高气压低SF6含量的SF6/N2混合气体直流GIL绝缘子表面电荷积聚与消散机理研究

Research on surface charge accumulation and decay mechanism is crucial for the manufacture of HVDC GIL; especially the available knowledge of surface charge decay mechanism is few and not consistent yet. For previous researches, the applied voltage was removed when the surface charge was measured, and is not identical with operating condition. The project will take the research of surface charge accumulation and decay mechanism without removing the applied voltage in SF6/N2 gas mixture with low SF6 concentration and high pressure. Design surface charge accumulation detection system; study on the accumulation mechanism in SF6/N2 and reveal the surface charge decay mechanism and ways. The research can provide theory support for the restrain of surface charge accumulation in SF6/N2 gas mixture.

绝缘子表面电荷积聚与消散机制是直流GIL绝缘研究的关键，特别是表面电荷消散机制目前研究报道很少。在研究的过程中，表面电荷的测量，均是撤掉外施电压后开展的，与运行条件不一致。本项目首次在不撤电压条件下开展高气压低SF6含量的SF6/N2混合气体表面电荷积聚与消散机制研究。构建带电条件下绝缘子表面电荷检测系统，研究SF6/N2混合气体绝缘子表面电荷积聚机理，揭示绝缘子表面电荷消散机制与消散途径，为绝缘子表面电荷的抑制提供理论支撑。

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)具有输送容量大、占地面积小、运行稳定性高、环境友好等优点，是架空输电线与固体绝缘电缆之外的绝佳选择。然而，长期运行于直流电压下的绝缘子表面容易积聚表面电荷，导致闪络电压降低，是制约直流GIL广泛应用的关键因素之一。此外，GIL作为一个由固体绝缘介质与压缩气体(SF6、SF6/N2)组成的复合绝缘系统，采用的气体绝缘介质SF6，是《京都协议》限制排放的温室气体之一，全球变暖潜能是CO2的23900倍。本项目以试验研究为基础，理论分析和仿真建模为手段，主要研究了表面电荷积聚带电检测控制系统、表面电荷带电动态消散过程监测及控制系统、带电条件下的表面电荷反演算法、绝缘子表面电荷积聚动态模型、表面电荷积聚特性（考虑表面涂层、SF6含量、金属微粒以及电极接触不良等因素）、表面电荷消散特性（考虑绝缘材料表面电导率、初始电荷量、初始电荷位置等因素）以及表面电荷主动消散策略等内容。在项目执行过程中，设计了绝缘子表面电荷积聚与消散动态测量实验平台、构建了最高能够承受1.8 MPa的模拟气室、提出了带电条件下的表面电荷反演算法、实现了表面电荷的带电检测、构建了考虑气体微观参数的绝缘子表面电荷积聚动态模型、分析了绝缘子表面电荷分布特性（积聚与消散）以及提出了绝缘子表面电荷主动消散策略。提出的在线测量条件下考虑探头影响的表面电荷反演算法避免了反演矩阵的直接计算，从而大大简化了计算量。采用X射线照射的方式，可快速消散绝缘子表面已积聚的电荷。发表论文25篇，其中SCI收录论文19篇，EI检索5篇，国际会议论文1篇，培养博士研究生2名，硕士研究生5名。可为绝缘子表面电荷的抑制提供理论支撑，为直流GIL绝缘子的优化设计提供新思路。