超高压同塔双回输电线路复合绝缘子电位分布研究

沿绝缘子串电场分布不均匀,确定并控制绝缘子串电位分布特别重要.基于有限元方法,考虑铁塔、分裂导线、避雷线等因素的影响建立了超高压输电线路复合绝缘子三维电场仿真计算模型,从而计算得到了沿复合绝缘子的电位、电场分布曲线.分析讨论了均压环、绝缘子型号对复合绝缘子电位、电场分布影响的规律和特点.结果显示:均压环对复合绝缘子两端附近电位、电场分布改善效果显著,安装了均压环后绝缘子各部分电场强度更小,沿绝缘子电位分布更为均匀;不同吨位的复合绝缘子电位分布稍有不同,绝缘子靠近高压端电位分布基本一致,靠近接地端相同长度绝缘距离大吨位绝缘子承担电压较高.     

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。     

复合绝缘子导线端串联玻璃绝缘子对其电场分布的改善

为改善复合绝缘子电场和电位分布,基于有限元法,以复合绝缘子和玻璃绝缘子串联组合使用为例,建立了输电线路复合绝缘子三维电场计算模型,提出了一种改善复合绝缘子电场分布的新方法,研究了在不同电压等级的复合绝缘子导线侧串联玻璃绝缘子后复合绝缘子表面电位和电场分布的改善情况。计算结果表明:复合绝缘子导线侧串联玻璃绝缘子后,降低了复合绝缘子导线端承受的电压,消除了畸变电场,改善了复合绝缘子端部的电场分布,并推荐了不同电压等级的复合绝缘子导线侧需串联的玻璃绝缘子片数。110kV电压等级复合绝缘子串联玻璃绝缘子的人工污秽试验表明:串联玻璃绝缘子后,绝缘子串的闪络电压明显提高,而闪络梯度变化不大,这是由于玻璃绝缘子的均压作用使得高压端电位均匀,对绝缘子的闪络起弧起了一定的抑制作用。220kV和500kV电压等级的复合绝缘子可以此作为参考。     

±800kV线路直流复合绝缘子均压环结构研究

为控制复合绝缘子表面电场,用有限元法建立的输电线路直流复合绝缘子三维电场计算模型研究了影响复合绝缘子表面电位和电场分布的因素及均压环的半径、管半径和抬高距离对绝缘子电场分布影响的规律,从控制电场角度得出了合理的均压环结构参数。针对特高压复合绝缘子的电场分布特点提出的一种应用于±800kV直流复合绝缘子的大小双均压环结构参数的计算结果表明,双均压环可更好地改善绝缘子端部电场分布。该研究结果可供设计±800kV直流特高压线路的外绝缘参考。     

染污复合绝缘子交流电场特性研究

为了揭示复合绝缘子在污秽潮湿环境中运行时的电场分布特性,笔者基于复合绝缘子的污闪理论,研究了绝缘污秽电场模型和计算方法,采用污层表面电导率和模拟导电污层的电阻层边界条件,应用有限元电场计算软件ElecNet对复合绝缘子污秽电场进行了交流时谐电场计算分析,比较了污层沿绝缘子轴向均匀分布和不均匀分布两种情况下的绝缘子电场分布,分析了污层表面电导率大小(即不同的污秽度)以及污层分布状态对绝缘子表面电场分布的影响。得出,当伞裙上表面电导率高于下表面时,沿泄漏路径的电位分布线性度降低;当伞裙上表面电导率低于下表面时,沿泄漏路径的电位分布变化不明显。     

特高压复合绝缘子电场计算及基于神经网络遗传算法的均压环结构优化设计

为了满足超/特高压大容量输电技术的发展需求,研究复合绝缘子的电场分布,寻找合理的电场优化措施已成为影响输电线路安全运行的关键因素。利用有限元法(FEM)建立了工程实际应用情况下特高压(UHV)交流输电线路复合绝缘子的单串、双串和V串电场计算模型,在考虑横担、分裂导线和均压环及其金具连接情况下,对复合绝缘子的电位和沿面电场分布进行了计算。针对特高压复合绝缘子电位分布极不均匀,且最大沿面电场强度大大超过电晕起始场强的情况,分析了不同的均压环配合方式对复合绝缘子沿面电场分布的影响。针对单串绝缘子下的计算结果,引入神经网络遗传算法(BP-GA),对均压环的结构参数进行了优化设计,利用BP神经网络的高度非线性映射能力直接计算遗传算法的适应度函数值,解决了穷举法计算时间冗长的问题。计算结果表明:加装均压环能够大大降低最大沿面电场强度,明显改善复合绝缘子沿面电位和电场的分布;通过遗传算法优化后的均压环结构参数,能使均压环表面场强和绝缘子沿面场强均小于电晕起始场强,为特高压绝缘子均压环的选取提供了一种可靠、实用的设计方法,可为我国特高压输电线路外绝缘优化设计提供新的参考。     

220kV复合绝缘子串联玻璃、瓷绝缘子仿真研究

复合绝缘子外形及结构特点使得其电位分布不均匀,两端金具附近电场强度较大,容易发生电晕放电,对绝缘子安全运行带来危害。为改善绝缘子电场及电位分布,基于有限元电场计算,以220 k V复合绝缘子为研究对象,考虑在高压端和低压端金具串联玻璃或瓷绝缘子的几种情况,分别建立三维仿真计算模型。研究结果表明:串联绝缘子后,复合绝缘子承担电压降低,整体电位及电场分布得到改善,并消除了金具附近的场强畸变。以控制220 k V复合绝缘子表面最大场强在4.5 k V/cm以下为目标,采取在低压端串联3片绝缘子或高压端串联2片的方式,均可以满足要求。     

均压环对复合绝缘子电场分布影响的研究

建立数学模型计算了复合绝缘子的沿面电场分布,利用有限元法计算了220kV线路复合绝缘子不安装均压环及安装不同形状尺寸均压环时沿面场强分布和电位分布。分析了均压环各因素变化对电场分布改善效果的影响,指出环径和罩深对端部电压分布改善效果明显,管径对电场分布改善效果好,根据各因素的综合影响,推荐了220kV复合绝缘子均压环的结构参数。     

覆冰复合绝缘子电场分布的研究

为研究覆冰复合绝缘子的电气特性,基于ANSYS有限元法建立了330 k V覆冰复合绝缘子模型,分别模拟仿真了干、湿覆冰情况下,不同空气间隙位置及冰棱长度对覆冰复合绝缘子的沿面电场、电位分布的影响,并与清洁复合绝缘子进行比较分析。结果表明:与清洁复合绝缘子相比,覆冰明显畸变了复合绝缘子的沿面电场和电位分布;当覆冰未完全桥接大伞裙间时,随着冰棱长度的增长,对沿面电位和电场分布的畸变程度越严重。当融冰过程中形成水膜时,覆冰复合绝缘子的沿面电场和电位分布进一步畸变,此时更容易发生局部放电。     

特高压复合绝缘子有限元模型的简化

为了研究特高压复合绝缘子在长时间电场作用下的电场分布特性,笔者对特高压复合绝缘子进行有限元建模,并计算沿芯棒的电位分布。以完整细剖分模型的计算结果作为基准,将简化模型的结果与其对比来验证简化模型的有效性。通过比较证明了简化模型可以代替完整模型进行复合绝缘子电位分布的分析且能够在很大程度上减小计算规模,对特高压复合绝缘子的建模分析具有重要参考意义。     

500 kV复合绝缘子横向覆冰现象有限元分析

雨凇覆冰严重影响输电线路的安全,绝缘子上的冰棱会导致其电场与电位分布的恶化。为探究绝缘子覆冰横向增长现象对绝缘子沿面电场电位的影响,利用ANSYS仿真软件,建立500 kV复合绝缘子覆冰有限元模型。根据输电线路现场与实验室中绝缘子覆冰出现的冰棱横向增长现象,在仿真模型中改变冰棱长度、角度、位置以及横向竖直冰棱同时出现等情况,对比分析不同工况下各覆冰形态对复合绝缘子电场电位分布的影响。仿真分析表明：雨凇条件下,覆冰横向增长冰棱长度、位置的改变对复合绝缘子沿面电位电场分布的影响较小;随着冰棱铅垂角度减小,复合绝缘子沿面电场电位分布畸变增大,竖直覆冰对复合绝缘子沿面电场电位分布起主要影响。     

Analysis of Stress Control on 33-kV Non-ceramic Insulators Using Finite-element Method

In this article, analysis of electric field stress and electric potential distributions of a 33-kV composite insulator and factors that affect the electric field are discussed. Accordingly, the article is classified into two parts. In the first part, the designs of three different configurations of non-ceramic (composite) insulator based on their geometry modification in end fittings and water shed are discussed. The electrical performances are analyzed using electric field and electrical potential distribution. In the second part, a reduction of the electric field near the end fittings is done to control the electric field stress intended for long-term performance. For that, the grading material is placed between the core and housing materials by fitting the arcing horn near the end fittings. A 33-kV composite insulator is modeled in two dimensions by the finite-element method to investigate the electric field and electric potential distribution under normal and polluted conditions. The results reveal that an optimum installation of an arcing horn at the high-voltage end in the composite insulator with silicone rubber overlapping the edges of metal end fittings made a significant reduction in electric field stress on 33-kV non-ceramic insulators.     

谐波电场法带电检测直流绝缘子

挂网运行的直流绝缘子数量越来越多,其检测问题日益突出。分析认为,合成绝缘子内导通性故障及零值瓷绝缘子是最难发现、最危险的故障。文中研究了这类故障直流绝缘子的带电检测问题,提出利用直流绝缘子串周围谐波电场带电检测直流绝缘子的新方法,即谐波电场法,并进行了可行性试验与灵敏度分析。现场与实验室可行性试验表明,谐波电场法能够对直流绝缘子进行在线检测。理论分析表明,该方法灵敏度较高,能有效地给出低于一定阻值的零值瓷绝缘子和合成绝缘子内绝缘导通性故障信息。谐波电场法的提出为直流绝缘子带电检测提供了有力手段。     

塔头复合绝缘子均压环优化配置分析

为优化分析复合绝缘子串均压环的配置,针对输电铁塔塔窗结构的特点,使用模拟电荷法和间接边界元相结合的电磁场混合方法,以某紧缩型330 kV输电铁塔为例,分析了悬于其上的复合绝缘子高压端电场强度受均压环的影响规律及均压环表面电场强度的变化规律。分析结果表明:增加均压环管径和减小环径可减小复合绝缘子高压端端部和均压环表面的最大电场强度,而绝缘子高压端端部最大电场强度随均压深度的增加先减小后增加。     

超高压直流线路复合绝缘子检测方法的研究

介绍了超高压线路交流复合绝缘子带电检测方法,如红外测温法、电场法和憎水性分级法等,并结合直流输电线路复合绝缘子的特殊问题,分析了这些方法应用于直流复合绝缘子时的不足和困难,指出在直流复合绝缘子异常发热机理、直流电场测量和憎水性测量等方面均需深入研究。     

1000kV交流复合绝缘子均压环参数设计

为了将1000kV交流特高压输电线路复合绝缘子沿面电场分布控制在合理的范围内,根据复合绝缘子的特点,采用场域分解的方法将三维无界场域分解成有界子区域,选择使用有限元法进行1000kV交流输电线路复合绝缘子串沿面电位、电场分布计算及均压环参数优化设计。应用ANSOFT软件建立1000kV交流线路带杆塔、导线的全三维模型,研究了均压环的管径、环径和抬高距离对绝缘子电场分布影响的规律,从控制电场强度的角度出发得到了均压环结构参数的配置方案。三维计算结果表明,安装了均压环后,复合绝缘子护套、金具、均压环表面最大电场强度均可以满足要求,绝缘子沿面电位分布的均匀性也得到了提高。金具可见电晕和无线电干扰试验的结果表明,高压端金具和均压环的起晕电压、无线电干扰均符合国家标准要求。     

谐波电场法在±800kV直流复合绝缘子在线检测中的应用

特高压直流输电线路将在我国电能长距离传输中占有重要的地位,线路复合绝缘子的带电检测将是特高压直流输电主要维护工作之一。为此评述了复合绝缘子在线检测技术的现状,提出采用谐波电场法实现±800kV特高压直流复合绝缘子内绝缘导通性故障的在线检测,并基于Cygnal公司F040型号高性能单片机研制出了谐波电场检测仪。实验室和现场测试结果表明:良好绝缘子和故障绝缘子的纵向谐波电场分布规律符合一般意义上的电场法检测原理的要求,谐波电场法能够应用于±800kV特高压直流复合绝缘子内绝缘缺陷的带电检测,所研制的谐波电场测试仪能够准确给出绝缘子纵向相对谐波电场分布规律,可连续检测100串绝缘子,每串绝缘子的伞裙数最大为510个,无线通信技术的应用提高了现场检测的便利性。     

应用有限元法计算覆冰合成绝缘子电位分布

为研究合成绝缘子的电气特性,应用有限元法计算了具有开域边界的220kV覆冰合成绝缘子的电场和电位分布。通过设置人工截断边界,将开域电场问题转化成有界域电场问题并在人工截断边界上采用渐近边界条件,利用femlab商用软件对覆冰合成绝缘子建模,计算改变冰棱的空气间隙长度及位置后的电场和电位分布,进一步研究冰棱表面水膜对电场和电位分布的影响。研究结果表明,冰棱完全桥接时电场和电位分布变化最大;冰棱在绝缘子伞裙外沿分布的位置不同,对电场和电位分布的影响也不同;水膜的出现使得覆冰合成绝缘子沿面的电场和电位分布进一步发生畸变;与传统瓷、玻璃绝缘子相比,合成绝缘子具有重量轻、强度高、耐污性能高、运行维护方便等特点。     

湿润复合绝缘子表面的电场分析

为了研究不同湿润条件下复合绝缘子周围的电场分布特性,笔者根据复合绝缘子上下表面不同憎水性等级时的湿润状态,建立了简化的三维计算模型,应用电场有限元计算软件ElecNet计算,比较了不同憎水性等级(水滴的形状参数不同以及分布状态不同)对复合绝缘子表面电场特性的影响,得出:复合绝缘子表面的电场与表面憎水性以及水滴分布状态有关;表面受潮形成的水滴或水带使水滴周围的电场急剧增大;伞裙下表面水滴周围的最大电场强度高于上表面;护套表面水滴对电场的增强程度远高于伞裙表面水滴对电场的增强程度。     

支柱绝缘子表面电场分布特性研究

为研究支柱绝缘子表面电场分布特性,经理论分析建立其有限元计算模型,获得了工程设计中所关心部位的电场强度分布。计算了3种典型支柱绝缘子理想情况下表面电场强度分布,并与增爬裙计算结果进行比较分析,结果表明,绝缘子两端电场强度较大,中间部位较低;增爬裙对其电场强度分布的改善没有明显的作用,电力线走向发生一定改变。