复合绝缘子在强风下的形变及应力集中程度

输电线路上的复合绝缘子伞裙在强风下会出现形变,形变导致伞裙根部应力集中,长期存在的应力集中会引起伞裙根部疲劳断裂。为研究强风区复合绝缘子仿真计算模型的有效性、形变和应力集中程度随着风速的变化趋势,采用流固耦合的仿真方法,主要探讨了不同风速下形变和应力集中现象及其大小,并通过风洞实验验证。结果表明:复合绝缘子在20 m/s以上强风下存在25 mm以上形变问题,进一步导致伞裙根部出现月牙状应力集中区域,仿真结果与实验结果对应较好;复合绝缘子在20 m/s以上强风下的应力集中随着形变的变大而增加;风速从20 m/s到60 m/s区间不断提高,伞裙的形变从25 mm到83 mm不断变大,伞裙根部的应力从0.12 MPa到0.60MPa不断增大。为了防止伞裙根部应力集中过大而导致的撕裂,就要阻止伞裙产生大的形变。     

基于流固耦合腕臂复合绝缘子抗风性能研究

强风环境会引起复合绝缘子伞裙发生形变,导致伞裙根部出现严重的应力集中。在周期循环风载荷作用下,伞裙根部长期处于应力疲劳状态并最终导致伞裙撕裂问题。针对上述问题,文中以铁路系统腕臂复合绝缘子为对象,建立腕臂复合绝缘子流固耦合三维仿真计算模型,研究伞裙形变量与伞裙根部应力及不同风速、不同迎风角与绝缘子伞裙形变量的关系。研究结果表明:从整体来看,根部倒角半径对形变的影响是非常小的,非重要抗风结构参数;在同一风速下,迎风角为17°时伞裙形变量最大,迎风角为84°时伞裙形变量最小;随着下倾角的增加,绝缘子伞裙边沿产生最大形变的迎风角逐渐减小;伞裙下倾角增加到7°时,同时伞裙边沿形变从5 mm平稳下降到0.85 mm,伞裙下倾角的增加有效抑制了伞裙边缘形变量的上升,对绝缘子抗风性能具有极其重要的影响。文中根据以上研究结果,优化腕臂复合绝缘子的伞裙结构,提高了绝缘子的抗风性能。     

复合绝缘子风压分布研究及抗风性能检测方法

中国西北地区电网中,复合绝缘子的伞裙在强风作用下出现了十分严重的撕裂故障。目前主要用风洞来研究绝缘子伞裙的起振风速、振幅等力学行为,但对其中的物理过程尚缺乏足够的研究。基于有限元仿真工具,对运行于新疆电网的若干型号复合绝缘子进行了建模和流固耦合仿真,研究了绝缘子迎风角度、伞径组合方式、伞径以及风速对伞裙表面风压的影响,并分析了复合绝缘子伞裙在风压作用下的受力和形变。以此为依据,提出了一种绝缘子抗风能力的检测方法,即在伞裙表面施加特定形状的静力载荷,并同时测量伞裙边缘的形变量。对数据进行换算,得到伞裙的单位压强形变后,与风洞实验中测得的起振风速存在良好的对应关系。所得结果可为风区抗风型绝缘子的设计和选型提供参考。     

强风区复合绝缘子伞裙撕裂研究

复合绝缘子相关技术的研究与进步推动了我国特高压输电线路的建设和发展,对复合绝缘子的制造工艺、材料、试验方法、老化问题、机械性能、脆断、伞裙结构等方面的研究一直是高电压绝缘领域的重点。复合绝缘子的伞裙破坏问题是强风灾害下出现的新问题,无相关研究成果见诸报道,在IEC和国家标准中尚未有针对性的条项。利用风洞试验和模拟仿真,揭示强风时流体与复合绝缘子伞裙作用过程,阐释复合绝缘子伞裙的破坏机制。研究发现,在风速高于35 m/s时,试验使用的复合绝缘子伞裙将发生高频大幅振动,导致伞裙根部发生严重的应力集中,在周期循环载荷作用下,伞裙根部长期处于应力疲劳状态,伞裙根部出现微裂纹,进而扩展为深度裂纹,贯穿伞裙根部最终导致伞裙撕裂问题。     

强风区750kV复合绝缘子伞裙破坏机制分析研究

为研究强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障的产生机制,进行了现场故障情况分析、材料疲劳龟裂实验、流固耦合仿真计算以及绝缘子伞裙特殊结构下的断裂问题分析。研究发现经过平均风速高于30m/s强风区的新疆750kV高压输电线路中,复合绝缘子出现大规模伞裙根部断裂故障,最严重的单根绝缘子有效爬距损失达20.4%。研究结果表明:常规绝缘子硅橡胶材料耐疲劳性能较差,在强风中绝缘子伞裙会出现大幅摆动现象,该状况导致伞裙根部承受严重的应力集中问题,长期的循环应力作用使伞裙根部材料出现疲劳裂纹,最终发展为伞裙根部断裂故障。该实验研究结果与现场故障现象吻合度较高,为进一步解决伞裙断裂故障提供了理论基础。     

高压输电线路硅橡胶防鸟罩抗风性能及结构优化研究

高压输电线路硅橡胶防鸟罩可有效避免鸟粪滴落引起的绝缘子串闪络故障,但在强风下很可能发生撕裂。为研究不同电压等级输电线路硅橡胶防鸟罩的抗风性能,采用有限元仿真软件ANSYS Workbench对绝缘子周围流场进行仿真分析。设计了一种具有金属骨架结构的新型硅橡胶防鸟罩并仿真分析不同规格尺寸的新型防鸟罩对线路绝缘子附近空间电场的影响。结果表明:随着伞裙直径的增加,硅橡胶防鸟罩所受的风压增加,在伞裙边缘形成的弯矩也相应增大,更易出现大幅度摆动,在大风作用下易发生伞裙撕裂。新型硅橡胶防鸟罩对绝缘子低压端局部场强分布具有改善作用,能满足输电线路防鸟害技术需求。     

绝缘油对复合绝缘子伞裙性能的影响及其变形原因分析

复合绝缘子在变电站涉油设备装配过程中可能因人为操作、密封性能不佳等原因,其伞裙会因接触绝缘油而出现变形.为进一步研究绝缘油对复合绝缘子伞裙的影响并分析其变形原因,采用绝缘油处理伞裙硅橡胶材料,分析了硅橡胶的体积变化、化学结构、憎水性、力学性能、电气性能.结果表明:绝缘油导致硅橡胶的体积变大,断裂伸长率、拉伸强度、撕裂强度、硬度减小,这与伞裙硅橡胶材料的物理溶胀有关.基于此,利用滴油装置及绝缘子模拟再现伞裙发生变形的过程,最终提出一种利用热处理恢复伞裙形变的方法.     

57 m/s风洞中动车组车顶环氧树脂绝缘子伞裙边缘蚀损分析

兰新线风沙环境中沙粒同环氧树脂绝缘子伞裙边缘碰撞后可造成伞裙边缘蚀损,蚀损后的绝缘子爬电距离减小,爬距减小会增加绝缘子闪络故障概率。为获取沙粒粒径对动车组车顶环氧树脂绝缘子伞裙边缘蚀损情况,将与来流方向平行的伞裙直径所通过的伞裙边缘定义为0°和180°,与来流方向垂直的伞裙直径在伞裙边缘的2个点定义为90°和270°,在闭式风洞内将风速设定为57 m/s,试验时长设定为160 h,单次沙粒质量为20 kg,试验获取0.5 mm及以下、0.25 mm及以下和0.1 mm及以下等3种沙粒粒径对伞裙不同位置处的半径减小值。试验结果表明:逆时针方向旋转,90°～270°之间的伞裙边缘无蚀损,蚀损部位均位于0°～90°、270°～360°之间;沙粒粒径0.25 mm或0.1 mm时,伞裙半径减小值均0.5 mm;沙粒粒径为0.25～0.50 mm时,伞裙40°～60°之间蚀损最严重,且7号伞裙蚀损量最大。粒径影响伞裙边缘蚀损程度的原因是碰撞前动能不同,小粒子跟随性好,大粒径粒子跟随性差所致;40°～60°之间蚀损最严重,该结果同基于Finnie微切削理论和计算流体力学理论获得的仿真计算分析结果相符。该研究结果可为不具备试验条件工况下采用仿真手段评估风沙环境中绝缘子伞裙蚀损程度及其结构优化设计提供参考依据。     

动车组车顶硅橡胶复合绝缘子干湿闪特性分析北大核心CSCD

动车组车顶高压系统是动车组运行过程中从接触网可靠获取动力的主要部件,长期暴露在大气中的车顶绝缘子一旦发生闪络故障,将会造成动车组供电中断或趴窝故障。文中以一种新型动车组车顶硅橡胶复合绝缘子为对象,采用持续升压法对8只绝缘子开展干湿闪络试验。试验结果表明,绝缘子干闪电压均大于140 kV,标准差小于3%;湿闪电压值大于120 kV,标准差小于3%;干湿闪电压值均满足动车组车顶绝缘子入网考核值100 kV、85 kV;湿润绝缘子表面用水电导率越高,放电电弧出现的时间越早,用相机拍摄到的电弧越明显;当低压侧金具被完全包覆时,多次闪络可造成包覆低压金具的护层边缘出现明显的烧蚀,烧蚀后的护层可能会在高速气流作用下被撕裂,建议后续的绝缘子结构优化设计中不完全用绝缘护层包覆低压金具。为解释干湿闪电压及放电过程差异,构建包含水滴或积水的三维模型,分析伞裙表面离散水滴或积水对伞裙表面附近空气域电场分布的影响。仿真结果表明:水滴或积水的存在畸变了其附近的电场强度,畸变后的电场值可达表面干燥时电场值的百倍。研究结果可为后续动车组车顶硅橡胶复合绝缘子结构优化设计提供参考。     

复合绝缘子雾凇覆冰厚度预测模型

基于拉格朗日法,通过数值求解覆冰过程中复合绝缘子外部连续气流场和水滴运动轨迹,提出一种以区域分割方式数值计算绝缘子表面水滴碰撞系数的方法,并分析了风速和水滴中值体积直径(MVD)对水滴碰撞系数的影响;通过求解覆冰热平衡方程建立绝缘子雾凇覆冰厚度预测模型,并通过人工覆冰增长试验,对模型进行了验证。数值计算和试验结果表明:复合绝缘子迎风侧杆径和伞裙边缘的水滴碰撞系数比迎风侧伞裙表面的碰撞系数大很多,迎风侧伞裙表面的水滴碰撞系数几乎是背风侧水滴碰撞系数的两倍;水滴碰撞系数随风速和MVD的增大而增大,且MVD的影响程度比风速更大;绝缘子伞裙表面覆冰厚度小于8mm时,模型能很好地预测绝缘子表面雾凇覆冰厚度,模型计算厚度与试验实测厚度相对误差在8%以内;绝缘子伞裙表面覆冰厚度在10~14mm之间时,模型的预测准确性稍差,其相对误差为12%~15%。     

海上风力发电的风速和风轮机的输出转矩

通过观测的风速数据拟合出风速的威布尔分布曲线,了解风资源的分布情况.并根据风的随机性建立风速变化模型,应用Matlab软件对风速波形进行仿真,进而建立变桨距风机转子的仿真模型.了解在最大风能下,对应的风轮机输出转矩的变化特性以及随着风速的变化所对应的功率变化曲线.仿真结果表明所建立的风力机模型能较好的跟踪风速的变化,实...     

风能及风力发电问题

风能是一种重要的可再生能源,探讨了风能应用的可行性;介绍了我国目前风能利用的情况;分析了风力发电中的一些主要问题及产生的原因,并给出了克服这些问题的对策。     

风功率密度等级划分和风能区划的修订建议

随着我国风电产业的迅猛发展,《风电场风能资源评估方法》中的风功率密度等级和我国风能区域等级划分的不适用性日益显现出来,本文通过对该标准本身和当前风电行业发展情况的研究,对原来的划分原则和方法提出一种改进思路和方法。     

区域风能规划中的风资源参数及等效风速序列求解方法

在面积较广阔、建有多个风速观测站的区域风能规划中,缺乏能够描述区域等效风资源状况的风速数据以及相应的求解方法。针对区域等效风速序列及风速分布特性参数难于求解的问题,调查总结了常用风能规划模型中用于描述风速变化特性及风资源分布的重要参数,分析了参数选择对风能规划的影响,提出基于多维自回归模型的区域等效参数及区域等效风速序列求解方法,给出一种仅利用月平均风速合成风速数据的方法。以可再生电力混合优化模型为计算平台,以建有多个风速观测站的某区域为算例,参数求解方法及合成风速方法的合理性进行了验证分析。结果表明,2种方法都能够求得合理的区域等效风速数据;利用月平均风速合成风速数据的方法,能够合成具有一定可参考性的、适用于区域风能规划的风速数据。     

最大风能捕获风力发电系统及其仿真

介绍了变速恒频交流励磁双馈电机的风力发电系统。在检测不同风速下,给出最佳电机转速,再根据定子磁链定向方法对电机的有功功率和无功功率的解耦控制,实现最大风能捕获。给出了系统仿真模型和仿真结果,验证了系统控制策略的可行性和正确性。     

雷暴风和良态风下输电塔气弹模型风洞试验

为研究雷暴风下输电塔的风振特性和风振系数,基于导流板在边界层风洞中模拟的稳态雷暴风场,开展了输电塔气弹模型风洞试验,并与B类场地下的结果进行了对比.结果表明:输电塔雷暴风下的位移、应力及加速度响应随风速和风向的变化规律与B类场地类似.雷暴风下的平均值、脉动响应一般会高于B类场地,且雷暴风最大风速处于塔头高度时响应的增幅...     

考虑风功率密度和风向特征的风能资源MCP评估方法

在区域风电场风能资源评估方法中,传统的测量—关联—预测(MCP)方法未充分使用参考站的观测数据建立参考站和目标站之间风功率密度的映射关系,导致目标站长期风能资源的预测精度不高。在传统MCP组合方法的基础上,综合考虑参考站风功率密度和风向的特征组合,利用支持向量回归机(SVR)理论,建立2种不同的MCP模型,并将传统的考虑参考站风速、风向特征组合的MCP模型作为对比模型来验证所提出模型的有效性和准确性。实例研究表明,考虑参考站的风功率密度和风向特征输入的MCP模型对目标站风功率密度预测决定系数高于0.9,预测精度和适用性要明显优于传统的MCP模型,因而,该模型可用于评估区域风电场风能资源分布状况。     

风力发电与风轮机优化设计

介绍了世界风电的利用情况,提出了风轮机的工程优化设计方法,并创制了工程设计图,用这种图可以方便迅速地设计风轮机的主要尺寸。     

最大风能捕获风力发电系统及其仿真

介绍了变速恒频交流励磁双馈电机的风力发电系统。在检测不同风速下，给出最佳电机转速，再根据定子磁链定向方法对电机的有功功率和无功功率的解耦控制，实现最大风能捕获。给出了系统仿真模型和仿真结果，验证了系统控制策略的可行性和正确性。