覆冰閃絡(luò)的動(dòng)態(tài)電路模型可用于模擬冰閃發(fā)展的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，有助于深入探究覆冰絕緣子閃絡(luò)發(fā)展的機(jī)理。
針對(duì)現(xiàn)有動(dòng)態(tài)模型中的時(shí)變電弧方程僅表征電弧在空氣間隙發(fā)展的不足，充分考慮冰層表面對(duì)電弧發(fā)展的影響，對(duì)時(shí)變電弧方程進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠更加準(zhǔn)確地描述實(shí)際冰閃電弧的動(dòng)態(tài)變化。在此基礎(chǔ)上，建立大功率直流電源覆冰閃絡(luò)的動(dòng)態(tài)電路模型，將模型仿真結(jié)果與已有模型進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)在人工氣候室內(nèi)對(duì)等效玻璃平板進(jìn)行覆冰閃絡(luò)的試驗(yàn)驗(yàn)證。
結(jié)果表明：建立的動(dòng)態(tài)電路模型所預(yù)測(cè)的閃絡(luò)電壓值更接近試驗(yàn)值，兩者最大相對(duì)誤差為6.6%；預(yù)測(cè)泄漏電流與實(shí)測(cè)泄漏電流的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律具有較好的一致性。
覆冰閃絡(luò)是影響輸電線(xiàn)路安全運(yùn)行的主要因素之一。為了揭示覆冰絕緣子的放電機(jī)理，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)覆冰絕緣子的閃絡(luò)電壓，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)覆冰絕緣子的大功率直流電源閃絡(luò)模型開(kāi)展了一系列研究。
覆冰絕緣子大功率直流電源閃絡(luò)的靜態(tài)模型由基于污穢放電的Obenaus模型演化而來(lái)。模型由電弧通道和剩余冰層電阻串聯(lián)構(gòu)成，可通過(guò)數(shù)學(xué)解析求解得到冰閃時(shí)的臨界閃絡(luò)電壓。但在實(shí)際絕緣子覆冰閃絡(luò)過(guò)程中，局部電弧電阻等參數(shù)會(huì)隨電弧長(zhǎng)度的發(fā)展而動(dòng)態(tài)變化，靜態(tài)模型并不能體現(xiàn)此動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，進(jìn)而無(wú)法預(yù)測(cè)泄漏電流的時(shí)域變化。因此，覆冰絕緣子閃絡(luò)的靜態(tài)模型具有一定的局限性。
覆冰絕緣子閃絡(luò)的動(dòng)態(tài)模型在靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上引入表征電弧電阻動(dòng)態(tài)變化的時(shí)變電弧方程。具體而言，該模型將局部電弧等效為動(dòng)態(tài)的電阻、電感，通過(guò)對(duì)比不同時(shí)刻局部電弧的電壓梯度Earc和剩余冰層電壓梯度Ep判斷電弧是否發(fā)展，當(dāng)電弧長(zhǎng)度超過(guò)泄漏距離時(shí)即判定發(fā)生閃絡(luò)。
然而，F(xiàn)arzaneh動(dòng)態(tài)模型采用的電弧方程為Mayr方程，該電弧方程表征的是電弧在空氣間隙發(fā)展時(shí)電弧電阻的時(shí)域變化關(guān)系，然而實(shí)際冰閃過(guò)程中電弧沿冰層表面發(fā)展，沿面電弧與空氣間隙電弧存在較大差異，因此該模型對(duì)實(shí)際冰閃電弧的描述存在一定的缺陷。
本文針對(duì)現(xiàn)有動(dòng)態(tài)模型中時(shí)變電弧方程僅表征電弧在空氣間隙發(fā)展的缺陷，通過(guò)改進(jìn)時(shí)變電弧方程，更加準(zhǔn)確地描述實(shí)際覆冰閃絡(luò)時(shí)電弧電阻的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。同時(shí)，基于改進(jìn)的時(shí)變電弧方程建立動(dòng)態(tài)電路模型，通過(guò)程序使得模型能夠預(yù)測(cè)閃絡(luò)電壓和泄漏電流的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，并與現(xiàn)有模型和人工覆冰閃絡(luò)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型的有效性和準(zhǔn)確性。
圖1 等效電路模型
結(jié)論
1）本文得到了考慮冰層表面影響的時(shí)變電弧方程，并基于此方程建立覆冰閃絡(luò)的動(dòng)態(tài)電路模型。
2）利用本文動(dòng)態(tài)電路模型對(duì)大功率直流電源正極性和負(fù)極性?xún)煞N電壓類(lèi)型的閃絡(luò)過(guò)程進(jìn)行仿真，并將本文模型的仿真結(jié)果與已有模型進(jìn)行對(duì)比，閃絡(luò)電壓隨覆冰水電導(dǎo)率的變化規(guī)律具有高度的一致性。
3）對(duì)嚴(yán)重覆冰情況下平板模型的閃絡(luò)過(guò)程進(jìn)行仿真，并在低溫、低氣壓人工氣候?qū)嶒?yàn)室對(duì)玻璃平板進(jìn)行冰閃試驗(yàn)。實(shí)測(cè)不同覆冰水電導(dǎo)率下的閃絡(luò)電壓值與本文電路模型的仿真值最大相對(duì)誤差僅為6.6%。實(shí)測(cè)閃絡(luò)泄漏電流波形與仿真波形相近，且臨界閃絡(luò)電流的相對(duì)誤差僅為6.4%。
因此，本文建立的基于考慮冰層表面影響的改進(jìn)時(shí)變電弧方程的動(dòng)態(tài)電路模型能夠更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)嚴(yán)重覆冰情況下的閃絡(luò)電壓和泄漏電流，對(duì)深入研究覆冰閃絡(luò)機(jī)理具有一定的參考價(jià)值，對(duì)輸電線(xiàn)路的冰閃預(yù)警具有一定的工程價(jià)值。
手機(jī)掃描二維碼
