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.     

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。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

XSP-160型瓷三伞绝缘子积污特性的数值模拟研究

为研究瓷三伞绝缘子表面的积污特性及荷电量的影响,以XSP-160型瓷三伞绝缘子为研究对象,利用COMSOL建立了其风洞条件下的积污模型并进行了数值模拟,与其风洞试验结果进行了对比,结果验证了此方法的可行性。藉此,对该绝缘子自然积污特性进行数值模拟研究,分析了电压类型、颗粒荷电量对其自然积污特性的影响。结果表明:绝缘子表面积污量及其增长率在直流电作用下更大、更快,而在交流电作用下的结果略大于不带电的情况;直流电作用下,颗粒荷电量越大,积污量越多,颗粒未荷电、正常荷电、加倍荷电时积污量的直、交流整体积污比分别为0.98、2.24、3.90,积污直交比随荷电量增加近似线性增加。     

人工模拟自然横风条件下绝缘子快速积污特性

为研究风对绝缘子积污特性的影响,该文利用直流风洞研究了风速和风向对瓷钟罩绝缘子和瓷双伞绝缘子积污特性的影响,并利用Fluent软件建立了绝缘子三维CFD仿真模型,对其周围的空气流场特性进行了分析。结果表明:空气流场对绝缘子积污状况的影响主要表现在风速和风向两个方面,风速和风向对绝缘子上下表面积污量和积污分布均有影响,风速在2.2~4.5 m/s之间时,绝缘子的上下表面污秽度是逐渐增大的,在风速4.5m/s附近的时候达到峰值。随着风速的继续增大,绝缘子表面的污秽度呈下降趋势,当风速大于6.0m/s左右时,绝缘子上下表面污秽度下降趋于平缓;不同风向对下表面有环形伞棱的绝缘子影响较小,对下表面无伞棱结构的绝缘子影响较大。该文研究成果可为污秽外绝缘的设计优化提供理论依据和数据支持。     

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.     

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。     

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。     

高海拔地区±800kV特高压直流输电系统绝缘子带电自然积污特性

为了研究特高压直流绝缘子的自然带电积污特性,进行了全电压全尺寸特高压直流绝缘子积污特性试验。测定了绝缘子的等值盐密(ESDD)、等值灰密(NSDD),分析了不同材质(复合硅橡胶、玻璃、瓷)的绝缘子串,不同串型(I悬垂,V悬垂,耐张)的绝缘子串,不同伞形结构(复合伞裙、钟罩、三伞、瓷长棒)的绝缘子串,以及绝缘子伞裙上下表面和沿绝缘子串不同位置(高压侧、地侧、中间)的积污状况。初步结果表明:不同材质绝缘子串中瓷绝缘子积污最轻;不同串型的绝缘子串中耐张串积污最轻;不同伞形结构绝缘子串中瓷长棒绝缘子是最小积污伞型;伞裙上下表面污秽状况差异巨大,绝缘子杆塔侧积污最重。研究结果可为我国高海拔地区(特别是昆明地区)特高压直流输电工程的外绝缘提供重要的参考。     

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。     

基于XP-160污秽体积分数的绝缘子积污表征

运行绝缘子的电气特性受到其表面积污量的影响。在线路运行中,需要弄清线路绝缘子的积污状态,常采用悬挂并测量不带电XP-160绝缘子来反映线路运行绝缘子的积污状态。对于绝缘子在相同环境下的积污程度受其外形的影响,因此XP-160不能真实反映线路运行绝缘子的积污状态。为体现其结构差异对积污程度的影响和用XP-160绝缘子反映运行绝缘子真实积污状态,以绝缘子XP-160、XWP2-160、LXY-160、复合大–小伞为研究对象,提出以XP-160为参照绝缘子,基于参照绝缘子表面污秽体积分数的绝缘子积污程度表征方法,建立不同型式绝缘子和参照绝缘子表面污秽体积分数数值计算模型,分析不同风速和不同粒径下不同型式绝缘子和参照绝缘子污秽体积分数等效性关系并进行试验验证。研究结果表明:由Fluent仿真软件可得随风速和粒径变大,绝缘子LXY-160、XWP2-160的污秽体积分数均随之增大,其形状积污系数也随之增大。复合大小伞绝缘子的形状积污系数随风速和粒径增大而减小。利用污秽体积分数数值仿真可体现绝缘子的积污情况,根据仿真得到形状积污系数和XP-160绝缘子的积污量可得其他型式绝缘子理论积污量,试验验证表明误差小于20%,在工程实际的允许误差范围之内。研究结果可为绝缘子积污程度的表征提供参考。     

流场与电场耦合作用下特高压复合绝缘子串的积污特性研究

利用流体力学的相关理论与方法,建立了流场和电场耦合条件下复合绝缘子串的积污仿真数值模型,研究了污秽颗粒粒径、风速、风倾角对复合绝缘子表面积污特性的影响。结果表明:复合绝缘子串表面对污秽颗粒的吸附能力随场强的增加而提高,随风速的提高而降低;一定范围内污秽颗粒粒径增大会增加绝缘子对污秽颗粒的吸附量;风倾角向上时增加了下表面对污秽粒子的吸附,风倾角向下时增加了上表面对污秽粒子的吸附。     

高污秽度环境中绝缘子积污特性研究

在宁夏石嘴山高污秽度地区搭建积污站,以垂直悬挂、斜拉悬挂和水平悬挂的方式模拟I串、V串和耐张串悬挂不同伞型的瓷、玻璃和复合绝缘子。经过一定积污期之后,测试绝缘子的等值盐密(ESDD)、灰密(NSDD)、可溶盐离子成分和颗粒度,分析不同悬挂方式、不同材质绝缘子的积污特性。结果表明:在高污秽度环境中绝缘子积污主要受污秽自由沉降的影响,上表面污秽度高于下表面,上下表面积污不均匀程度从大到小的顺序为I串、V串、耐张串,双伞和三伞型绝缘子的污秽度高于钟罩型绝缘子,复合绝缘子的污秽度高于瓷和玻璃绝缘子。绝缘子污秽成分以CaSO4为主,粒径主要分布于0.2～100μm。     

电压类型对复合绝缘子覆冰及闪络特性的影响

近年来,国内外学者对交流带电覆冰做了较多的研究,但就直流电压下带电覆冰特性及其闪络特性的影响研究较少。本文在人工气候室模拟自然覆冰条件,对35k V复合绝缘子进行了不带电及10k V、20k V、30k V交流、正极性直流、负极性直流电压作用下的雨凇覆冰试验,对比了不同电压类型下,绝缘子的覆冰及其闪络特性的差异,分析了电压类型对其影响的机理,并提出了合理的解释。试验结果表明:不同类型电压作用下,绝缘子的覆冰及其闪络特性存在较大的差异,负极性直流电压作用下的伞裙冰棱内部气泡较交流、正极性直流要大;交、直流电压作用下,绝缘子冰棱密度均随电压升高呈持续下降趋势;外施电压升高到一定程度时,负极性直流电压作用下的绝缘子冰重随电压升高而下降速度最快;负极性直流电压作用下的覆冰绝缘子的直流冰闪电压最低。     

±660kV银东线绝缘子串的自然积污特性研究

为分析±660 k V银东线绝缘子的自然积污规律,在山东德州设置污秽测量点,进行为期一年的自然积污试验。测量了绝缘子的等值盐密(ESDD)和等值灰密(NSDD),对比研究了瓷绝缘子和复合绝缘子表面污秽不均匀度、绝缘子串不同位置积污规律及灰盐比。结果表明:瓷钟罩绝缘子表面污秽不均匀度远高于复合绝缘子;绝缘子串高压端和接地端均比中间部分积污严重;复合绝缘子的伞裙直径越小,积污越严重;瓷绝缘子、复合绝缘子的灰盐比均值分别为12.44、5.86,下表面的灰盐比均大于上表面的灰盐比。     

沙尘暴条件下长棒形瓷绝缘子风洞带电积污试验

为研究输电线路长棒形瓷绝缘子与三伞型瓷绝缘子和复合绝缘子的积污性能差异,根据实际运行的积污数据综合分析了长棒形瓷绝缘子的自然带电积污特性,并利用风洞模拟系统进行了沙尘暴气候环境下长棒形、三伞型瓷绝缘子和复合绝缘子的带电积污试验,对比了不同绝缘子的空气动力学性能。结果表明:在轻污秽地区长棒形瓷绝缘子的积污性能和自洁性优于盘型瓷绝缘子;长棒形瓷绝缘子表面积污的饱和周期较短。在风洞模拟沙尘暴气候环境下,三伞型瓷绝缘子表面积污量最大,复合绝缘子次之,长棒形瓷绝缘子最小。由于具有开放的伞形结构和光滑的瓷表面,在沙尘暴气候环境下,与三伞型瓷绝缘子和复合绝缘子相比,长棒形瓷绝缘子具有最优良的空气动力学特性。     

强风环境下腕臂绝缘子雪晶沉积特性仿真分析

中国铁路线大量分布在风区雪区,研究接触网腕臂绝缘子表面雪晶沉积特性,对预防冬季"雪闪"和提高供电可靠性有重要意义。利用有限元仿真软件模拟风速环境下QBG-25型铁路用绝缘子雪晶沉积量,计算绝缘子表面流场速度和静压分布,分析雪晶类型和风速风向对绝缘子表面雪晶沉积的影响。仿真结果表明,在相同风速风向下,雪晶类型对绝缘子表面雪晶沉积量影响较小,其中实心枝状雪晶沉积量最大;绝缘子表面雪晶沉积量在平安装方式下随风速的增大而增大,斜安装方式下随风速的增大呈现先增大后逐渐减小的趋势;当风速为10 m/s、风向在±45°范围内,绝缘子表面雪晶沉积量与风向关系呈现"V"型分布,风向倾角为负角度时,安装方式对雪晶沉积量影响严重;伞裙表面雪晶沉积量随风向倾角的增大而增大,伞裙迎风面雪晶沉积量大于伞裙背风面沉积量。