封閉母線槽內空間電荷對電場分布及絕緣性能的影響
發布時間： 2016-04-26 點擊次數： 1806次
電力是經濟發展的瓶頸，必須先行。在展望今后30年我國電力系統的發展時，大電流封閉母線槽是關鍵技術之一。通常大電流封閉母線都采用強迫風冷的措施以降低封閉母線溫升和減小封閉母線面積。但這也隨之帶來了問題：在強迫風冷大電流封閉母線中高速流動的氣體在封閉母線內循環流動，與母線、外殼、支持絕緣子等摩擦產生離子，另外還有熱發射、局部放電等原因產生離子；同時由于封閉母線導體由多段母線組成，接頭焊縫可能加工不良，以及封閉母線運輸和運行期間的機械振動均可能使封閉母線中存在金屬粒子。氣體離子和金屬粒子隨著氣流流動會在封閉母線中形成空間電荷，當電荷密度達到一定值時，會引起母線的擊穿或閃絡，從而造成嚴重危害
目前，國外某些發達國家已經認識到這個問題的嚴重性并已開始進行研究。而國內，這方面的研究工作才剛剛開始，屬于新的科研課題，本文從“場”的角度出發，研究封閉母線槽中的空間電荷引起的電場畸變，分析空間電荷對封閉母線絕緣性能的影響，并求出了封閉母線中空間電荷的安全密度范圍。本文的研究內容將為封閉母線槽的絕緣設計提供理論依據。
空間電荷對絕緣子較遠處電場的影響。封閉母線槽中存在的空間電荷會使電場發生畸變。距離絕緣子較遠處的空間受絕緣子影響很小，可視作同軸圓柱，而絕緣子周圍區域形狀則較復雜，本文對這兩種情況分別進行考慮，分析空間電荷在多大密度以下才不會引起封閉母線發生擊穿或閃絡。遠離絕緣子處的電場計算及結果分析，封閉母線槽中距離絕緣子較遠處的區域可視作同軸圓柱，由于存在空間電荷，電場用泊松方程表示其中ρ為電荷密度，采用柱坐標，則有邊界條件為r=RM，φ=U，RM為封閉母線導體半徑r=RK，φ=0，RK為封閉母線外殼半徑。
絕緣子沿母線徑向剖分時，其周圍區域發生擊穿或閃絡時的電荷密度小于軸向剖分的情況。所以為保證封閉母線正常運行，絕緣子周圍區域的電荷密度不應大于8.0×10-5C/m2.為了使得電荷密度在安全范圍以內，應該在封閉母線槽中裝配去離子裝置以降低電荷密度，這使得開展風冷封閉母線去離子裝置的研究顯得非常重要。
對封閉母線槽中遠離絕緣子處的電場進行了解析計算。為保證封閉母線安全運行，空間電荷密度應該保持在-9.2×10-5C/m2以下。
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