XP-160绝缘子直流快速积污过程仿真及分析EI北大核心CSCD

与交流线路相比,直流线路的污秽外绝缘问题更为严重。综合考虑了电场、流场及污秽颗粒积聚/出射的微观过程,开展了直流电场下的绝缘子表面快速积污过程仿真,继而仿真分析了不同风速、粒径下的绝缘子表面污秽分布现象、污秽质量密度及积污带电系数。同时开展了绝缘子风洞积污试验,与仿真结果进行对比,验证了文中所提的绝缘子快速直流积污仿真方法。最后结合快速积污过程仿真,提出了无降雨大气污秽下的绝缘子直流积污预测方法并进行了验证。研究结果表明,快速积污过程仿真较好地体现绝缘子的带电积污特性;仿真计算得到的绝缘子污秽质量密度与实测结果的相对误差在25%范围内,带电积污比与实测结果基本一致。研究结果可为揭示绝缘子直流积污机理提供参考,并为线路运行维护提供依据。     

特高压直流线路复合绝缘子积污特性仿真及现场实测研究

针对特高压直流线路现有标准型或钟罩型瓷或玻璃绝缘子积污数据多,复合绝缘子积污数据较少,且多为不带电状态,无法准确获得电场力与风力、重力等综合作用对运行中复合绝缘子积污特性影响程度的问题,以±800 kV特高压直流线路为例,对其运行复合绝缘子带电积污特性开展仿真分析,并在线路综检期间对其现场污秽度进行实测验证。结果表明,污秽颗粒在带电复合绝缘子表面沉积是空气曳力、自身重力和电场力共同作用的结果,污秽颗粒电荷的增加、电场力的增强对颗粒运动过程影响更明显,即大气风力越小,电场力对污秽沉积的作用越明显。特高压直流线路复合绝缘子高压端伞裙的等值盐密高于中、低压端,整串分布且呈“U”型,与带电复合绝缘子的沿串电场分布规律一致。     

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。     

±800kV特高压宾金直流悬式及支柱绝缘子自然积污特性

为研究特高压直流输变电设备外绝缘积污特性,利用特高压直流宾金线和金华换流站设置带电、不带电绝缘子污秽测点,经过1a完整积污后,对试验绝缘子上、下表面盐密(equivalent salt deposit density,ESDD)、灰密(non-soluble deposit density,NSDD)进行了测试、分析,结果表明,特高压直流电场显著加剧高电位绝缘子积污,宾金线带电绝缘子盐密、灰密分别为不带电绝缘子相应值的1.52、1.86倍;金华换流站被测支柱绝缘子高压端盐密、灰密分别是其中部、低压端均值的1.45、1.27倍;电压极性对悬式、支柱绝缘子积污均无显著影响;与站内复合支柱绝缘子相比,悬式绝缘子上、下表面积污差异更为显著。     

±800kV特高压宾金直流悬式及支柱绝缘子自然积污特性EI北大核心CSCD

为研究特高压直流输变电设备外绝缘积污特性,利用特高压直流宾金线和金华换流站设置带电、不带电绝缘子污秽测点,经过1a完整积污后,对试验绝缘子上、下表面盐密(equivalent salt deposit density,ESDD)、灰密(non-soluble deposit density,NSDD)进行了测试、分析,结果表明,特高压直流电场显著加剧高电位绝缘子积污,宾金线带电绝缘子盐密、灰密分别为不带电绝缘子相应值的1.52、1.86倍;金华换流站被测支柱绝缘子高压端盐密、灰密分别是其中部、低压端均值的1.45、1.27倍;电压极性对悬式、支柱绝缘子积污均无显著影响;与站内复合支柱绝缘子相比,悬式绝缘子上、下表面积污差异更为显著。     

基于带电颗粒动态积污的绝缘子电场分布研究

为了研究带电污秽颗粒对绝缘子表面积污、电场分布的影响及空气域电晕放电现象,以FXBW-35/70绝缘子为研究对象,采用多物理场耦合有限元软件Comsol Multiphysics搭建了AC-DC、湍流、带电颗粒相互作用及颗粒运动的耦合风洞模型,进行了带电颗粒对绝缘子表面积污、电场和空气域电晕放电分布研究。结果表明：风速越大,迎风区积污速度快于其他区面;粒径增大时,迎风面积污严重,背风区积污很小,侧风区基本无变化;染污中迎风区伞裙表面的电位和电场畸变最为严重,背风区次之,染污后伞裙表面电位、电场有所缓和,迎风区较背风区严重;染污中,靠近高压端和低压端的一大一小伞裙周围空气域存在电晕放电风险,且在靠近高、低压端第一片大伞裙会发生电晕放电;染污后,靠近低压端的大伞裙根部1 mm范围、靠近高压端的整个大伞裙周围和小伞裙根部存在电晕放电风险。     

旋转法带电检测直流合成绝缘子技术的研究

直流合成绝缘子的电场法带电检测研究表明 ,合成绝缘子具有导通性内绝缘缺陷时 ,该处轴向电场分布曲线存在畸变 ,据此设计了基于旋转法的直流电场检测仪 ,并用它在实验室中研究了电场法带电检测的可行性。现场试验表明绝缘子良好时直流电场分布曲线呈“U”型 ,有导通性缺陷时曲线在缺陷部位下陷 ,基于旋转法的直流电场检测仪实现了输电线路直流绝缘子周围电场的便携式测量     

绝缘子迎/背风侧污秽不均匀分布特性及其对直流污闪电压的影响规律

局部地区污闪事故仍时有发生,深入对污秽外绝缘问题进行研究仍有具有现实意义。现场观测表明,绝缘子表面会呈现出明显的迎/背风侧不均匀积污现象,目前针对该现象仍缺乏系统性的研究,使得现有的积污测试手段及污秽外绝缘设计并不能完全反映实际情况。论文通过开展流体力学仿真及人工模拟试验,研究了绝缘子迎/背风侧污秽不均匀分布特性及其对直流污闪电压的影响规律。研究结果表明:绝缘子迎/背风侧污秽呈扇状不均匀分布,其污秽不均匀度J可达1/10;风速的增大、污秽粒径的增加及直流电场的作用均会使迎/背风侧污秽不均匀程度加重;迎/背风侧污秽不均匀分布下,绝缘子直流污闪电压降低幅度可达30%。研究结果可为输配电污秽外绝缘的选择及防污闪措施的开展提供指导。     

±500kV高肇直流线路绝缘子积污特性对比分析

为分析不同结构绝缘子在华南地区直流输电线路使用后的积污情况,在±500 kV高肇直流线路经过广东省内的轻污秽区,设置污秽测量点,对带电运行1～3 a后的不同伞形结构(三伞型和钟罩型)直流线路绝缘子的污秽度进行了测量。测量结果表明:在相似的运行环境中,三伞型绝缘子的积污程度轻于钟罩型绝缘子;耐张串绝缘子的积污程度轻于直线串绝缘子;绝缘子表面积污多年期积高于1 a期。此外,雨水对绝缘子表面污秽具有清洁作用。研究成果有助于分析广东地区(甚至整个华南地区)直流线路绝缘子的积污规律,为直流输电线污秽外绝缘的设计和绝缘子的使用提供依据。     

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。     

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。     

直流线路绝缘子自然积污污秽颗粒粒径分布特征

粒径是影响绝缘子积污的重要因素之一。为此采用激光粒度法对±660 k V银东直流输电线路长期积污后的线路绝缘子表面污秽颗粒进行粒径测量、统计分析,并区分不同带电形式、上下伞面、与导线间不同距离、绝缘子不同材质等,讨论线路绝缘子自然积污的特性和分布规律。统计结果表明:激光粒度法–干法测试线路绝缘子污秽粒径,其结果服从对数正态分布;负极线路污秽中10μm以下的小颗粒物含量略多于正极线路;绝缘子上、下表面污秽粒径分布范围大致相同,上表面平均粒径略大于下表面;离导线距离越近,细颗粒物含量越高;所有粒径参数范围内,复合绝缘子污秽颗粒的粒径均小于瓷绝缘子。不同条件下的污秽粒径分布差异,是由于污秽所受的力不同及绝缘子材质不同引起的。     

XWP2–70双伞型绝缘子表面污秽颗粒积聚特性

绝缘子表面积污通常是大气环境中污秽颗粒运动导致,而大气污秽颗粒粒径普遍处于0.1~100μm之间,其中雾霾颗粒的粒径通常10μm。首先利用流体力学软件FLUENT对具有双伞型结构的XWP2–70绝缘子表面的流场特性进行仿真,然后研究不同污秽颗粒粒径和不同风速下绝缘子表面污秽颗粒碰撞系数,同时利用建立的自然积污试验站对上述绝缘子进行了为期8个月的自然积污试验验证。研究表明:风速大小对绝缘子表面附近的气流场特性有影响;绝缘子表面的污秽颗粒碰撞系数P受到粒径和风速的综合影响。研究结果为建立雾霾环境下绝缘子积污模型提供了参考和借鉴,对输电线路外绝缘的选择和设计具有重要参考意义。     

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。     

电场对玻璃绝缘材料积污特性的影响

电场对绝缘子的积污特性有显著影响,为了深入分析电场强度对玻璃绝缘材料表面积污特性的影响,在恒温、恒湿、静风环境下进行了人工积污试验.研究了交、直流电场下玻璃试片表面积污量与平板玻璃试片周围空间电场强度的关系,并通过真型玻璃绝缘子的积污试验对前述试验结论进行了验证.试验结果表明:交流电场对试片上表面积污量的影响不大;直流电场会加重试片表面的积污,但存在临界场强,高于该场强时,电场对积污的促进作用逐渐减弱,正、负极性电场下该临界场强分别为2 kV/cm和1.5 kV/cm;高湿环境会削弱电场对积污特性的影响;电场对平板试片与真型绝缘子积污特性的影响类似.     

XHP-160绝缘子积污特性仿真分析及试验验证

输电线路绝缘子污秽闪络事故影响电力系统的稳定运行,虽然采取了不同程度的防污闪措施,但是污闪事故时有发生。为掌握绝缘子的积污规律,从而指导输电线路外绝缘的防污工作,有必要对绝缘子的积污特性进行研究。采用欧拉两相流法建立了绝缘子积污仿真模型,计算了绝缘子表面的静压以及绝缘子周围流场速度矢量。通过数值仿真研究了绝缘子表面的污秽分布,及其受风速的影响情况,然后开展了以真型绝缘子为对象的风洞积污试验。研究表明,绝缘子表面静压以及绝缘子周围的流场状态影响污秽颗粒在绝缘子表面的集聚情况;污秽在绝缘子表面呈现不均匀分布;风速对绝缘子表面积污影响显著,绝缘子表面不同部位的积污随风速的变化有不同的变化规律;风洞试验的结果为仿真分析的合理性提供了良好的佐证。     

哈郑线河南段带电绝缘子污秽成分及悬挂高度对积污的影响

为研究特高压线路绝缘子的自然积污状况及不同呼称高度杆塔上绝缘子的积污水平差异,在河南省郑州市境内的±800 k V哈郑直流线路的一基杆塔上,对1片悬挂在负极导线端的绝缘子和4串悬挂于不同高度处的不带电绝缘子进行了半年的自然积污试验。试验结果表明:带电绝缘子表面污秽中的阳离子主要为2aC+和4NH+,阴离子主要为24SO-和3NO-;不可溶成分中2Si O约占80%,也含有少量2 3Al O、2 3Fe O等。工厂烟尘、汽车尾气中的2SO和氮氧化物是绝缘子污秽中24SO-和3NO-的重要来源。利用富集因子法计算得出了污秽中各金属元素的富集程度,发现Ca、Zn、Fe、Mg和Al等元素均受到不同程度的人为污染,其中Ca和Zn元素达到了严重污染的程度。化工厂废液中的2nZ+会通过污染周边土壤间接地影响绝缘子积污。绝缘子表面污秽颗粒粒度集中在10μm左右。同一地区,绝缘子表面自然积污程度随着悬挂高度的增加而逐渐降低。     

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。     

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。