同軸場域SF6／N2混合氣體電暈放電特性的仿真研究.pdf

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1、第33卷第7期電工電能新技術(shù)Vo1．33．No．72014年7月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyJu1．20l4同軸場域SF6／N2混合氣體電暈放電特性的仿真研究李錳，汪諷，張盈利，李卓(1．河南省電力公司駐馬店供電公司，河南駐馬店463000；2．湖南大學電氣與信息工程學院，湖南長沙410082)摘要：采用SF／N混合氣體絕緣介質(zhì)的氣體絕緣金屬封閉輸電線路(GIL)作為電纜和架空線的有效補充，將在電力發(fā)展中起到重要作用。為更好地理解其放電特性，建立了同軸電場中流注電暈放電的二維流體模型，綜合考慮了SF／N

2、混合氣體放電過程中空間光電離與陰極光發(fā)射作用，采用有限元．通量校正傳輸法(FEM．FCT)求解。仿真表明：流注電暈對空間電場有均勻作用，外施電壓幅值低時流注電暈經(jīng)過一段時間后會消失，幅值高時流注電暈容易發(fā)展為不穩(wěn)定放電；SF／N混合氣體起始放電時間較SF氣體遲，但絕緣性能較差；空間光電離作用強于陰極光發(fā)射的作用。關(guān)鍵詞：GIL；同軸間隙；流注電暈；FEM—FCT；混合氣體中圖分類號：0461；TM213文獻標識碼：A文章編號：1003—3076(2014)07-0049—06流體模型，采用有限元-通量校正傳輸法(FiniteEle-1引言mentMethod—FluxCor

3、rectedTransport，F(xiàn)EM-FCT氣體絕緣輸電線路(Gas—Insulatedtransmission法)首次實現(xiàn)不同外施電壓、不同s含量混合Line，GIL)具有傳輸容量大、電容小、損耗低、過載容氣體的流注電暈放電仿真，同時考慮了空間光電離量高、對外部環(huán)境影響小、無火災危險、不易老化等與陰極光發(fā)射作用。為進一步理解其放電機優(yōu)點。，能有效地使用在電纜輸電存在極限容量理，改善和優(yōu)化其絕緣設(shè)計有非常重要的意義。場合和架空線在某些特殊使用場合，將在電力事業(yè)2數(shù)學模型及算法發(fā)展中起著不可替代的作用。青海拉西瓦水電站和深圳嶺奧核電站已采用了GIL。SF氣體存在2．1場域結(jié)

4、構(gòu)著低溫易液化、對工藝要求較高、價格昂貴、具有較GIL三相導體分別安裝在不同的接地外殼內(nèi)，強的溫室效應等問題。目前國內(nèi)外學者研究了大量每相導體分別與外殼同軸布置，工程上按同軸電場的sF替代氣體，但短期內(nèi)很難找出能完全代替來進行絕緣設(shè)計，電場不均勻系數(shù)通常取1．7左右，s而且對環(huán)境沒有危害的氣體，所以采用SF／N：即取外殼內(nèi)徑與導體外徑比值為自然常數(shù)e，文中混合氣體絕緣成為傳統(tǒng)GIL的發(fā)展方向之一。采用同軸電極對稍不均勻場流注電暈放電特性進行世界上第一條SF／N：混合氣體GIL也于2l世紀初研究，取導體外半徑rn=2mm，外殼內(nèi)半徑R=期在瑞士日內(nèi)瓦國際機場投入運行。5．43

5、6mm，整個同軸場域?qū)ΨQ，為減少計算量，提高目前，國內(nèi)外對均勻場域中的SF和SF／N：混計算效率，只對其中部分場域進行剖分計算。合氣體放電機理進行了大量的研究，但不均勻2．2帶電粒子輸運模型場域結(jié)構(gòu)較為復雜，定量分析這類場域SF／N：混合采用二維流體動力學模型對SF／N：混合氣體氣體的流注電暈放電特性的研究較少。本文建立了的流注電暈放電過程進行建模：同軸場域內(nèi)SF／N：混合氣體的流注電暈放電二維收稿日期：2012·08—25基金項目：教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃(NCET．11—130)、高等學校博士學科專項科研基金(20120161110009)、甘肅省電力公司2012年

6、度科技資助項目(2012101027)作者簡介：李錳(1986．)，男，河南籍，碩士，研究方向為電力設(shè)備絕緣技術(shù)，氣體放電等；汪諷(1972．)，男，遼寧籍，教授／博導，研究方向為高壓電力設(shè)備絕緣及其在線監(jiān)測技術(shù)等。50電工電能新技術(shù)第33卷sF／N混合氣體電子縱向和橫向擴散系數(shù)分別取魯=．saIvoJn一為0．18m／s，0．219m。／sl】?。其他氣體輸運參V·(n。。)+V—DVn)(1)數(shù)都是折算場強(電場強度與中性粒子濃度比值)的函數(shù)，如表1和表2所示，各折算場強對應的參魯=．sIve／3一V‘(npVp)數(shù)值通過插值求取，其中正、負離子的速度分別取(2)SF；

7、，SF6-的速度。表1電離、附著系數(shù)?-川旦三：。e叩ll—nnn盧一v．’(anyn)(3)Tab．1IonizationandattachmentcoefficientS=S+．sDh(4)式中，n。，n。，n分別為電子、正離子和負離子的濃度；t為時間；tJ。，口。，13a分別為電子、正離子和負離子的速度；，7／，，D分別為電子碰撞電離系數(shù)、SF氣體分子附著系數(shù)、正、負離子復合系數(shù)和電子擴散系數(shù)，由于正、負離子的質(zhì)量遠遠大于電子，熱運動速度低碰撞較多，擴散過程較弱，文中忽略了正、負離子的擴散過程；S是由光電離和