覆冰、污秽条件下复合绝缘子电场分布研究

复杂环境中共存的覆冰、污秽等因素对电力系统安全运行构成极大威胁,对复杂环境中的复合绝缘子电场分布进行研究具有重要工程价值和意义。本文借助于有限元软件,以220 kV交流复合绝缘子为例,分别对覆冰、污秽状态下的绝缘子电场分布情况进行了仿真分析。仿真结果表明,随冰棱长度的增加,电场畸变越加严重,当冰棱桥接伞裙时,冰棱外沿表面最大电场强度增大两个数量级,已远远超过起晕场强;湿冰条件下电场变化趋势较之干冰条件时无明显变化,但畸变更加严重;污秽条件下,干燥带的存在使得伞群和护套交接处电场畸变严重,但畸变程度不足以引发局部放电。最后提出在污秽、覆冰共存区域,应采用单伞大爬距的绝缘子,以提高闪络电压。     

棒形悬式复合绝缘子内部缺陷对电场分布的影响

为了对棒形悬式复合绝缘子断裂事故原因进行分析,借助于有限元软件,建立了220 kV复合绝缘子几何模型,对有内部缺陷存在时电场分布特性进行仿真分析。结果表明,气隙周围局部电场增大,且护套内外表面畸变程度不同,存在一个场强梯度,易引起护套击穿;随着气隙长度的增加,电场畸变程度有减弱趋势;水气渗入气隙后,绝缘子护套内外表面电场均减小,但仍存在较大场强差值。电场畸变严重将引起局部放电,若进一步发展会沿电场方向造成碳化通道,加上腐蚀性气体的影响,绝缘子机械性能会大大降低,易引起断裂。     

污秽条件下复合绝缘子电场仿真研究

根据实际运行的复合绝缘子,在有限元软件中建立220 k V复合绝缘子几何模型,分析了不同天气条件下污秽绝缘子周围电场分布及干燥带的影响。计算结果表明,复合绝缘子表面均匀覆盖湿污时,其轴向电场畸变严重,易引起局部放电;当伞裙边缘有雨滴滴落时,伞间气隙减小使得雨滴下边缘更易起晕,绝缘子闪络概率增大;干燥带对污秽绝缘子轴向电场有明显畸变作用,干燥带表面场强显著增大,而干燥带两端的湿污层场强却呈现下降趋势;干燥带电阻率越大其表面场强越大;出现在护套表面的干燥带对电场分布的影响远大于伞裙表面;随着干燥带数目的增多,其轴向场强逐渐减小。     

水气浸入与护套受潮对复合绝缘子高压端内部气隙电场分布影响研究

为研究复合绝缘子高压端内部芯棒护套间气隙水气浸入和护套淋雨受潮对复合绝缘子高压端气隙电场分布特性的影响,应用有限元分析软件COMSOL建立了交流110 kV复合绝缘子气隙三维模型,分别计算了水气浸入,护套受潮,水气浸入与护套受潮共同作用,对气隙处电场分布的影响。结果表明:水气浸入时,气隙处电场强度会降低10%～24%,但水气溶解气隙处杂质形成的电解液电晕场强较低,对比空气状态下,水气状态更加容易发生局部放电。护套受潮时,气隙处场强畸变增强,且随着受潮程度的增加,电场畸变愈发严重,重度受潮时场强可提高64%左右,且护套表面水分子极化作用会使得芯棒和护套材料老化,降低绝缘性能,对比干燥气隙绝缘子,护套受潮使得局部放电可能性加大。水气浸入和护套受潮共同影响时,由于两者的联合作用,将会极大降低绝缘子的绝缘性能,使得局部放电可能性加大,材料老化加重,最终引发护套击穿和芯棒断裂。     

复合绝缘子伞裙破损状态下的电位电场仿真研究

为研究复合绝缘子伞裙破损对电场强度和电位分布的影响,以FXBW4-10/70型绝缘子为研究对象,应用有限元ANSYS软件分别建立了不同破损程度、不同破损位置的三维仿真模型,使用静电场分析法计算了相应沿面和干弧路径上的电位和电场强度。结果表明:低压型绝缘子电位分布相对均衡,且受长短伞裙影响呈阶梯状下降趋势;沿面路径上的最大场强出现在导线端伞裙尖端处;在伞裙与柱体的交界处,会发生场强的局部增加,靠近高压端的伞裙下表面的场强畸变最大;在分析不同破损程度时,沿面最大场强并不随着破损程度增加而增加,而是受沿面尖锐程度影响,但随着破损程度增加,低压端场强变大,绝缘子电气性能下降;在分析不同破损位置时,伞裙根部破损时电场畸变更大,沿面最大场强也大于尖端破损和中部破损,因此伞裙根部破损的危害性更大。     

330kV线路复合绝缘子电位和电场分布的有限元计算

应用有限元法计算分析了330kV输电线路复合绝缘子干燥洁净状态下的电位和电场分布,讨论了杆塔和导线对绝缘子串的电位和电场分布的影响。计算结果表明,绝缘子串中靠近导线侧和高压侧10%的部分电场畸变严重,高压导线的存在使绝缘子电位分布相对均匀。杆塔对高压侧场强影响更显著,“有杆塔和导线”时高压侧最大场强相对“有杆塔无导线”时高压侧最大场强降低了60%左右。     

均压环安装错误对电场分布的影响

复合绝缘子的结构特点导致其电位分布不均匀,两端金具附近具有强电场区。某供电公司因为施工中的错误安装,导致110 kV的复合绝缘子均压环安装在端部护套上,运行中发生绝缘子均压环对端部金具的放电。笔者对这种错误安装均压环的110 kV复合绝缘子电场进行了计算,结果表明采用错误的安装方式时,电场畸变较为严重,其最大电场远远超过了硅橡胶表面能承受的最大场强,导致出现放电烧蚀现象,强电场加速了复合绝缘子有机硅橡胶的老化。     

覆冰地区复合绝缘子电场分布研究

运行经验表明,复合绝缘子防冰闪能力较差,而绝缘子闪络与其空间电场分布密切相关。为了对覆冰地区复合绝缘子电位电场分布进行深入研究,借助于有限元软件,参考试验数据建立220 kV覆冰复合绝缘子模型,对不同覆冰情况下的电场分布进行仿真计算。结果表明,由于冰棱的存在,大伞间气隙处电场强度畸变严重,沿大伞冰棱表面的轴向路径最易发生闪络;绝缘子大伞间隙长度对冰闪电压有较大影响,通过改变绝缘子伞裙结构参数分析电场变化,并给出高压端大伞间隙推荐长度。     

复合绝缘子不同憎水性下的电场分布研究

电场不均匀引起的电晕放电是导致复合绝缘子憎水性下降的重要原因,而在不同憎水性下绝缘子表面存在的水珠和干燥带都会对电场分布产生一定的影响。为了对不同憎水状态下的电场分布进行研究,借助于有限元软件,分别对憎水和亲水状态下的电场分布进行了计算分析。结果表明:憎水情况下,分离水珠的存在使得水珠、空气和硅橡胶交界处出现电场集中,轴向最大场强可增大至十倍以上,而改变水珠参数对畸变效果影响不大;亲水状态下,均匀覆盖湿污对电场有一定畸变作用,但当出现干燥带时,干燥带附近电场急剧增大,且伞群表面干燥带较之护套表面对轴向电场分布影响更大。     

污秽不均匀性对绝缘子电场的影响

利用ANSYS有限元分析软件,对几种典型不均匀污秽绝缘子的三维电场及电位分布进行了计算;依据污闪放电机理,对干燥带出现后电场分布的变化及其位置的影响进行了计算。分析了污秽绝缘子表面电阻模型对电场及电位分布的影响,结果表明:污秽不均匀性对绝缘子电场分布影响显著。连接铁帽、钢脚的湿污秽区能削弱高压电极附近场强;上下表面不均匀污秽对绝缘子电位分布影响显著,周向不均匀污秽影响较弱。干燥带上场强与产生的位置有关,呈"U"形变化趋势。     

雷电流作用下聚合物污秽绝缘子电磁场特性分析研究

仿真研究了污秽绝缘子在直击雷作用下的电磁场特性,绝缘子污秽情况分成全污染和部分污染两种,并分别分析了这两种情况下绝缘子电磁场的分布特征,并对绝缘子六个绝缘薄弱点进行了分析评估。研究发现这六个点的电场和磁场数值与复合绝缘子常见放电损伤有关,同时绝缘子的具体污秽条件对电场以及磁场的分布有较大影响,研究结果显示两种污秽条件下,同一电磁场测量点处电场数值差异可达65.15%,磁场数值差异可达10.9%。     

500kV交流线路并联间隙电场分布和电极结构优化

并联间隙装置能保护绝缘子免受工频电弧的灼烧损坏,降低输电线路的雷击事故率,对于高压输电线路防雷保护具有重要意义,但目前并联间隙在500kV输电线路应用较少。因此利用有限元法分析,建立双回单联I型串输电线路三维静电场模型,计算新型环形组合电极结构对绝缘子串电场影响,通过比较绝缘子串及电极表面电场值,与并联间隙导则安装的电极结构进行对比。在此基础上,对新型电极结构下的绝缘子端部电场进行优化。计算结果表明,新型并联间隙电极未加装均压环时,表面最大场强值较按导则安装的电极结构好;在加装均压环后,绝缘子低压端护套最大场强为3.87kV/cm,高压端护套最大场强为5.73kV/cm,均降低至6kV/cm以下。给出了一种较优的结构尺寸参数,对并联间隙电极设计和应用具有一定指导意义。     

支柱绝缘子在污秽条件下的操作冲击特性

给出了支柱绝缘子在污秽条件下的操作冲击试验结果。所试验的绝缘子长度从4米到12米。观察到在污秽存在时,特别是当大片干燥带影响绝缘子表面时,操作冲击耐受电压大大降低。污秽条件下和清洁干燥条件下的操作冲击强度的比值实际上与绝缘子的长度无关,而在污秽条件下操作冲击与交流绝缘强度的比值随绝缘子长度的增加而减小。     

安装增爬裙对支柱绝缘子电气性能的影响研究

目前对支柱绝缘子增爬裙安装位置以及大小尺寸尚未有统一认识,现有的研究中报道较少,使得目前变电站绝缘子增爬裙的运用缺乏系统的理论支撑。以ZSW-110型瓷支柱绝缘子为对象,运用仿真软件建立了其真实模型,分析了增爬裙安装位置和伞径对绝缘子表面电场的影响,研究结果表明:安装增爬裙会加重绝缘子表面电场的畸变,且增爬裙安装在靠近电场较高的高压端时,绝缘子的电场分布畸变最为严重,而增爬裙安置在中间或者下端对绝缘子电场的影响很小;增爬裙直径不同会对支柱绝缘子的电位分布造成一定影响,且增大增爬裙的尺寸能够降低绝缘子伞裙的最大场强。研究结果对外绝缘配置以及防污闪措施的选择有一定的指导意义。     

500kV棒形悬式复合绝缘子芯棒脆断的预防措施

对500kV复合绝缘子芯棒脆断事故的发生原因进行了分析,指出芯棒断裂是由于绝缘子电压分布严重不均及均压环设计、安装不规范引起导线端电场畸变所致。通过对原线路双联悬垂复合绝缘子下垂式线夹挂点进行"八"字形改造;利用下垂式线夹缩短的距离在导线侧增挂玻璃绝缘子;新建线路采用特制复合绝缘子与玻璃绝缘子组合方式,使复合绝缘子均压环,接头连接处远离高压端,改善了复合绝缘子的电场分布,降低了复合绝缘子导线端承受的电压,消除了畸变电场,避免了棒形悬式复合绝缘子芯棒脆断,取得了良好的效果。     

冰雪环境下复合绝缘子有限元分析

为了分析冰雪环境下复合绝缘子附近电场分布的变化情况,使用Ansys有限元软件对覆冰与覆雪同时存在的复合绝缘子进行了相关分析。通过对不同伞群伞径、伞间距、雪高度、冰棱长度等情况进行系统分析,得出覆冰和覆雪都会使得复合绝缘子的电场分布发生一定畸变,其中覆雪相对于覆冰来说对于复合绝缘子影响较弱。并且通过对不同伞群结构的复合绝缘子仿真分析得出,同样大伞间距时大小中小大的伞群结构对绝缘子覆冰、覆雪的电场畸变有很好的缓解作用,更加适用于常年处于冰雪天气下的地区。     

带附件系统瓷支柱绝缘子的电位和电场计算

为了研究安装附件系统对绝缘子电位和电场分布的影响,以110kV瓷支柱绝缘子为研究对象。利用有限元分析软件,分别考虑了在干燥和存在湿污层的情况下,计算并比较了有无附件系统时支柱绝缘子的电位和电场分布。最后通过干闪和污闪试验比较了有无附件系统时绝缘子的闪络电压。结果表明:在干燥情况下,安装在高压侧的附件内部电势衰减变慢,附件内部的电场降低,安装附件使得电场最大值降低了26. 6%。有湿污层存在时,第一个伞裙前端附近的场强下降最多,距离高压侧较近的其余伞裙前端附近的场强也有不同程度的下降。安装附件使泄漏电流值减少了17. 27%。安装附件之后,工频干闪电压提高了5. 9%,污闪电压提高了22. 06%。仿真结果与试验结果表现出良好的一致性。     

采用泄漏电流递归图分析的盘形悬式玻璃绝缘子性能诊断

主要采用递归图(recurrence plot,RP)分析法对架空输电线路盘形悬式玻璃绝缘子进行性能诊断,分别对绝缘子设置不同长度的污秽层,通过加压测量得出不同情况下的泄漏电流(leakage current,LC)。提取泄漏电流中的高频分量,并在相空间进行递归图重构。实验设置污秽程度为IV级,即严重污秽情况。结果表明,随着污秽层长度的不断增加,递归图中的回归点密度也相应升高,即绝缘子表面局部放电发生强度也相应升高。同时当污秽层长度超过一定数值后,递归图出现白色带状,即绝缘子表面产生电弧放电。     

交流500kV复合绝缘子芯棒断裂原因分析

复合绝缘子芯棒断裂事故严重影响电力系统运行的稳定性。当前,针对复合绝缘子芯棒断裂原因的研究往往局限于对单一因素的研究,难以将其应用于实际事故的诊断。提出了一种用于诊断复合绝缘子断裂故障的综合诊断流程,这种诊断流程以断裂复合绝缘子的检测为基础,再综合考虑同批次复合绝缘子的运行情况、环境因素、历史因素,进而得到较为全面、可靠的诊断结论。应用该诊断流程对河南省某交流500 kV线路发生的一起复合绝缘子芯棒断裂事故进行了事故诊断,诊断结果表明,复合绝缘子轴向电场分布不均匀和伞裙护套污秽严重是造成此次事故的主要原因,同时,不排除因为复合绝缘子芯棒和伞裙护套粘接性缺陷而造成电蚀损的原因。     

交流悬式复合绝缘子内部缺陷对电场的影响

利用有限元分析软件Ansoft Maxwell,采用复介电常数法,对220 k V复合绝缘子芯棒出现导电通道缺陷后的绝缘子沿串轴向电场进行了仿真分析,并进行了试验验证,结果表明:当导电通道缺陷与高压端相连时,电场检测法可以检测出导电通道的长度;对于悬浮导电通道缺陷,电场测量法只能判断缺陷的存在,不能确定缺陷的长度,电场畸变量曲线能更直观地反映出缺陷的存在;导电通道电导率小于10 S/m时,很难通过电场法检测到缺陷的存在。