摘 要

随着社会的不断发展，人们对能源的消耗日益增加，电网建设也随之加快，超高压输电也应运而生并快速发展，而有的输电线路要穿过山林，一旦山火发生，大量的烟气就可能对输电线路造成不可预计的损害。

本文研究了常见生物质可燃物在模拟阴燃条件下棒-棒间隙击穿特性，为研究不同生物质燃料种类（杨木屑，桉树叶，桉树枝，茅草，地表常见混合生物质可燃物），不同电极距离（3 cm、4 cm、5 cm、6 cm和7 cm）以及不同位置（距阴燃容器端面5 cm、10 cm和15 cm）对高压输电线路间隙击穿的影响，自主设计了中尺度模拟间隙击穿实验，通过与空气中间隙击穿电压对比，定性分析出在不同影响因素下间隙击穿电压的变化。

实验结果表明，生物质可燃物阴燃产生的高温烟气能明显降低间隙击穿电压，且在一定范围内，生物质阴燃产生的高温烟气对间隙击穿电压的影响随电极距离的增大而增大，随据阴燃容器端面的距离减小而增大，这说明在山火发生时产生的高温烟气会使高压输电线路更容易发生跳闸现象。

关键词：阴燃 输电线路 山火 跳闸 气隙击穿

ABSTRACT

With the continuous development of society, people's energy consumption is increasing, and power grid construction is also accelerating. Ultra-high voltage transmission also emerges and develops rapidly. Some transmission lines have to cross the mountains. Once a mountain fire occurs, a large amount of smoke may cause unpredictable damage to transmission lines.

In this paper, the breakdown characteristics of rod-rod gap of common biomass combustibles under simulated smoldering conditions were studied. The high-pressure transmission of different biomass fuels (poplar sawdust, Eucalyptus leaves, Eucalyptus branches, thatch, common mixed biomass combustibles on the ground), different electrode distances (3 cm、 4 cm、 5 cm、 6 cm、 7 cm) and different locations (5 cm、10 cm、 15 cm)from the end of smoldering vessel) were studied. A mesoscale simulation gap breakdown experiment was designed independently. By comparing the gap breakdown voltage with that in air, the change of gap breakdown voltage under different influence factors was qualitatively analyzed.

The experimental results show that the high temperature smoke produced by biomass smoldering can significantly reduce the gap breakdown voltage. In a certain range, the influence of the high temperature smoke generated by biomass smoldering on the gap breakdown voltage increases with the increase of the electrode distance and increases with the decrease of the distance between the end surfaces of smoldering vessels. This indicates that the high temperature smoke generated during mountain fires will cause high voltage transmission lines. Road trips are more likely to occur.

Keyword：Smoldering; Transmission line; Wildfires; Trip; Gap breakdown

目 录

摘要…………………………………………………………………………… ………I

ABSTRACT……………………………………………………………………… ……II

第一章 绪论………………………………………………………………………… 1

1.1 研究背景………………………………………………………………………1

1.2 研究意义………………………………………………………………………3

1.3 国内外研究现状………………………………………………………………4

1.3.1 生物质燃料阴燃特性…………………………………………………4

1.3.2 悬浮颗粒物对高压输电线路跳闸的影响……………………………6

1.4 研究内容………………………………………………………………………9

第二章 实验装置及方法…………………………………………………………11

2.1 实验样品…………………………………………………………… ………11

2.2 样品处理装置及仪器……………………………………………… ………12

2.3 阴燃条件下空气间隙击穿模拟实验平台设计…………………… ………13

2.3.1阴燃条件空气间隙模拟平台组成……………………………………13

2.3.2阴燃条件棒-板空气间隙模拟平台原理……………………… ……13

2.4 阴燃条件下空气间隙击穿模拟实验平台测试………………………… …15

2.4.1无阴燃装置时击穿放电特性…………………………………………15

2.4.2放置阴燃装置时击穿放电特性………………………………………16

2.4.3电力场对阴燃装置的影响……………………………………………16

第三章 电极距离对间隙击穿电压的影响……………………………………17

3.1 茅草阴燃条件下电极距离的影响…………………………………………17

3.2 杨木屑阴燃条件下电极距离的影响………………………………………18

3.3 桉树枝阴燃条件下电极距离的影响………………………………………19

3.4 桉树叶阴燃条件下电极距离的影响………………………………………20

3.5 混合生物质燃料条件下电极距离的影响…………………………………21

3.6 本章小结……………………………………………………………………22

第四章 生物质种类对间隙击穿电压的影响…………………………………23

4.1 3 cm距离时生物质可燃物种类的影响………………………………… …23

4.2 4 cm距离时生物质可燃物种类的影响…………………………………… 24

4.3 5 cm距离时生物质可燃物种类的影响……………………………………25

4.4 6 cm距离时生物质可燃物种类的影响……………………………………25

4.5 7 cm距离时生物质可燃物种类的影响……………………………………26

第五章 位置对间隙击穿电压的影响…………………………………………28

5.1 3 cm距离时位置的影响……………………………………………………28

5.2 4 cm距离时位置的影响……………………………………………………28

5.3 5 cm距离时位置的影响……………………………………………………29

5.4 6 cm距离时位置的影响……………………………………………………30

5.5 7 cm距离时位置的影响……………………………………………………31

第六章 结论和展望… …………………………………………………………33

参考文献………………………………………………………………………… …35

致谢…………………………………………………………………………………37

第一章 绪论

1.1 研究背景

电力发展“十三五”规划^[1]（2016-2020年）提出：电网发展方面要合理布局能源富集地区外送，建设特高压输电和常规输电技术的“西电东送”输电通道，新增规模1.3亿kW，达到2.7亿kW左右，预计到“十三五”末，我国南方地区西电东送输电通道总送电规模将达到4860万kW。由于电力的快速发展，电网密度日逐渐增大的同时输电走廊也在日益紧缺，因此远距离输电线路不得不穿越植被繁茂的山林火灾易发生的地区，在南方地区这种情况尤为常见。目前山火（明燃和阴燃）引发的输电线路跳闸停电停运事故越来越多，甚至出现电网瓦解和大面积停电等恶性电力事故，严重威胁到电力系统的安全和可靠性，所以山火带来的损害和威胁不容小觑。

我国是农业大国，广泛分布的森林地表植被等为生物质燃料提供了来源。但由于人为或自然因素，相当一部分的生物质燃料会在高压输电线的运行范围内发生火灾。山地及林地火灾会发生在高压输电线的运行范围内，为高压输电线路的安全运行带来了严重隐患。一般情况下，空气具有良好的绝缘性能，高压线路与地面以及不同相导线间均保持足够的距离，以满足输电线路的电气安全要求。然而，当山火发生时，热烟气温度可超过 520 ℃^[2]，生物质燃料不完全燃烧产生的气体、灰烬与带电颗粒形成的混合烟尘覆没高压输电线，从而导致输电线路间隙绝缘强度大幅下降，进而发生线路跳闸事故。且在山火发生阶段，重合闸成功率比较低。据统计，我国每年因祭祀用火、农林用火等引起的山火灾害年均多达7万处^[3]。

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