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      全球能源互联网

      第7卷 第1期 2024年01月;页码:55-65
      EN

      森林火灾风险下的配电线路单相断线放电发展过程研究

      Research on the Development Process of Single-phase Breakage Discharge in Distribution Lines Under Forest Fire Risks

      权立1 ,贺梦莎2 ,张小庆1 ,王毅钊1 ,付钰伟2*
      QUAN Li1 , HE Mengsha2 , ZHANG Xiaoqing1 , WANG Yizhao1 , FU Yuwei2*
      • 1.国网陕西省电力有限公司电力科学研究院,陕西省 西安市 710100
      • 2.西安理工大学电气工程学院,陕西省 西安市 710048
      • QUAN Li1, HE Mengsha2, ZHANG Xiaoqing1, WANG Yizhao1, FU Yuwei2* (1.Power Research Institute of State Grid Shaanxi Electric Power Company Limited, Xi’an 710100, Shaanxi Province, China
      • 2.School of Electrical Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, Shaanxi Province, China

      摘 要

      Abstract

      随着台风、暴雪等极端恶劣环境的不断常态化,单相接地故障(如单相断线、单相击穿等)频繁发生,严重危害了电网安全。单相断线故障是引发森林火灾的常见故障之一,导线断线坠落至地面附近,在极短间隙内对地放电引燃地表附着的易燃物,最终引发森林火灾,对社会经济和自然环境危害严重。针对森林火灾风险下的配电线路单相断线对地放电发展过程研究建立短间隙放电模型,可以获得断口对地放电过程中的电场分布、电子平均能量分布、电子密度分布,以及不同断口外形对放电过程的影响机理。研究结果表明,随着断口半径从0.5 mm降至0.3 mm,流注头部的电场强度从80 kV/cm升高到110 kV/cm,电子平均能量从10 eV升高到11 eV,流注贯穿间隙时电子密度的最大值由1.5×1020 m-3升高到2.7×1020 m-3。断口半径越小、曲率越大,导致流注头部的电场强度和电子平均能量升高,流注头部电子密度和放电电流增加,更容易导致流注贯穿间隙。而断口不规则时由于具有更大半径,间隙击穿需要更长时间,因此放电电流峰值由9 A升高至15 A。如果考虑松针等含油量较高的地表附着物影响,该放电电流极易点燃地表附着物并形成电弧、引发火灾。该研究结果对于极端天气下的配电线路安全防护、预防森林火灾具有重要意义。

      In extremely harsh environments such as typhoons and blizzards, single-phase grounding faults (such as singlephase disconnection, single-phase breakdown, etc.) occur frequently, seriously endangering the safety of the power grid.Single-phase wire breakage fault is one of the common faults that cause mountain fires.Wire breakage falls near the ground,causing ground discharge in extremely short gaps and igniting flammable substances attached to the ground, ultimately causing mountain fires, posing serious harm to the social economy and natural environment.This article establishes a short gap discharge model for the development process of single-phase disconnection to ground discharge in distribution lines under forest fire risks, and obtains the electric field distribution,average electron energy distribution, electron density distribution, and the influence mechanism of different fracture shapes on the discharge process.The research results indicate that as the fracture radius decreases from 0.5 mm to 0.3 mm,the electric field intensity of the streamer head increases from 80 kV/cm to 110 kV/cm, the average electron energy increases from 10 eV to 11 eV, and the maximum electron density increases from 1.5×1020 m-3 to 2.7×1020 m-3 when the streamer passes through the gap.The smaller the fracture radius and the larger the curvature, the higher the electric field intensity and average electron energy of the streamer head, the higher the electron density and discharge current of the streamer head, and the easier it is for the streamer to penetrate the gap.When the fracture is irregular, due to its larger radius, the gap breakdown takes longer, so the peak discharge current increases from 9A to 15 A.If considering the influence of high oil content surface attachments such as pine needles, the discharge current is highly likely to ignite the surface attachments and form an arc, causing a fire.The research results of this article are of great significance for the safety protection of distribution lines and the prevention of mountain fire disasters under extreme weather conditions.

      0 引言

      配电线路是电网的重要基础设施,其安全、稳定运行是保障工业生产和经济发展的基础。近年来,台风、暴雪、地震等极端天气频繁发生,导致配电线路单相接地故障大幅增加,进一步诱发设备击穿、电网瘫痪、恶性森林火灾等灾难,严重危害了社会经济和自然环境。文献[1]研究发现,仪器故障、导线在空气中接触(如相间或接地故障)、断线故障、植被故障等4种电网故障能够引发森林火灾。澳大利亚新南威尔士州和维多利亚州统计了1997—2015年间森林火灾烧毁房屋数据[2],发现线路故障、闪电和人为因素是房屋烧毁的主要原因,其中由线路故障引起的森林火灾烧毁房屋案件超过了1/3。

      森林火灾不仅危害人民生命财产和公共安全,还会引起山洪暴发、极端干旱等自然灾害,导致环境气候加速恶化。目前,针对输配电线路故障诱发森林火灾研究处于实验定性研究阶段。澳大利亚维多利亚州通过1000多项测试发现,故障线路首先接触并引燃植被,随后植被经过排出水分、碳化、燃烧等过程,最终引发森林火灾[3]。文献[4]搭建了断线引火实验平台,模拟了断线引燃4种不同植被的过程,同时探讨了植被类型、植被含水率以及断线至植被放电间隙距离对放电引燃特性的影响,得出以下结论:随着放电间隙距离的增大,植被放电点燃击穿电压逐渐增大;随着植被含水率的提高,植被放电点燃难易程度、所需时间以及后续燃烧时间均增大。文献[5-6]认为,断线故障发生后,线路下垂坠落至地面附近或者与地面接触,在极短间隙内对地发生放电,甚至形成高温电弧,引燃地表附着的枯草等易燃物,最终引发森林火灾。因此,研究断线故障引发潜在森林火灾的前期放电发展过程对于保护配电线路、预防森林火灾具有重要意义。

      断线可能在极短的间隙内对地或植被发生放电,因此单相断线引发森林火灾的前期放电过程属于短空气间隙流注放电范畴。文献[7]研究了初始电子浓度对流注放电发展过程的影响,结果表明初始电子浓度增大会导致流注通道半径、流注头部电场强度、流注发展速率的增大,电荷密度、电子平均能量逐渐减小。文献[8]研究了常压下的氮气、氧气、空气、氮气混合不同比例(1%、0.01%) 氧气等气体的流注放电特性,结果表明当含氧量较低时,流注会发生分叉,氧气中流注发展最快、流注半径最大。文献[9]研究了初始种子电子团的峰值和位置对空气流注放电发展过程的影响,结果表明随着初始种子电子团密度峰值的增大,形成流注所需时间变短;随着初始种子电子团位置的改变,流注形成位置改变。

      针对森林火灾等极端天气背景,本文建立配电线路单相断线短间隙流注放电模型,获得断口对地放电过程中的电场分布、电子平均能量分布、电子密度分布,以及断口外形对放电过程的影响机理,讨论单相断线对地放电诱发森林火灾的机理及相应保护措施。

      1 配电线路单相断线对地短间隙流注放电模型

      本文基于流体—化学反应模型建立了配电线路单相断线对地短间隙流注放电模型[10-19],采用棒—板结构模拟断线对地放电,放电间隙D为5 mm,充分考虑了放电过程中的电子与气体分子(原子)的碰撞电离、弹性碰撞、附着以及正负离子间的复合反应等化学反应。

      1.1 控制方程

      模型控制方程中,电子连续性方程与电子能量输运方程用来描述电子密度与电子能量的动态变化,正负离子和中性粒子连续性方程用来描述正负离子密度和中性粒子密度的动态变化。

      电子连续性方程为

      式中:ne表示电子密度(m-3);e 表示电子通量(m-2·s-1); Re为电子源项(m-3·s-1)。

      电子通量Γe 的定义为

      式中:µe 表示电子迁移率(m2·V-1·s-1);E表示电场强度(V·m-1);De表示电子扩散率(m2·s-1)。

      电子源项Re通过计算化学反应中贡献于电子增加或减少的碰撞电离以及附着反应来描述电子密度的变化,定义为

      式中:M表示所有贡献于电子增加或减少的碰撞电离以及附着的化学反应数量;xj表示反应的目标产物摩尔分数;kj表示反应速率系数(m3·s-1);Nn表示总的中性粒子数密度(m-3)。

      电子能量输运方程为

      式中:nε代表电子能密度(V·m-3);Γε 代表电子能量通量(m-2·s-1);Sε 为电子与气体分子(原子)发生非弹性碰撞引起的能量损失(V·m-3·s-1)。

      式中:P为引起电子能量损失的碰撞反应的总数;Δε j为反应 j引起的电子能量损失(eV)。

      电子能量通量Γε 的定义为

      式中:µε 代表电子能量迁移率(m2·V-1·s-1);Dε 代表电子能量扩散率(m2·s-1)。

      式中:Te表示电子温度(eV)。

      流注放电的时间尺度一般为ns级,该情况下各种重粒子在扩散输运过程中的相互干扰作用可忽略不计,因此正负离子和中性粒子连续性方程为

      式中:nk代表第k种重粒子的数密度(m-3);Γk 代表第k种重粒子的通量(m-2·s-1);Rk为重粒子源项(m-3·s-1)。

      正负离子和中性粒子的通量为

      式中:Dk表示代表第k种重粒子的扩散率(m2·s-1);µk 表示代表第k种重粒子的迁移率(m2·V-1·s-1)。

      空间电场分布根据泊松方程计算获得。

      1.2 化学反应

      空气放电中存在众多粒子且反应较为复杂,较为有代表性的空气放电化学反应模型由法国学者Pancheshnyi提出,该模型把空气放电过程归纳为涉及9种粒子的15种化学反应。在Pancheshnyi等人[20-24]的基础上,本文考虑的化学反应如表1所示。

      表1 模型中涉及的化学反应
      Table 1 Chemical reactions involved in the model

      序号化学反应反应速率Δε/eV 1e+N =>2e+N 2 2+f(ε)15.6 2 e+O =>2e+O 2 2+f(ε)12.1 3 e+N =>e+N 2 2 f(ε)4 e+O =>e+O 2 2 f(ε)5 e+O =>O+O 2-f(ε)3.6 6 e+O =>2O 4 2+1.4×10-12 7 e+O =>2O 2+2×10-13 82e+N =>e+N 2 2+5.651×10-39(T)-0.8 9e+N +N =>2N 222+6.07×10-34(T)-2.5 10e+2O =>O +O 222-2×10-41 11N +N +O =>N +O 22242++5×10-42 12N +N +N =>N +N 22242++5×10-42 13O +N =>2N +O 2422++2.5×10-16 14O +N =>N +O 2222++6×10-18 15O +O +O =>O +3O 22422-+2×10-37 16N +O +O =>N +3O 22422-+2×10-37 17O +O +O =>O +O 22242++2.4×10-42 18N +O +O =>N +O 22224++2.4×10-42 19O +O +O =>2O +O 22222+-2×10-37 20O +O +N =>2O +N 22222+-2×10-37 21O +2N =>N O +N 222 22++9×10-43 22N O +N =>2N +O 2 2222++4.3×10-16 23N O +O =>N +O 2 2224++1×10-15 24O+O +N =>O +N 22322.5×10-46 252O +O=>O +O 2 232.5×10-46 26O +O =>3O 422+-1×10-13 27O +O =>O+O 2 2+-3.46×10-12(T)-0.5

      表中:T为气体温度(K);Te为电子温度(eV);Δε为碰撞反应能量损失(eV)。反应1—5的速率根据电子能量分布函数计算:

      式中: γ =(2 q / me)1/2me为电子质量( kg);ε 为电子能量;σ (ε)为碰撞截面 (m2);f(ε) 为电子能量分布。

      本文采用玻尔兹曼求解器BOLSIG+[25]计算反应1—5的反应速率,所需要的碰撞截面数据来自LXCAT数据库[26]。本文将空气简化为氮氧混合气体,体积分数比值为N2∶O2=8∶2,气压为101 kPa,温度为300 K,初始电子密度为ne0 = 1× 1013m-3,初始电子平均能量为4 eV。

      2 单相断线对地放电发展过程

      本章研究单相断线放电发展过程,获得了不同时刻下电场分布、电子密度及平均能量、放电电流等关键参数。电压为10 kV,断口外形为半球头,半径为0.3 mm。

      2.1 空间电场的分布和演化特性

      图1为t = 0.5 ns、t = 1 ns、t = 2 ns和t = 3 ns时刻空间电场分布,其中红色区域为高场强区域,即流注头部。在流注通道内,大量自由电子被吸附形成负离子,与通道内的正离子共同作用形成对外呈电中性的等离子体。流注头部区域电离作用剧烈并不断向阴极板发展,意味着放电通道不断延长,经过3 ns贯穿整个间隙,符合流注发展特性。

      图1 流注空间电场分布(单位:kV·cm-1
      Fig.1 Spatial electric field distribution (kV·cm-1) in streamer

      流注轴向电场是放电发展的驱动力,不同时刻下的分布情况如图2所示。在0.5 ns、1 ns、2 ns和3 ns的时刻,流注头部距阴极的距离分别是4.3 mm、3.6 mm、2.2 mm、0.1 mm时,所对应的电场强度分别是195 kV/cm、155 kV/cm、118 kV/cm和250 kV/cm。可以看出:流注头部存在电场峰值,而流注通道内的电场强度较低;随着流注向阴极推进,电场强度峰值位置也向阴极移动,导致阴极附近的电场强度缓慢增大;流注通道半径随流注发展而扩大,导致电场不均匀性减弱。

      图2 流注轴向电场分布
      Fig.2 Axial electric field distribution in streamer

      2.2 电子平均能量及密度的分布和演化特性

      文献[27]指出平均能量大于5 eV的电子是碰撞电离的主要动力,决定了流注发展特性。图3为流注轴向电子平均能量分布。在0.5 ns、1 ns、2 ns和3 ns时刻,电子平均能量分别是14.7 eV、13.2 eV、11.8 eV和16 eV。可以看出:流注头部电子平均能量最大,数值范围为12~15 eV;而流注通道内电子平均能量基本不随时间变化,为6~7 eV;流注未到达区域的电子平均能量比6 eV稍大。

      图3 流注轴向电子平均能量分布
      Fig.3 Axial electron average energy distribution in streamer

      图4为t = 0.5 ns、t = 1 ns、t = 2 ns和t = 3 ns时刻的空间电子密度分布。断口附近电场发生畸变,使得电离反应剧烈,电子数量增加,电子密度达到了5×1020 m-3。流注头部电场和电子平均能量较高,导致电子密度高达1020 m-3,与文献[28]相符。由于流注通道内电场强度较低,电子易附着在分子上成为负离子,导致密度降低。图5为放电电流发展特性,峰值约为9 A。

      图4 流注电子密度空间分布(单位:m-3
      Fig.4 Spatial electron density distribution (m-3) in streamer

      图5 放电电流
      Fig.5 Discharge current

      3 断口外形对放电发展过程的影响

      考虑到外力作用下的断口外形较为复杂,本章研究6 kV配电网单相断线断口外形及10 kV配电网断线断口规则度对放电发展的影响。

      3.1 断口半径

      不同断口半径 (r = 0.3 mm、r = 0.4 mm、r = 0.5 mm)的流注电子密度分布如图6—图8所示。随着断口半径的增大,断口附近电场强度减小,流注头部的电子平均能量降低,导致电子碰撞反应速率降低,因此同一时刻的流注电子密度最大值呈下降趋势。

      图6 r = 0.3 mm时流注电子密度分布(单位:m-3
      Fig.6 Electron density distribution (m-3) in streamer at r = 0.3 mm

      图7 r = 0.4 mm时流注电子密度分布(单位:m-3
      Fig.7 Electron density distribution (m-3) in streamer at r = 0.4 mm

      图8 r = 0.5 mm时流注电子密度分布(单位:m-3
      Fig.8 Electron density distribution (m-3) in streamer at r = 0.5 mm

      图9为不同断口半径下的放电电流。随着断口半径增大,断口附近电场强度减小,流注头部电场强度和电子平均能量降低,导致电子密度降低、放电电流减小。因此,断口半径越小越容易促进流注贯穿间隙。

      图9 不同断口半径下的放电电流
      Fig.9 Discharge current at different fracture radii

      不同断口半径在3 ns时刻的流注通道如图10所示。随着断口半径增大,断口附近的径向电场分布扩大,因此流注通道半径增大。综上所述,断口半径越小越容易促进流注贯穿间隙。

      图10 不同断口半径下流注通道示意图
      Fig.10 Streamer channels at different fracture radii

      3.2 断口形状

      0.2 ns时刻,不同断口形状下的空间电场分布如图11所示。锥尖头形断口的锥尖端处和平头形断口的棱边处曲率较大,导致该区域的电场分布极不均匀,率先出现电晕。文献[29]实验结果表明,在锥尖头形棒尖端的锥尖端处和平头形棒尖端的棱边处,首先出现了电晕现象,并且在球头形棒尖端的表面有一个均匀的电晕层,与本文结论相符。

      图11 断口附近空间电场分布(单位:kV·cm-1
      Fig.11 Spatial electric field distribution (kV·cm-1) near the fracture

      2 ns时刻,不同断口形状下流注轴向电场与轴向电子平均能量分布情况如图12和图13所示。不同断口下流注头部的电场强度和电子平均能量存在明显差异。结合图11可以看出,锥尖头形断口的锥尖端处电场峰值约为510 kV/cm,增大了轴向电场;半球头形断口的球面处电场峰值约为175 kV/cm,但是电场均匀分布且电场峰值小于锥尖头形断口的锥尖端处,因此对轴向电场的增强作用小于锥尖头形断口的作用;平头形断口的棱边处电场峰值约为350 kV/cm,大于半球头形断口的球面处电场峰值,但是与锥尖头形断口和半球头形断口相比具有更大的径向分量,对轴向电场影响不大,所以在平头形断口下的流注放电发展过程中,流注头部的自由电子及碰撞电离产生的二次电子崩的径向速度较大;由于通道内电场的径向分量较大,对电荷的约束作用变弱,使得电子偏离轴向发展。

      图12 不同断口形状下流注轴向电场分布
      Fig.12 Axial electric field distribution at different shapes

      图13 不同断口形状下流注轴向电子平均能量分布
      Fig.13 Axial electron average energy at different shapes

      2 ns时刻,不同断口形状下的流注轴向电子密度和放电电流分别如图14和图15所示。由于锥尖头形断口的流注头部电场强度和电子平均能量最大,半球头形断口次之,平头形断口最小,而流注头部电场强度和电子平均能量的降低会导致电子碰撞反应速率和电子密度降低,放电电流减小,所以锥尖头形断口的放电电流最大,半球头形断口次之,平头形断口最小。综上所述,曲率较大的断口(如锥尖头形断口)更容易促进流注贯穿间隙。

      图14 不同断口形状下流注轴向电子密度分布
      Fig.14 Axial electron density distribution at different shapes

      图15 不同断口外形下的放电电流
      Fig.15 Discharge current at different fracture shapes

      3.3 不规则断口

      图16为断口不规则情况下的空间电场分布。与图1相比,断口不规则时畸变空间电场的能力变弱,导致电场强度下降,经过3.3 ns间隙贯穿。

      图16 断线断口不规则时空间电场分布(单位:kV·cm-1
      Fig.16 Spatial electric field distribution (kV·cm-1) when the fracture surface of a broken line is irregular

      图17和图18分别为断口不规则时的轴向电场分布和电子平均能量分布。对比图2和图3在2 ns时刻的结果可以看出:断口规则时,流注头部的电场强度和电子平均能量分别为118 kV·cm-1和11.7 eV;断口不规则时,流注头部的电场强度和电子平均能量分别为55 kV·cm-1和9 eV,如图19和图20所示。放电初始时刻,断口规则时的空间电场强度大于断口不规则,断口规则时的电场分布均匀且集中在对称轴附近,而断口不规则时的电场分布不均匀,对轴向电场的影响不大,因此断口规则时的轴向电场强度大于断口不规则,导致电子平均能量增大,电子碰撞反应速率增大,进一步促进流注头部电场强度和电子平均能量增大。

      图17 断线断口不规则时轴向电场分布
      Fig.17 Axial electric field distribution when the fracture surface of a broken line is irregular

      图18 断线断口不规则时轴向电子平均能量分布
      Fig.18 Axial electron average energy distribution when the fracture surface of a broken line is irregular

      图19 断线断口是否规则时轴向电场分布
      Fig.19 Axial electric field distribution when the fracture surface of a broken line is regular or irregular

      图20 断线断口是否规则时轴向电子平均能量分布
      Fig.20 Axial electron average energy distribution when the fracture surface of a broken line is regular or irregular

      图21为断口不规则情况下的电子密度空间分布。在放电发展的初始阶段,由于轴线附近电场畸变较弱,电子密度较低。随着放电的发展,流注头部慢慢聚集大量的正离子,电子密度增加。

      图21 断线断口不规则时电子密度空间分布(单位:m-3
      Fig.21 Spatial electron density distribution (m-3) when the fracture surface of a broken line is irregular

      表2给出了断口规则与不规则时不同时刻的流注电子密度最大值。

      表2 断线断口是否规则的流注电子密度最大值
      Table 2 The maximum value of streamer electron density of whether the fracture surface of a broken line is regular m-3

      时刻断口规则断口不规则t=0.5 ns5.8×10201.3×1020 t=1 ns4.3×10209×1019 t=2 ns2.9×10206.4×1019 t=3 ns5.1×1020 t=3.3 ns4.7×1020

      图22为断线断口是否规则时的放电电流波形。断口不规则时的放电电流峰值为15 A,断口规则时的放电电流峰值为9 A。由于断口不规则时具有更大半径,间隙击穿需要更长时间,因此放电电流更高。

      图22 断线断口是否规则时的放电电流
      Fig.22 Discharge current when the fracture surface of a broken line is regular or irregular

      4 单相断线对地放电诱发森林火灾及保护措施

      在实际环境中,配电网单相断线故障对地放电过程及放电电流的变化特性除了受到断口外形的影响,还取决于地表附着物含油量(如松针等)、极端环境的恶劣程度(如湿度、风力、温度等)等因素。根据本文结果,10 kV配电网单相断线垂落至地表附近,引发短间隙流注放电,放电电流峰值可达9 A或15 A,如果考虑松针等含油量较高的地表附着物影响,该放电电流极易点燃地表附着物并形成电弧、引发火灾;随着放电电流衰减至mA级,通常不会引发火灾[30]

      研究表明,火灾风险与放电电流幅值及其持续时间成正比,如果放电电流在0.5 A以上的故障能就近在2 s内消除,降低故障点释放的总能量,火灾风险可降低80%以上[31]。根据本文结果计算并验证保护电流定值及保护电阻定值,采用具有阶梯式时间级差的多级暂态方向接地保护[30],可以就近切除接地故障,减少故障停电范围。

      5 结论

      极端天气的频繁发生导致配电线路单相接地故障大幅增加。配电线路单相断线故障是引发森林火灾的常见故障之一。本文针对配电线路单相断线对地放电发展过程建立短间隙放电模型,获得断口对地放电过程中的电场、电子平均能量、电子密度、放电电流等关键参数随放电时间的分布特性。研究结果表明:

      1) 对于10 kV线路,半球头形断口产生的流注经3 ns击穿5 mm放电间隙,流注头部电子平均能量为12~15 eV,断口附近电场发生畸变,使得电电子密度达到5×1020 m-3,放电电流峰值为9 A。而断口不规则时由于具有更大半径,间隙击穿需要更长时间,因此放电电流峰值升高至15 A。

      2) 对于6 kV线路,随着断口半径从0.5 mm降至0.3 mm,流注头部的电场强度从80 kV·cm-1升高到110 kV·cm-1,电子平均能量从10 eV升高到11 eV,流注贯穿间隙时电子密度的最大值由1.5×1020 m-3升高到2.7×1020 m-3。断口半径越小、曲率越大,导致流注头部的电场强度和电子平均能量升高,流注头部电子密度和放电电流增加,更容易导致流注贯穿间隙。

      本文研究结果对于极端天气下的配电线路安全防护、预防森林火灾灾害具有重要意义。后续将进一步针对配电线路断线故障引发放电过程中的地表附着物燃烧特性及极端环境的影响开展研究工作。

      参考文献

      1. [1]

        谭书俊.高压输电线路引发的火灾分析[J].科学家,2017,5(4):64-65.TAN Shujun.Analysis of fire caused by high voltage transmission lines[J].Scientist, 2017, 5(4):64-65(in Chinese). [百度学术]

      2. [2]

        COLLINS K M, PENMAN T D, PRICE O F.Some wildfire ignition causes pose more risk of destroying houses than others[J].PLoS One, 2016, 11(9): e0162083. [百度学术]

      3. [3]

        Tony Marxsen.New research in powerline bushfire safetyvegetation conduction ignition[C]// Arboriculture Australia National Conference, Adelaide, Australia, 2015. [百度学术]

      4. [4]

        周恺,张睿哲,赵耀鹏,等.高压输电线路断线垂落故障引发典型植被燃烧特性[J].消防科学与技术,2022,41(6):827-832.ZHOU Kai, ZHANG Ruizhe, ZHAO Yaopeng, et al.Characteristics and main influential factors of igniting typical forest vegetation materials by faults of simulated broken and fallen segments of high voltage transmission lines[J].Fire Science and Technology, 2022, 41(6): 827-832 (in Chinese). [百度学术]

      5. [5]

        JALILIAN A, MUTTAQI K M, SUTANTO D.A novel voltage clamping-based overvoltage protection strategy to avoid spurious trip of inverter-based resources and eliminate the risk of bushfires following the REFCL operation in compensated networks[C]//2020 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting.October 10-16, 2020, Detroit, MI,USA.IEEE, 2021: 1-10. [百度学术]

      6. [6]

        RUSSELL B D, BENNER C L, WISCHKAEMPER J A.Distribution feeder caused wildfires: mechanisms and prevention[C]//2012 65th Annual Conference for Protective Relay Engineers.April 2-5, 2012, College Station, TX, USA.IEEE, 2012: 43-51. [百度学术]

      7. [7]

        彭庆军,司马文霞,杨庆,等.初始电子浓度对空气中针板间隙正极性流注放电的影响[J].高电压技术,2013,39(1):37-43.PENG Qingjun, SIMA Wenxia, YANG Qing, et al.Influence of initial electron concentration on positive streamer discharge in pin-plate air gap[J].High Voltage Engineering, 2013, 39(1):37-43 (in Chinese). [百度学术]

      8. [8]

        蔡新景,王新新,邹晓兵,等.大气压下不同气体的流注放电特性[J].高电压技术,2015,41(6):2047-2053.CAI Xinjing, WANG Xinxin, ZOU Xiaobing, et al.Properties of streamer discharges in different gases at atmospheric pressure[J].High Voltage Engineering, 2015, 41(6): 2047-2053(in Chinese). [百度学术]

      9. [9]

        王成江,涂鸣麟,方洋洋,等.初始种子电子团对短空气间隙流注放电行为的影响[J].绝缘材料,2019,52(1):57-62.WANG Chengjiang, TU Minglin, FANG Yangyang, et al.Influence of initial seed electron cluster on streamer discharge in short air gap[J].Insulating Materials, 2019, 52(1): 57-62 (in Chinese). [百度学术]

      10. [10]

        NANBU K.Probability theory of electron-molecule, ionmolecule, molecule-molecule, and Coulomb collisions for particle modeling of materials processing plasmas and cases[J].IEEE Transactions on Plasma Science, 2000, 28(3): 971-990. [百度学术]

      11. [11]

        李长云,李岩青,于永进,等.大气条件下厘米级棒-板间隙负极性电晕放电中流注的产生与发展机制[J/OL].电工技术学报,2023-5-19,https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2188.tm.20230518.1355.007.html.LI Changyun, LI Yanqing, YU Yongjin, et al.Study on the generation and development mechanism of streamers in centimeter-level rod-plate gap negative corona discharge under atmospheric conditions[J/OL].Transactions of China Electrotechnical Society, 2023-5-19, https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2188.tm.20230518.1355.007.html(in Chinese). [百度学术]

      12. [12]

        郑含博,杨杭,凤永吉,等.雷电冲击下天然酯的长间隙击穿特性仿真研究[J/OL].电工技术学报,2023-3-22, https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2188.TM.20230321.1712.012.html.ZHENG Hanbo, YANG Hang, FENG Yongji, et al.Simulation study on long gap breakdown characteristics of natural ester under lightning shock[J/OL].Transactions of China Electrotechnical Society, 2023-3-22, https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2188.TM.20230321.1712.012.html(in Chinese). [百度学术]

      13. [13]

        耿江海,李天骄,王平,等.海拔2200 m地区正极性操作冲击下大直径球-板间隙放电统计时延特性[J].高电压技术,2022,48(10):3910-3918.GENG Jianghai, LI Tianjiao, WANG Ping, et al.Statistical time delay characteristics of large diameter sphere-plane gap discharge under positive switching impulse voltage at altitude of 2200 m[J].High Voltage Engineering, 2022, 48(10): 3910-3918(in Chinese). [百度学术]

      14. [14]

        赵志航,魏新劳,姚远航,等.低温次大气压不均匀电场空气流注放电特性研究[J].中国电机工程学报,2023,43(10):4034-4046.ZHAO Zhihang, WEI Xinlao, YAO Yuanhang, et al.Study on discharge characteristics of non-uniform electric field air streamer at low temperature and sub atmospheric pressure[J].Proceedings of the CSEE, 2023, 43(10): 4034-4046 (in Chinese). [百度学术]

      15. [15]

        WEN X Q, LI Q A, LI J S, et al.Quantitative relationship between the maximum streamer length and discharge voltage of a pulsed positive streamer discharge in water[J].Plasma Science and Technology, 2017, 19(8): 085401. [百度学术]

      16. [16]

        MENG X B, MEI H W, YIN F H, et al.The development of the streamer discharge to flashover along the dielectric surfaces[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2023, 30(4): 1733-1742. [百度学术]

      17. [17]

        DIJCKS S, VAN DER LEEGTE M, NIJDAM S.Imaging and reconstruction of positive streamer discharge tree structures[J].Plasma Sources Science and Technology, 2023, 32(4): 045004. [百度学术]

      18. [18]

        FU Y W, HE M S, CHEN C, et al.Effects of rod radius and voltage on streamer discharge in a short air gap[J].Plasma Science and Technology, 2023, 25(8): 085401. [百度学术]

      19. [19]

        KOMURO A, YOSHINO A, WEI Z Y, et al.Effects of oxygen concentration on streamer propagation and ozone production in a single-filament streamer discharge at atmospheric pressure[J].Journal of Physics D: Applied Physics, 2023, 56(18): 185201. [百度学术]

      20. [20]

        PANCHESHNYI S, NUDNOVA M, STARIKOVSKII A.Development of a cathode-directed streamer discharge in air at different pressures: experiment and comparison with direct numerical simulation[J].Physical Review E, Statistical,Nonlinear, and Soft Matter Physics, 2005, 71(1 Pt 2): 016407. [百度学术]

      21. [21]

        LIU X H, HE W, YANG F, et al.Numerical simulation and experimental validation of a direct current air corona discharge under atmospheric pressure[J].Chinese Physics B, 2012, 21(7):075201. [百度学术]

      22. [22]

        ZHAO Z H, WEI X L, SONG S, et al.A two-dimensional air discharge modified model under unipolar square pulse voltage at low temperature and sub-atmospheric pressure[J].IEEE Access, 2021, 9: 51896-51909. [百度学术]

      23. [23]

        LIU L P, BECERRA M.Gas heating dynamics during leader inception in long air gaps at atmospheric pressure[J].Journal of Physics D: Applied Physics, 2017, 50(34): 345202. [百度学术]

      24. [24]

        ZHU Y F, STARIKOVSKAIA S.Fast gas heating of nanosecond pulsed surface dielectric barrier discharge: spatial distribution and fractional contribution from kinetics[J].Plasma Sources Science and Technology, 2018, 27(12): 124007. [百度学术]

      25. [25]

        HAGELAAR, G J M.Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie (LAPLACE), Universite Paul Sabatier.BOLSIG+[CP/OL].(2019) [2019-12].http://www.bolsig.laplace.univ-tlse.fr/. [百度学术]

      26. [26]

        CARBONE E, GRAEF W, HAGELAAR G, et al.Data needs for modeling low-temperature non-equilibrium plasmas: the LXCat project, history, perspectives and a tutorial[J].Atoms,2021, 9(1): 16. [百度学术]

      27. [27]

        张文静.大气压介质阻挡放电物理过程的数值模拟[D].上海:东华大学,2007. [百度学术]

      28. [28]

        KULIKOVSKY A A.The role of photoionization in positive streamer dynamics[J].Journal of Physics D: Applied Physics,2000, 33(12): 1514-1524. [百度学术]

      29. [29]

        杨亚奇,李卫国,夏喻,等.棒尖端外形对低气压下棒-板短间隙放电特性影响研究[J].真空科学与技术学报,2017,37(2):194-200.YANG Yaqi, LI Weiguo, XIA Yu, et al.Effect of rod-end shapes on AC discharge characteristics of rod/plate air-gap at lower atmospheric pressure[J].Chinese Journal of Vacuum Science and Technology, 2017, 37(2): 194-200 (in Chinese). [百度学术]

      30. [30]

        梁栋,王鹏玮,徐丙垠,等.面向森林电气火灾防治的配电线路继电保护方案[J].供用电,2021,38(12):15-20.LIANG Dong, WANG Pengwei, XU Bingyin, et al.Relay protection scheme of distribution lines for electrical forest fire prevention[J].Distribution & Utilization, 2021, 38(12): 15-20(in Chinese). [百度学术]

      31. [31]

        TONY M.Vegetation conduction ignition test report[R].Victoria: Powerline Bushfire Safety Program, 2015. [百度学术]

      基金项目

      国网陕西省电力有限公司科技项目(5226KY 230003)。

      Science and Technology Foundation of State Grid Shaanxi Electric Power Co., Ltd.(5226KY230003).

      作者简介

      • 权立

        权立(1971),男,高级工程师,研究方向为配电网故障处理、配电自动化。E-mail:mymadrid@163.com。

      • 贺梦莎

        付钰伟(1990),女,副教授,研究方向为输配电设备故障诊断与状态监测。通信作者,E-mail:fuyuwei@xaut.edu.cn。

      出版信息

      文章编号:2096-5125 (2024) 01-0055-11

      中图分类号:TM771

      文献标志码:A

      DOI:10.19705/j.cnki.issn2096-5125.2024.01.007

      收稿日期:2023-11-23

      修回日期:

      出版日期:2024-01-25

      引用信息: 权立,贺梦莎,张小庆等.森林火灾风险下的配电线路单相断线放电发展过程研究[J].全球能源互联网,2024,7(1):55-65 .QUAN Li, HE Mengsha, ZHANG Xiaoqing,et al.Research on the Development Process of Single-phase Breakage Discharge in Distribution Lines Under Forest Fire Risks[J].Journal of Global Energy Interconnection,2024,7(1):55-65 (in Chinese).

      (责任编辑 张鹏)
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