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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)展的機理。

針對現有動(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電弧發(fā)展的影響，對時(shí)變電弧方程進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠更加準確地描述實(shí)際冰閃電弧的動(dòng)態(tài)變化。在此基礎上，建立大功率直流電源覆冰閃絡(luò )的動(dòng)態(tài)電路模型，將模型仿真結果與已有模型進(jìn)行對比，同時(shí)在人工氣候室內對等效玻璃平板進(jìn)行覆冰閃絡(luò )的試驗驗證。

結果表明：建立的動(dòng)態(tài)電路模型所預測的閃絡(luò )電壓值更接近試驗值，兩者最大相對誤差為6.6%；預測泄漏電流與實(shí)測泄漏電流的動(dòng)態(tài)變化規律具有較好的一致性。

覆冰閃絡(luò )是影響輸電線(xiàn)路安全運行的主要因素之一。為了揭示覆冰絕緣子的放電機理，準確預測覆冰絕緣子的閃絡(luò )電壓，從20世紀60年代開(kāi)始，國內外學(xué)者對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)構成，可通過(guò)數學(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會(huì )隨電弧長(cháng)度的發(fā)展而動(dòng)態(tài)變化，靜態(tài)模型并不能體現此動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，進(jìn)而無(wú)法預測泄漏電流的時(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，當電弧長(cháng)度超過(guò)泄漏距離時(shí)即判定發(fā)生閃絡(luò )。

然而，Farzaneh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，因此該模型對實(shí)際冰閃電弧的描述存在一定的缺陷。

本文針對現有動(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測閃絡(luò )電壓和泄漏電流的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，并與現有模型和人工覆冰閃絡(luò )試驗結果進(jìn)行對比，驗證模型的有效性和準確性。

圖1  等效電路模型

結論

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)電路模型對大功率直流電源正極性和負極性?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果與已有模型進(jìn)行對比，閃絡(luò )電壓隨覆冰水電導率的變化規律具有高度的一致性。

3）對嚴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、低氣壓人工氣候實(shí)驗室對玻璃平板進(jìn)行冰閃試驗。實(shí)測不同覆冰水電導率下的閃絡(luò )電壓值與本文電路模型的仿真值最大相對誤差僅為6.6%。實(shí)測閃絡(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確地預測嚴重覆冰情況下的閃絡(luò )電壓和泄漏電流，對深入研究覆冰閃絡(luò )機理具有一定的參考價(jià)值，對輸電線(xiàn)路的冰閃預警具有一定的工程價(jià)值。

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