颗粒荷电对绝缘子沿面场强影响的数值模拟

污秽颗粒荷电会影响绝缘子周围场强分布,改变颗粒轨迹,进而影响其表面积污状况及电力系统的可靠性。以0～±30kV直流电压作用下XSP-160型瓷三伞绝缘子为研究对象,建立了该绝缘子物理模型,利用COMSOL软件对颗粒不同荷电方式时该绝缘子表面的积污特性进行了数值模拟,与华北电力大学(保定)风洞实验室开展的风洞试验的结果对比,探究了颗粒"按比例"荷电方式的模拟方法的合理性。籍此,以110kV直流电压作用下XSP-160型瓷三伞绝缘子为研究对象,对清洁和污染环境中该绝缘子沿面场强进行数值模拟和对比分析,探究颗粒荷质比和荷电极性对该绝缘子沿面场强的影响。研究结果表明:颗粒"按比例"荷电方式的模拟方法相对合理;污染环境中各伞裙场强峰值点均处于其几何特征凸点处,其场强畸变率最高可达6倍;高压端2号和低压端7号伞裙沿面场强随着荷质比绝对值的倍增而非线性增大,其主要特征点处沿面场强分布特征分别为:正荷质比负荷质比≈清洁环境、负荷质比正荷质比清洁环境。     

典型伞型瓷及复合绝缘子积污特性模拟研究

研究典型伞型瓷及复合绝缘子的积污特性,可为绝缘子的选择提供参考。以瓷钟罩、瓷三伞和复合绝缘子为研究对象,利用多物理场耦合软件对风洞条件下绝缘子积污特性进行数值模拟研究,并将其模拟结果与本校风洞试验结果进行对比,结果表明两者积污量在数量级及随直流电压的变化趋势上一致,验证了该模拟方法的可行性。利用该方法研究了自然条件下各绝缘子的积污特性,分析了风速、粒径、电压类型对三种绝缘子积污的影响。结果表明,复合绝缘子的积污量大于同条件下瓷钟罩和瓷三伞积污量;直流电压作用下,复合绝缘子积污量的增长率大于另外两种绝缘子,且随粒径的增大先降低后升高;同一风速下,电压类型对绝缘子积污量的影响随颗粒粒径的增大而增大;交流电和不带电情况对各绝缘子积污量的影响较直流电压作用时的小。     

复合绝缘子积污特性的数值模拟研究

为研究棒形悬式复合绝缘子的积污特性,利用COMSOL对其在笔者所在学校风洞条件下的积污特性进行了数值模拟,并将模拟结果与华北电力大学风洞试验结果进行了对比分析。结果表明:两者积污量数量级相同,整体上随直流电压的变化趋势一致且呈"V"形分布,验证了该模拟方法的合理性。藉此,对复合绝缘子自然积污特性进行了模拟研究,分析了污秽质量分数和电压类型对其自然积污特性的影响。结果表明:绝缘子表面积污量随污秽质量分数的增大而增大;污秽质量分数较小时,积污量的增加速度较大,质量分数较大时,反之。在相同条件下,绝缘子表面积污量无论是整体上还是沿各伞裙分布均在施加直流电压时最大,交流电压与无电压情况相似;直流电与无电压情况下各伞裙积污量的差值近似呈"W"形分布。     

低风速环境下XSP-160型瓷三伞绝缘子积污特性数值模拟

瓷绝缘子广泛应用于输电线路中,研究其积污特性对预防污闪、提升输电线路安全运行具有重要意义。利用仿真软件COMSOL对风洞条件下XSP-160型瓷三伞绝缘子的积污特性进行数值模拟,与风洞试验结果比较,验证了模拟方法和所建物理模型的合理性。藉此,研究了低风速环境下基于110kV电压该绝缘子的积污特性,分析了风向倾角、风速和电压类型对其积污特性的影响。结果表明:风向倾角对绝缘子表面的积污有着显著影响;同一风向倾角时,绝缘子表面积污量均随风速近似呈线性增加;风向倾角和风速越大,直交流电压作用下的积污量相差越小;直流电压作用下,积污量随着风向倾角的增大而减小,交流电压则与之相反。     

35 kV复合绝缘子积污特性影响因素分析*

为探究复合绝缘子在不同运行环境下的积污特性,基于电磁学、流体力学等理论,采用有限元法对绝缘子的积污过程进行了仿真,分析了荷电污秽颗粒粒径、电场强度、电压类型等对绝缘子积污特性的影响。研究结果表明,当污秽颗粒粒径小于30 μm时,绝缘子表面积污量随着粒径的增大而增多,随着风速的增大而减少;在不同的正极性直流电压作用下,积污量在粒径30 μm时达到峰值;荷电颗粒受力与电压相关,导致不同电压类型下积污量有差异。     

盐雾环境下瓷及复合绝缘子积污特性模拟研究

盐雾环境下的污秽物具有较高的可溶盐含量,可造成绝缘子绝缘性能下降,进而危及电力系统的安全运行.以XWP2-160型瓷双伞绝缘子和FXBW-110/120-2型复合绝缘子为研究对象,基于场致荷电机理,利用多物理场耦合软件COMSOL对其积污特性进行数值模拟,探索了盐密ESDD的计算方法,并验证了其合理性.利用该方法研究了盐雾环境下风速、雾滴粒径、电压类型对瓷及复合绝缘子积污特性的影响,分析了污秽沿绝缘子伞裙的分布规律.结果表明:复合绝缘子的积污量大于同条件下瓷双伞绝缘子积污量,盐雾环境频发地区可优先考虑瓷双伞绝缘子;直流电压下,瓷及复合绝缘子的积污量增长趋势均与风速、粒径呈正相关;复合绝缘子积污量沿伞裙近似呈U型分布,瓷双伞绝缘子积污量沿伞裙近似呈M型分布,且风速越大分布趋势越明显.     

典型悬式绝缘子风洞直流积污特性与分析

直流输电线路绝缘子表面的污秽颗粒运动沉积过程受其周围电场的影响明显。目前对于绝缘子带电积污规律及电场影响机制方面的研究仍不全面。以典型悬式绝缘子XP-160为对象,开展其在不同风速及污秽颗粒粒径下的风洞直流积污试验,分析绝缘子的直流带电积污特性,得到绝缘子带直流电和不带电情况下的积污差异。并结合场致荷电理论,计算分析污秽颗粒在绝缘子周围直流电场中受到的作用力,研究直流电场中污秽颗粒的运动过程及运动速度变化规律,分析绝缘子周围直流电场对积污的影响。     

大伞裙结构对复合绝缘子积污特性的影响EI北大核心CSCD

为了探究在不同部位改装大伞裙对复合绝缘子积污特性的影响,以FXBW4-110/100型复合绝缘子为基础原模型,构建3种大伞裙结构模型。采用COMSOL Multiphysic对4种绝缘子模型进行积污特性数值模拟,对比分析其附近流场和电场分布差异,探究其在不同风速、粒径、和电压类型下绝缘子表面的积污规律。结果表明:在适当部位改装大伞裙可以改变复合绝缘子近壁区域的流场分布;当所改装的大伞裙尺寸相对较小且片数较少时,复合绝缘子附近的直流电场强度分布几乎不发生变化;同一污秽颗粒粒径下,随风速的增大,积污量呈上升趋势;直流电压作用下,复合绝缘子始末端改装大伞裙即模型I,在低风速时积污量为原模型的75%~95%,且随着风速的增大,积污量差距先增大后减小;交流电压作用下,模型I的积污量以原模型积污量为基值上下浮动,而模型II和模型III在1~3 m/s时的积污量约为原模型的50%~90%。     

雾霾环境下自然积污绝缘子的污秽颗粒粒径分布特性

绝缘子表面污秽颗粒粒径分布的不同会导致污层吸水特性的差异,进而影响污层的电导率和绝缘子的闪络特性。为了研究雾霾环境下自然积污绝缘子的污秽颗粒粒径分布特性,在交流、直流作用电压下和不带电情况下对4类绝缘子进行雾霾环境下的自然积污,利用电子显微镜和图像二值化处理软件对绝缘子污秽颗粒的粒径大小进行统计。统计结果表明,雾霾环境下自然积污绝缘子污秽颗粒的粒径服从对数正态分布,90%的污秽颗粒粒径20μm;交流、直流、不带电3种情况下的污秽粒径分布存在差异,表现为直流电压下的平均粒径最小,交流电压下的平均粒径最大;上伞面的平均粒径大于下伞面;复合绝缘子污秽颗粒的平均粒径较瓷和玻璃绝缘子大。进一步分析发现,不同带电形式下,上下伞面以及不同类型绝缘子污秽颗粒粒径分布的差异,分别是由污秽颗粒所受的电场力和重力及绝缘子材质不同引起。     

特高压线路瓷绝缘子污秽分布特性研究

绝缘问题是特高压输电建设中需要解决的首要问题,研究不同气候不同电压类型条件下输电线路绝缘子积污分布对指导输电线路外绝缘设计具有重要意义。以特高压输电线路广泛使用的陶瓷绝缘子为研究对象,建立电场等效模型,通过调整3片绝缘子伞裙两端电压模拟实际特高压输电线路绝缘子串周围电场情况,并基于实验室搭建的人工雾室模拟南北方典型气候,在不同电压类型下开展了陶瓷绝缘子积污试验。研究结果表明:在南方沿海气候下,由于空气湿度较大,两种电压类型下的陶瓷绝缘子表面积污量均高于北方地区;绝缘子串的积污量随电压等级的升高而增大;在两种气候下,陶瓷绝缘子串在直流电压作用下积污量呈现两端高、中间低的现象,而交流电压下积污量变化不大,且直流电压较同等级交流电压作用下绝缘子片上下伞面的积污量更大;南方和北方气候下陶瓷绝缘子直流和交流电压下积污比分别约为1.37和1.51。     

绝缘子的积污特性研究现状及展望

为深入研究绝缘子的积污特性,减少污闪事故发生,综述了国内外关于绝缘子积污特性研究的现状。总结了自然积污试验、人工风洞积污试验和数值模拟分析3种方法各自的优缺点,分析了积污的影响因素,归纳了污秽颗粒在绝缘子表面沉积条件的研究现状,并对未来绝缘子积污特性的研究方向进行了展望。     

风洞模拟自然横风条件下绝缘子带电积污特性

为研究绝缘子在自然条件下的积污特性,利用风洞实验室模拟自然气候条件,分别研究了复合绝缘子、瓷双伞绝缘子、瓷三伞绝缘子和瓷钟罩绝缘子在不同电压极性和不同电压大小下的积污特性,并进行对比分析。结果表明:在风洞实验条件下,复合绝缘子具有较短的饱和周期;复合绝缘子的平均灰密较大,瓷绝缘子较小;瓷钟罩绝缘子下表面灰密大于上表面灰密,其余均是上表面灰密较大;复合和瓷绝缘子均是背风面灰密略大于相应位置的迎风面灰密;正电压对绝缘子上表面灰密增大作用明显;负电压对绝缘子下表面灰密增大作用明显;绝缘子灰密和带电的大小不是严格的线性关系。     

交、直流电压下复合绝缘子和瓷绝缘子的自然积污试验

利用位于北京市西北的自然积污试验站,研究了交流与直流电压下复合绝缘子和XP-70、XWP-70型瓷绝缘子的积污特点及积污量关系。在该站条件下,不同绝缘子污秽差异主要在绝缘子下伞面;交流电压下,积污期内复合绝缘子上伞面积污速率略高于瓷绝缘子上伞面,下伞面积污速率是瓷绝缘子下伞面的2倍以上。复合绝缘子下伞面的直流与交流积污比>5,瓷绝缘子下伞面的直流与交流积污比>10。大、小雨量下绝缘子下伞面受到两种不同方式的自清洗。复合绝缘子下伞面自清洗略受憎水性影响而削弱。直流与交流电压下,积污3a与积污1a的复合绝缘子下伞面污秽比值分别约为2.2和1.4,上伞面污秽相差不大。     

人工积污试验系统及绝缘子积污特性

开展绝缘子积污特性研究对污秽外绝缘的设计和运行维护具有重要意义,利用人工积污特性试验装置开展模拟环境下的绝缘子积污试验,可在较短时间内获得绝缘子的积污特性。为此研制了新型人工模拟自然积污试验系统,实现了风、雨、雾、干燥、电压及污秽物浓度等因素的独立控制,提出了人工模拟自然积污的试验方法。人工积污试验结果表明,随着污秽浓度的增加绝缘子表面的积污量趋于饱和,随着风速从2.2 m/s升至7.5 m/s,绝缘子表面污秽度呈现先逐渐增大后减小的趋势,随着时间的增长绝缘子表面积污量呈现初期较为缓慢、中期加快、后期趋缓并逐渐饱和的趋势,相同运行环境下绝缘子下表面积污由重到轻依次为普通、双伞型、三伞型。     

我国北方内陆地区线路与变电站用绝缘子的直、交流自然积污试验结果的比较

文章总结了我国北方内陆地区三个直流自然积污试验站的试验结果,分析了盘形绝缘子和支柱绝缘子的直流自然积污特性及其自清洗性能.指出内陆地区秋末至第二年春季为绝缘子表面污秽迅速增长期,夏季的暴雨可有效地清洗绝缘子.经分析自然积污试验结果知:轻污区盘形绝缘子直、交流积污比为2,支柱绝缘子的为3;常年植被覆盖地区绝缘子的直、交流积污比偏小.指出设计直流外绝缘时需考虑绝缘子伞裙上、下表面污秽的不均匀分布、灰密与盐密的比值、可溶盐的成分以及污秽物的粒度等因素的影响.     

表面粗糙度改变的瓷绝缘子积污仿真及悬浮修正模型

绝缘子表面积污过程的数值模拟研究能为真实环境的积污提供预测，保障电力系统的安全运行。针对目前仿真模拟研究的不足，提出表面粗糙度改变的颗粒沉积模型，通过仿真实现颗粒-壁面碰撞和颗粒-颗粒碰撞阶段的不同线性增长速率，并采用Wen和Kasperd的颗粒悬浮模型修正线性仿真结果。最后与不同风速的风洞试验相比较，结果表明该方法符合绝缘子实际积污特性，能实现积污量的有效预测。     

直流电压下复合绝缘子的自然积污试验

利用自建的自然污秽试验站,对自然条件下带直流电压运行2个积污季节的复合绝缘子的积污特点进行了试验研究,分析了直流绝缘子的伞裙表面积污规律、降水对积污(等值附盐密度(equivalent salt deposit density,ESDD)和不溶性污秽物质密度(non-soluble deposit density,NSDD))的影响,表面污秽不均匀度、表面灰盐比、ESDD和NSDD的直交比等。研究表明：并不是所有降水都会对绝缘子表面污秽产生明显的清洗效果;降水量和雨强均为清洗效率的重要影响因素;复合绝缘子最大污秽度出现在夏季多雨季节来临前。建议直流外绝缘设计中充分考虑这些积污特点。     

雾霾模拟环境下绝缘子积污特性研究*

雾霾影响输电线路外绝缘的问题近年来被广泛关注,为此设计了雾霾模拟装置,以探讨瓷、玻璃和复合绝缘子的积污特性.分析了绝缘子积污随雾霾浓度、颗粒粒径和持续时间的变化规律,根据实验结果比较了雾霾环境中瓷、玻璃和复合绝缘子的积污程度.结果 表明:自行设计的模拟装置能产生自然雾霾;雾霾影响绝缘子积污主要表现为湿沉降作用;绝缘子的积污量与雾霾浓度成正比,随颗粒粒径的增大而减小;瓷、玻璃绝缘子的雾霾积污特性随时间表现出3种变化趋势;雾霾中,复合绝缘子的短时间积污量大于瓷、玻璃绝缘子,且随着积污时间延长,3种绝缘子的积污程度相差不大.     

直流输电线路绝缘子串片数的防污设计

介绍了国内外对直流绝缘子积污特性和污耐压特性的现状。为防止直流线路污闪 ,提出了应重点研究直流电压下的爬电比距和不同型式绝缘子受上、下表面不均匀积污及灰密影响下的直流污耐压特性等课题 ,并推荐了以真型试验求取污耐压为基础的直流绝缘子串防污设计原则     

交流特高压支柱瓷绝缘子的自然积污特性研究

为研究特高压支柱瓷绝缘子的自然积污规律,重点对荆门特高压变电站运行的支柱瓷绝缘子进行了连续3 a的积污检测。测量了盐密(equivalent salt deposit density,ESDD)、灰密(non soluble deposit density,NSDD)及污秽成分,对比分析了伞裙上表面与下表面、迎风面与背风面、平均直径、连续积污等对支柱绝缘子自然积污特性的影响规律。结果表明,1 a的积污期条件下(2010年4月至2011年4月):1)单个1000k V支柱瓷绝缘子整柱污秽分布较不均匀,高压端与其他部位的ESDD平均比值为3.4,NSDD平均比值为2.3。2)绝缘子伞裙上表面污秽度普遍高于下表面。上下表面ESDD不均匀积污比平均为1.8,上下表面NSDD不均匀积污比平均为1.6。3)绝缘子伞裙背风面污秽度普遍高于迎风面。ESDD迎风面与背风面不均匀积污比平均为0.64,NSDD迎风面与背风面不均匀积污比平均为0.55。4)饱和ESDD与连续积污时间不成正比关系,而NSDD基本与连续积污时间成正比关系。5)ESDD和NSDD随平均直径的增大呈下降趋势。6)绝缘子表面污秽物中CaS O4含量平均为68%。研究结果可为我国特高压工程外绝缘设计、产品制造和运行检修提供参考。