要】近年来,高压直流输电发展迅速,而绝缘材料表面电荷积聚现象所带来的问题日益突出,严重制约了高压电气设备的进一步发展.通过平面指型电极充电的方式研究不均匀直流电场下材料表面电荷的积聚特点,针对环氧树脂、硅橡胶、有机玻璃、聚四氟乙烯四种电介质,考察材料的种类、电压作用时间及幅值变化对表面电荷积聚的影响.此外,对四种材料表面电荷的消散规律展开研究,分析电荷消散速率与积聚能力间的关联.结果表明:对于所用的平面指型电极,表面电荷表现为双极性积聚,阳极侧积聚正电荷、阴极侧积聚负电荷;在电极两侧,绝缘材料表面电荷的积聚能力有所不同.并发现,材料表面电荷消散速率较大时,其在接地侧电极附近的电荷积聚能力也较强.研究结果有助于对电气设备常面临的绝缘问题以及电气设备绝缘优化设计提供科学依据.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2019(034)004【总页数】14页(P817-830)【关键词】直流;表面电荷;指型电极;双极性积聚;消散【作者】谢庆;张采芹;闫纪源;任洁;律方成【作者单位】新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 保定 071003;新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 保定 071003;新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 保定 071003;新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 保定 071003;新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 保定 071003【正文语种】中文【中图分类】TM855当前，由于气体绝缘金属封闭输电线路（Gas- Insulated metal enclosed transmission Line, GIL）在生态、经济等方面具有诸多优势，将GIL技术拓展至高压直流输电领域具有重要的经济和社会效益[1-3]。

GIL的绝缘系统是由固体介质和气体共同构成的复合绝缘系统。

直流GIL绝缘设计及局部放电检测研究进展赵科;王静君;刘通;何攀【摘要】气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated line,GIL)在我国输电系统中占有越来越重的比例,推广使用直流GIL对于完善现有直流输电方式具有很强的经济效益.与交流GIL相比,直流GIL研究的技术难点和差异主要在于绝缘方面.研究直流GIL绝缘问题能够指导其运行维护并对其进行寿命预测.文中从直流GIL整体绝缘设计和GIL内部局部放电检测两个方面,梳理和介绍了国内外对交直流GIL各方面的研究情况,为针对直流GIL绝缘问题的后续研究提供了参考和借鉴.【期刊名称】《江苏电机工程》【年(卷),期】2017(036)005【总页数】6页(P98-102,108)【关键词】气体绝缘封闭输电线路;直流;绝缘设计;局部放电【作者】赵科;王静君;刘通;何攀【作者单位】国网江苏省电力公司电力科学研究院,江苏南京211103;国网江苏省电力公司电力科学研究院,江苏南京211103;国网江苏省电力公司电力科学研究院,江苏南京211103;国网江苏省电力公司电力科学研究院,江苏南京211103【正文语种】中文【中图分类】TM854气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated line, GIL)作为一种新型的输电方式，具有输送容量大、传输损耗小、安全性能高、对环境破坏小等优点，在特殊地理环境及大容量远距离输电领域得到了广泛应用[1，2]。

现有GIL的应用仍主要限制于交流输电领域，考虑到GIL的诸多技术优点和直流输电的快速发展，推广直流GIL在输电领域的应用将能够带来很高的经济和社会效益。

与交流GIL相比，直流GIL的装备制造、运输安装和运行维护等基本一致，其差异主要体现在绝缘问题方面[3]。

一方面，直流电压下的气体内电场分布取决于绝缘材料的电导率，受温度、湿度、带电运行时间等诸多因素的影响，具有一定的不确定性。

另一方面，直流GIL中支撑绝缘子表面电荷的积聚严重，会畸变绝缘子表面的沿面电场分布，使得一些情况下的闪络电压急剧下降；特别是在极性反转的条件下，更易引起闪络，造成GIL运行故障。