一種電力外絕緣濕雪電導特性檢測方法與流程

本發明屬于輸電系統技術領域，尤其是一種電力外絕緣濕雪電導特性檢測方法。

背景技術：

隨著我國經濟結構轉型的深化，高附加值高精尖行業的產值逐年增大，這些產業對于電能質量和供電可靠性要求很高。而我國地形地貌復雜，微氣象條件多發，導致輸電線路絕緣子覆冰雪，大幅降低絕緣強度，誘發絕緣子閃絡事故，造成大范圍停電事故和經濟損失。為避免輸電系統受復雜天氣環境，如冰雪等自然災害的影響，亟需對相關問題開展研究，提出對應的防治手段。

輸電線路覆雪閃絡事故推進了絕緣子覆雪閃絡機理研究的進程，可能導致閃絡因素的覆雪橋接傘裙、內層融化結冰或特殊氣候條件下覆雪形態改變等被關注，而絕緣子覆濕雪電導特性的測量是現場防覆雪及其閃絡工作的基礎。已有的研究表明，不同電導特性雪的鹽分分布存在差異，發生覆雪閃絡的概率也不同。目前國內外研究普遍認為，輸電線路絕緣子覆冰類型為雨凇時，閃絡電壓最低，因而閃絡概率最大。然而在特殊的氣候條件下，覆雪引發的閃絡也經常發生。國外相關學者已經發現，不同狀態的雪，其泄漏電流發展過程、局部電弧分布和閃絡過程有明顯區別。含水量很低的雪，即干雪，雪體電阻大，泄漏電流小，產生的焦耳熱不足以使雪體融化，絕緣子的狀態保持不變，因而閃絡電壓高。而含水量高的雪，即濕雪，其中的雪水混合物沿著絕緣子的傘裙流，大幅降低絕緣電阻，使絕緣子電場產生畸變，進而產生局部電弧，最后發展至全串閃絡，因而閃絡電壓低，閃絡危險大。因此，如何檢測電力外絕緣濕雪電導特性是目前迫切需要解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種設計合理、準確度高且使用方便的電力外絕緣濕雪電導特性檢測方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種電力外絕緣濕雪電導特性檢測方法，包括以下步驟：

步驟1、建立電力外絕緣人工氣候實驗室濕雪環境；

步驟2、建立濕雪體積電導率試驗模型；

步驟3、在電力外絕緣人工氣候實驗室進行濕雪體積電導率檢測并計算得到出濕雪體積電導率。

所述步驟1的具體方法為：將人工氣候實驗室內部溫度范圍控制在-20℃至40℃，濕雪環境通過一側的空氣霧化噴頭對絕緣子進行覆冰水噴淋，降水量和覆冰水粒徑由供水量、風速進行調節,人工濕雪的環境參數如下：溫度為-3℃，風速為7m/s，降水強度為6.4mm/h，密度為0.13g/cm³。

所述濕雪體積電導率試驗模型包括測量電極、絕緣頂蓋、保護電極、絕緣圓環、底面和絕緣底座，所述測量電極安裝在絕緣頂蓋的中部，所述保護電極安裝絕緣頂蓋的外側，測量電極和保護電極通過絕緣頂蓋連接在一起并保持絕緣；所述絕緣圓環、底面和絕緣底座依次安裝在絕緣頂蓋的底部。

所述的絕緣頂蓋、絕緣圓環和絕緣底座均采用聚四氟乙烯制成；所述的底面由銅材料制成。

所述步驟3的具體方法包括以下步驟：

⑴在電力外絕緣人工氣候實驗室內安裝溫控系統，控制氣候室內的溫度為恒定值并監視器溫度；

⑵將濕雪體積電導率試驗模型放入氣候室內降溫，然后開始覆雪；

⑶待覆雪結束后，采集雪樣并放入濕雪體積電導率試驗模型中，使雪能夠均勻填滿整個模型；

⑷組裝模型并濕雪體積電導率試驗模型連接到檢測電路上：濕雪體積電導率試驗模型與100V直流電源以及4MΩ保護電阻串聯，電壓表測量保護電阻兩端的電壓，通過電壓值求得模型的電阻，進而計算得到出濕雪體積電導率。

在步驟3中，檢測所用儀表均安裝在電力外絕緣人工氣候實驗室外并在電力外絕緣人工氣候實驗室外讀數測量，并且連續記錄氣候室內的溫度和電壓表的讀數。

本發明的優點和積極效果是：

本發明通過建立電力外絕緣人工氣候實驗室濕雪環境并將濕雪體積電導率測量模型與檢測電路連接在一起，實現電力外絕緣濕雪電導特性檢測功能，其作為一套體系完整的試驗流程，可指導不同地區不同程度冰雪天氣下濕雪電導特性的測量，也為線路防覆雪及其閃絡工作提供重要參考。

附圖說明

圖1a是濕雪體積電導率測量模型結構圖；

圖1b是圖1的俯視圖；

圖2是雪閃電壓與雪的密度之間的關系圖；

圖3是雪閃電壓與覆雪水電導率的關系圖；

圖4是濕雪閃絡電壓的影響因素示意圖；

圖5是濕雪閃絡電壓的影響因素示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述：

一種電力外絕緣濕雪電導特性檢測方法，包括以下步驟：

步驟1、建立電力外絕緣人工氣候實驗室濕雪環境

由于降雪具有較強的季節性和地域性特點，自然降雪不易收集，試驗中人造雪的產生需要在電力外絕緣人工模擬氣候試驗室的覆冰(雪)條件下進行。氣候實驗室內部溫度可調節范圍應在-20℃至40℃。濕雪環境通過一側的空氣霧化噴頭對絕緣子進行覆冰水噴淋，降水量和覆冰水粒徑可由供水量、風速進行調節。通過調節以上氣候室的環境參數，可實現接近于自然雪的人造雪。覆雪時人工氣候室的環境參數設置如表1。

表1 人工濕雪的環境參數

步驟2、建立濕雪體積電導率試驗模型

濕雪體積電導率測量模型如圖1a及圖1b所示。該模型根據M.Farzaneh的電導率測量模型制成。該模型包括測量電極2、絕緣頂蓋1、保護電極3、絕緣圓環4、底面5和絕緣底座6，所述的絕緣頂蓋、測量電極和保護電極按照三電極法制作而成，中部為圓形的測量電極，外部是環形的保護電極，測量電極和保護電極通過絕緣頂蓋連接在一起并保持絕緣。所述的絕緣圓環安裝在絕緣頂蓋的底部，所述的底面安裝在絕緣圓環的底部，絕緣底座安裝在絕緣圓環的底部，絕緣底座用于保證模型整體對地絕緣。所述的絕緣頂蓋、絕緣圓環和絕緣底座均采用聚四氟乙烯制成；所述的底面由導電性能良好的銅制成。本測量模型采用三電極法的原因在于能夠最大程度上避免表面電導的影響，同時保證電場高度均勻，測量電極產生的電場線由雪樣中穿過，基本上沒有邊緣效應。

3、在電力外絕緣人工氣候實驗室進行濕雪體積電導率檢測，雪的體積電導率測量在電力外絕緣人工氣候室內進行，計算出雪的體積電導率，具體方法如下：

(1)在電力外絕緣人工氣候實驗室內安裝溫控系統，控制氣候室內的溫度為恒定值并保持監視。

(2)將測量電導率的濕雪體積電導率試驗模型放入氣候室內降溫，然后開始覆雪。

(3)待覆雪結束后，用小刀采集雪樣放入濕雪體積電導率試驗模型中，使雪能夠均勻填滿整個模型。

(4)組裝模型并連接檢測電路，如圖2所示，檢測電路包括100V直流100V電壓源、電壓表和4MΩ保護電阻，濕雪體積電導率試驗模型與100V直流電源以及4MΩ保護電阻串聯，電壓表測量保護電阻兩端的電壓，通過電壓值可以求得模型的電阻，進而計算得到出濕雪體積電導率。

在檢測過程中，為了減少外界因素對氣候室內溫度的干擾，檢測所用儀表均在氣候室外，可以在氣候室外讀數測量。實驗中，連續記錄氣候室內的溫度和電壓表的讀數。

使用上述檢測方法，可以得到雪的體積電導率隨溫度的變化曲線，如圖3所示。覆雪所用水的電導率為160μS/cm，因此雪中有一定的鹽存在，導致雪的熔點低于0℃。而雪的體積電導率在熔點附近出現最大值，可能是在熔點附近雪的內部結構發生了重大的變化。

溫度對雪的影響主要體現在微觀結構方面。溫度的升高會導致冰顆粒的減少及水顆粒的增加，而自由水導電能力更強，故電導率升高；到達熔點后，溫度的升高繼續減少冰顆粒的含量，并引發大范圍的融化，使得自由水中的可溶鹽的濃度下降，使得濕雪的導電能力下降。

雪的體積電導率在-2℃-0℃之間出現最大值的意義在于此時雪的導電能力大幅上升，這種狀態的覆雪絕緣子更高的幾率發生閃絡。

雪的體積電導率隨密度的變化曲線如圖4所示，曲線1和曲線2是不同覆雪水電導率下兩次覆雪試驗的數據；斜率大的曲線代表覆雪水電導率較高。在每次實驗中，首先將電導率測量模型均勻地填滿雪，測量在固定溫度下的體積電導率；當需要改變密度時，取雪裝填到容器中，用塑料板均勻地對雪施加壓力，將雪壓緊，除去多余的雪，在相同溫度下進行電導率測量，從而得到電導率與密度的曲線。圖中縱坐標是對數坐標軸，兩條曲線的擬合直線的r2值均大于0.97，可以認為電導率的對數與密度為線性關系。

從雪的微觀結構的角度分析，當雪的密度增大時，空氣的含量大大減小，且雪對電的傳導主要發生在水顆粒及冰顆粒的表面，因此密度的增加相當于增加了雪中導電性能良好的冰顆粒及水顆粒的含量，使雪體的導電性能增強，電導率增加。

圖5給出了雪的體積電導率與覆雪水電導率的散點圖。不考慮兩個奇異點，可知雪的體積電導率與覆雪水電導率存在正相關關系。覆雪水電導率反映了覆雪水中的可溶鹽含量；在覆雪過程中，可溶鹽析出成為鹽顆粒，附著在雪體內，成為鹽顆粒，增大雪的導電能力。

需要強調的是，本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明包括并不限于具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發明保護的范圍。