基于内部温度的复合绝缘子覆冰放电温度计算模型研究

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绝缘子覆冰时外绝缘水平下降,严重时会导致闪络放电故障并造成输电线路跳闸,对电网的安全稳定运行造成破坏。基于温度的故障检测方法原理简单、技术成熟,已在电力设备关键部位温度检测的研究中得到了广泛应用。但目前将温度检测技术应用于绝缘子覆冰放电故障检测的研究尚未展开。随着对复合绝缘子内置传感器技术研究的不断深入,基于温度的绝缘子覆冰放电检测方法具实际应用价值。参考内置传感器复合绝缘子实际运行特点,围绕温度检测放电可行性和温度计算模型开展了以下研究。开展硅橡胶平板试样的覆冰放电温度检测试验,研究内部温度变化与放电过程之间的关系。根据覆冰水电导率和施加电压不同控制放电程度并对试验进行分组,分析不同放电程度下硅橡胶平板非覆冰面温升的变化特点。设置五组温度传感器采集非覆冰面沿电极中线上温度分布,研究放电位置对内部温度的影响。记录各传感器测量温度随时间变化数据,发现温度随时间变化图可分为“山谷”型、“山坡”型和“山峰”型三种基本类型,分别对应放电程度弱、较弱和较强。制作内置温度传感器复合绝缘子伞裙单元试样,模拟实际绝缘子开展覆冰放电试验。试验时同时采集泄漏电流和绝缘子护套内温度,对比两种放电检测方法的异同。结果表明温度检测方法较泄漏电流检测方法有1s~2s的时间延迟,泄漏电流法可以实时记录放电程度变化过程,而温度检测法则可以通过最大温升反映放电程度。温度传感器所测最大温升与(50)I~2值具有线性关系,可以通过温度检测的方法对放电电流幅值和放电时间进行综合评估。为了实现发热面温度的间接计算,将整个覆冰放电分为融冰和无冰两个阶段分别进行温度计算模型的研究。首先基于传热学理论对无冰硅橡胶平板建立热路模型。引入空气对流指数n对模型进行改进。提出空气对流指数n和对流换热系数h的试验求解方法。模拟硅橡胶平板表面的发热情况开展温升试验,将发热面的测量值与模型计算值进行比较。结果表明暂态热路模型相对误差小于9%。在无冰热路模型的基础上根据覆冰时的温度传导特点建立相应热路模型,通过试验获得覆冰融化速率,提出冰层热阻Rice、冰层热容Cice以及冰层相变潜热随时间的变化式。开展模拟放电的平板温升试验,对覆冰面温度计算值进行误差分析。结果表明覆冰热路模型计算值相对误差在9%以内。
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