1000kV特高压交流复合绝缘子耐张串均压特性研究

交流电压作用下,由于复合绝缘子导线侧和杆塔侧的杂散电容不同,绝缘子的沿串电压分布不均匀。采用三维有限元方法分别计算了特高压交流1 000 kV单回和双回输电线路一字型4联550 kN复合绝缘子耐张串的沿面电位和电场分布,比较了大环屏蔽深度、管径、外径等均压环结构参数对电场分布的影响,给出了均压环的推荐配置方案。结果表明,当中相施加相电压峰值时,各关键部位场强值最大;单回和双回耐张串均压环表面最大场强分别为2.06 kV/mm和1.8 kV/mm,绝缘子伞裙护套表面最大场强分别为0.33 kV/mm和0.31 kV/mm,满足均压环表面场强在峰值下不超过2 kV/mm,复合绝缘子伞裙护套表面场强在有效值下不超过0.4 kV/mm的电场控制要求。     

紧凑型输电线路复合绝缘子轴向电场分布分析

了解线路复合绝缘子的轴向电位和电场分布对绝缘子的相关设计和运行维护具有现实意义。为此,利用电磁场有限元计算软件建立了考虑杆塔和导线影响的750kV单回路紧凑型线路复合绝缘子三维模型,计算分析了复合绝缘子在无均压环和安装合适均压环两种情况下的轴向电位和电场分布;计算过程中忽略了伞裙对轴向电场分布的影响。计算结果表明,配置合适均压环后,复合绝缘子轴向电位分布的不均匀性得到有效改善,对金具端部附近场强的控制达到良好效果。最后计算了复合绝缘子伞裙和悬挂方式对电场分布的影响,结果表明,电场分布计算忽略伞裙影响是合理的,且悬挂方式对空间电场分布有一定影响。     

均压环安装位置对220kV复合绝缘子覆冰及其闪络特性的影响

在人工气候室对不同位置安装均压环的220 kV复合绝缘子进行了人工带电覆冰试验,分析了均压环安装位置对绝缘子覆冰及电气特性的影响。结果表明:复合绝缘子本身电场分布极不均匀,使不同均压环安装位置对改善电场分布的效果不尽相同,从而对复合绝缘子覆冰有明显影响。高压端均压环使高压端伞裙覆冰比较均匀,冰棱生长较长,均压环冰棱呈向外弯曲生长,提高冰闪电压;低压端均压环使低压端伞裙相邻冰棱之间发生粘接,均压环冰棱基本呈垂直生长,降低冰闪电压;绝缘子和均压环表面覆冰密度大于冰棱冰密,安装均压环的高压端或低压端,其表面和冰棱冰密都大于不带均压环时;仅高压端带均压环时的绝缘子自身冰重大于仅低压端带均压环时。     

高速列车车顶绝缘子均压环的优化设计

在大雾等潮湿环境中,空气中的水分子会附着在绝缘子表面并逐渐凝结成微小水珠,这些密集的小水珠会对绝缘子内部及周围电场产生畸变,在电场力等外力作用下这些大量的微小水珠渐渐形成的水带会进一步畸变电场,形成恶性循环。文中仿真结果表明,绝缘子表面出现分离水珠时,高压端金具与第一伞裙之间产生的电场强度足以引起表面水珠发生电晕放电,这会老化甚至灼蚀绝缘子表面材料,降低绝缘子安全运行的可靠性。针对这一情况,文中以CRH-380型电力动车组车顶受电弓支撑环氧树脂复合绝缘子为对象,运用有限元仿真软件,采取加装最优均压环的措施来改善绝缘子高压端的电场分布,当均压环R=125 mm、r=21 mm、H=44 mm时受电弓支撑绝缘子伞裙护套表面最大场强最小,为绝缘子均压环的最优配置。此时绝缘子伞裙护套表面最大场强为19.7 kV/cm,小于分离水珠电晕放电起始场强,达到预期目标。     

覆沙对110 kV瓷绝缘子沿面电场和电位分布规律的影响

为了研究瓷绝缘子伞裙处覆沙对其沿面电场和电位分布的影响，基于有限元法建立了XP-70型瓷质悬式绝缘子的二维对称静电场模型，并分析了在不同覆沙情况下绝缘子的沿面电场和电位分布。结果表明：瓷绝缘子的沿面电场整体呈“U”形分布，且电场与电位受瓷绝缘子几何形状与媒介材质的影响，在每片绝缘子的伞裙上下表面与金具的交界处，电场强度出现局部峰值；当绝缘子伞裙表面覆盖沙尘时，对其沿面电位的影响十分微弱，但伞裙覆沙处的场强会减小，靠近高压侧与低压侧的绝缘子场强减小幅度较大，且减小幅度与沙层厚度无关，随着绝缘子表面覆盖沙层厚度的增加，每片绝缘子伞裙上表面与金具交界处的场强都会先大幅增大然后减小到一个稳定值；当沙层中出现无沙带时，无沙带处的场强会增大，且增幅与沙层的厚度和无沙带的宽度相关。     

内插入电极式结构复合绝缘子场强及电位分布试验研究

为了改善复合绝缘子高压端部电场强度,通过有限元仿真计算设计了一种新型的内插入电极武结构,同时对均压环进行了优化设计。为了检验优化设计后的内插入电极式结构复合绝缘子端部场强改善情况,在试验室利用光纤场强测试仪测量复合绝缘子伞裙的场强分布并计算出其电位分布。与未加内电极的绝缘子进行对比,研究表明这种内插入电极式结构复合绝缘子对改善复合绝缘子沿面场强分布和电位分布,降低复合绝缘子导线侧局部场强过于集中是非常明显和有效的。     

1000kV交流复合绝缘子串电场分布计算及均压环设计

1 000kV复合绝缘子的结构特点导致了其电位分布很不均匀,高压端金具附近的强场区会使绝缘介质和金具表面发生电晕放电,如何设计均压环使绝缘子沿面电场分布得到改善,对输电线路的安全运行具有重要的意义。本文基于ANSYS有限元软件建立1 000kV复合绝缘子的三维模型,计算无均压环时和有均压环时的复合绝缘子沿面电场强度分布和电压分布,具体分析了大小均压环的位置、环径、管径对复合绝缘子沿面电场强度的影响,并确定均压环的最佳位置和结构参数。计算结果表明,有均压环时均压环表面,高压端金具表面及绝缘护套表面的最大场强均可达到要求。     

500kV站用绝缘子串均压环优化设计

为改善500 kV港城变电站电晕放电现象,根据其绝缘子串布置情况,利用有限元计算方法,在ANSYS中建立悬垂串与双联串仿真模型,研究均压环不同结构参数对绝缘子串电压、电场分布的影响,得到最优均压环结构参数。仿真结果表明,500 kV悬垂串均压环最佳结构参数为:罩深230 mm、环径660 mm、管径70 mm,均压环表面最大场强峰值可降至14.5 kV/cm;双联串均压环最佳结构参数为:屏蔽绝缘子片数3、管径100 mm、与绝缘子距离90 mm,均压环表面最大场强峰值可降至14.7 kV/cm。计算结果证明,优化后的均压环明显改善绝缘子串电压分布,降低了单片绝缘子承担的最大电压,并使均压环表面最大场强峰值低于20 kV/cm。     

覆冰220kV四伞裙复合绝缘子电场分布仿真分析

针对国内外缺乏对覆冰220kV四伞裙复合绝缘子电场分布研究的现状,利用Ansoftmaxwell有限元分析软件模拟分析了不同冰凌长度、均压环参数和位置对220kV四伞裙复合绝缘子电场分布的影响。结果表明：（1）湿冰状态下冰凌与伞裙间隙1 mm时,冰凌桥接复合绝缘子不会发生放电现象,非桥接且系统过电压时有放电危险;（2）均压环能够显著改善高压端与第一大伞间的电场分布;（3）均压环与金具连接点垂直距离为0 mm,外径306 mm、管径36 mm时高压端和高压端附近冰凌间隙最大场强达到较好配合。     

合成绝缘子沿面电场计算与均压环优化设置的研究

介绍了计算合成绝缘子沿面场强的简化模型;在此模型的基础上,给出了利用二次插值有限元法计算合成绝缘子沿面电场的分布情况结果,并对不同安装参数下均压环对合成绝缘子沿面电场强度的影响进行计算研究,最终给出了不同电压等级下有效改善绝缘子电场分布的均压环推荐参数。     

特高压交流输电线路瓷绝缘子串电位和均压环电场分布计算模型的简化

特高压交流输电线路绝缘子串电位和均压环表面电场分布计算有限元模型具有模型尺寸大、结构复杂、媒质种类多的特点。为保证计算精度,需全面分析相关因素的影响,以合理简化计算模型,提高计算效率。该文建立了特高压交流输电线路瓷绝缘子串的三维静电场有限元全模型和简化模型,全面分析了杆塔、导线、连接金具、联板及相间作用等因素对电位和电场分布的影响,最后验证模型简化的合理性。全模型和简化模型计算结果对比表明,将三相导线控制在一定长度、对杆塔合理简化、省略联板和金具并且只建立单相绝缘子串模型的简化方法可行,用简化模型代替完整模型进行绝缘子串电位和均压环表面电场分布的分析能够减小计算规模,提高绝缘子串和均压环参数优化配置分析效率。     

220kV瓷绝缘子(XP-160)串的空间电场分布特性及其影响因素仿真分析

绝缘子串的电压和电场分布研究对瓷绝缘子的相关设计和运行维护非常重要。笔者根据瓷绝缘子串的实际结构和工作条件,选择有限元数值计算方法建立三维电场仿真模型进行计算分析和总结。仿真结果表明:瓷绝缘子串绝缘子伞下棱对其表面电场影响较大但对绝缘子串空间电场影响较小;避雷线对瓷绝缘子串的表面及空间电场影响甚微;不同塔型、不同相导线及其分裂数、绝缘子串型式及绝缘子型式、绝缘子的表面状态对瓷绝缘子串的周围电场值有一定的影响,在仿真分析时需予于考虑。文中仿真结果可为输电线路的设计及绝缘子在线监测提供一定的借鉴。     

110kV覆沙复合绝缘子串沿面电位与电场变化规律研究

为了研究沙尘沉积对复合绝缘子串沿面电位与电场的影响,基于有限元法,建立了110 kV 工作电压下的复合绝缘子串的清洁与覆沙模型,分析了复合绝缘子表面在沉积沙尘不同的情况下, 其沿面电位与电场分布的变化规律。研究结果表明：复合绝缘子沿面电位与电场分布受绝缘子表面几何形状影响,当绝缘子沿面覆盖沙层时,对其沿面电位影响非常小,但是其沿面电场在覆沙处会下降,并且越靠近高低压两侧下降幅度越大,且下降幅度与沙层厚度无关。沙层中出现的无沙带会增大此处绝缘子沿面的电场强度,越靠近高低压两侧的绝缘子,增大幅度越大,且增大幅度与无沙带的宽度和沙层厚度都相关。     

110 kV覆雪绝缘子串电场有限元仿真分析

近年来,我国内陆重污区输电线路在冬季频发短时积污雪而引起的快速污雪闪。快速污雪闪相比于传统污闪具有以下显著特点:一是地域性,快速污雪闪多发生在内陆重工业污染地区久旱之后的降雨雪过程;二是短时性,绝缘子在短时间内快速受潮且积污严重湿润,其污秽条件与受潮条件几乎是同时具备。为了研究覆污雪对输电线路外绝缘电气性能的影响,对覆雪110 kV绝缘子串进行了三维建模与电场仿真研究。结果表明,覆雪会畸变绝缘子串电位分布,导致导线侧与杆塔侧绝缘子分担电压显著提升;当绝缘子表面严重积雪并形成雪柱时,绝缘子串有效爬电距离被短接,污雪柱之间空气间隙电场畸变严重,电场增强约27.5倍,易形成"污雪柱-空气间隙-污雪柱"放电通道,从而引起绝缘子串闪络。     

基于无人机的绝缘子带电零值检测技术

为提高输电线路零值绝缘子的检测效率,利用无人机装载电场探测装置可实现免登塔带电检测。文中首先建立220 kV瓷绝缘子串1∶1仿真模型,通过Comsol有限元数值仿真,分析研究串型、路径抖动、无人机及电场探头对绝缘子串空间电场分布的影响;继而建立零值绝缘子识别方法及其后台检测系统;最后进行实验室及现场实测。研究结果表明：双联绝缘子串同时存在零值绝缘子时,其空间电场分布互不影响;无人机飞行过程中直线检测路径的偏移距离应小于50 mm;绝缘子串的空间电场分布不受无人机及电场探头影响。利用文中所提的零值绝缘子检测方法,通过无人机搭载电场探测装置,可实现零值绝缘子的现场检测。     

绝缘子表面电场与紫外脉冲关系以及在劣化绝缘子检测中的应用

通过仿真计算表明绝缘子串出现劣化绝缘子时,其表面以及周围空间电场分布变化明显,平均变化幅度超过10%,局部区域明显加强,因此导致电晕放电加强.绝缘子表面电场的变化将导致电晕放电中紫外脉冲的数量以及功率发生变化,基于此研制了UV-I型绝缘子检测仪,通过检测绝缘子串一段时间内电晕放电中的紫外脉冲数量的变化,判断是否存在劣化绝缘子.先后在高压大厅和现场进行了多次试验,试验结果表明:当绝缘子串中出现劣化绝缘子时,放电加强,放电中的紫外脉冲数量将增多,对于110kV和220kV的相对放电变化率分别超过10%和8%,与仿真电场变化比成正比,UV-I型绝缘子检测仪能有效检测劣化绝缘子.     

110kV零值瓷绝缘子电场仿真分析研究

瓷绝缘子长期运行后其绝缘性能和机械性能下降,容易产生零值、低值绝缘子,严重时会导致输电线路外绝缘发生闪络,发生电网停电事故。利用相关仿真分析软件,对110 kV直线猫头塔绝缘子上的无零值绝缘子和不同部位劣化绝缘子进行钢脚和铁帽的电位自由度耦合,以模拟在实际情况下的零值绝缘子,通过在电位分布云图、等位线分布图、电场分布云图、电位分布和电场分布曲线等方面的对比分析,分析不同部位零值绝缘子对绝缘子串空间电场分布特性的影响,对绝缘子劣质绝缘子的检测提供一定的理论支撑。     

盘型悬式瓷绝缘子串电路模型及电力传输特性仿真研究

为了给输电线路低压侧杆塔上的在线监测设备供电,提出了一种新型沿盘型悬式瓷绝缘子串进行电力传输的方法,以盘型悬式瓷绝缘子串作为能量传输的载体,将输电线路上在线取能装置获得的电能通过高频变换的方式传递杆塔一侧。文中以500 kV线路为例建立输电线路三维仿真模型,通过Maxwell矩阵计算得出绝缘子与输电线路之间的杂散电容。再通过Multisim软件搭建绝缘子串分布参数电路模型,研究电路模型的电力传输特性,分析了劣化绝缘子与杂散电容对绝缘子串能量传输特性的影响。仿真结果表明,在频率为38 MHz电能可以通过绝缘子串传递到另一侧,能量传输效率为74.576%,且绝缘子劣化与外界环境变化对于其传输特性影响可以忽略。由此可见,利用盘型悬式瓷绝缘子串作为能量传输载体为杆塔在线监测设备供电具有可行性。     

New live line tester for porcelain suspension insulators onhigh-voltage power lines

Until now at Hydro-Quebec, overhead power transmission line porcelain insulators had been tested by the buzz method which simply consists in applying a short-circuit to each insulator in a string and listening for a buzz-like sound indicating a good insulator. However, safety considerations that preclude short-circuiting insulators and other disadvantages of that method have led Hydro-Quebec to undertake and complete the development of a new insulator tester. The working principle of this new device is based on the automatic measurement and recording of the electric field along the insulator string which decreases considerably in front of an internally-shorted insulator. The tester is slid along the string while the insulators are counted automatically. The information from tests on up to 200 strings can be stored in the device to be later transferred in a host computer for interpretation and/or permanent storage. The new tester also gives information on voltage distribution along the insulator strings which can be useful for the design of future power transmission lines     

A Novel Method for Live Detection of Faulty Direct Current Insulators

Considerable work has been done on the live detection of faulty elements in the insulators of overhead AC transmission lines but very little on their dc equivalents. One method that has proved successful for the AC case is the measurement of the electric field along the insulators, parallel to the axis and at the rims of the sheds (composite insulators) or of the insulators in a string (porcelain insulators). The DC transmission-line voltage will always include ripple; therefore, it was considered possible that the field due to the ripple component, the ldquoharmonic electric field,rdquo could be used in a similar manner. This has proven to be the case as demonstrated by the results of the experiments, both in the field and the laboratory, which are presented in this paper. Field measurements showed that the harmonic electric field could be measured under live conditions and provide repeatable results, both on composite insulators and on porcelain insulator strings. Laboratory measurements of the harmonic electric field were made along healthy composite insulators and some with artificial faults, and along strings of healthy porcelain insulators and strings with a faulty insulator included. The results of laboratory experiments showed that the faults could be identified and located effectively.