特高压输电线路动态风偏响应及参数影响分析

输电线路风偏响应与线路结构参数密切相关,研究特高压输电线路的风偏响应规律有助于防范闪络事故的发生。通过风洞试验测定特高压输电线路八分裂导线和绝缘子串的气动力参数。建立连续多跨特高压输电线路风偏响应分析的两阶段频域法,即先以非线性有限元静力计算确定平均风作用下的导线静态风偏响应,随后以该状态下导线的构型和刚度为初始条件,引入考虑面内振型影响的气动阻尼,在频域中通过线性动力计算方法进行导线的脉动风偏响应计算。该两阶段频域法与直接时域法相比计算效率大为提高,同时可保证计算精度。以特高压1000kV南荆I线为研究对象,构建四跨导线-绝缘子串有限元模型,考虑到连续多跨导线频率密集和模态复杂的特点,以能量法确定参与模态数,详细分析不同档距、挂点高差和运行张力条件下绝缘子串风偏角的变化规律,并分析规范中刚性直棒法的不足。结果表明,当线路杆塔存在高差时,呼高低的塔处于风偏的不利位置,更易发生风偏闪络事故;低呼高塔的绝缘子串风偏角会随着相邻塔呼高和线路运行张力的增大而增大,但随着相邻档档距的增加略有减小。相较于档距的变化,风偏角对挂点高差的变化更为敏感。     

绝缘子串动态风偏角的分布式监测

输电线路风偏事故频繁发生,对线路正常运行危害极大,尤其在大风天气下经常会造成风偏闪络事故,输电线路的风偏角监测在维护线路正常运行中起到很重要的作用。以一仿真实验为例,对某特定型号的导线和绝缘子进行绝缘子风偏角进行仿真得到动态风偏角与速度关系的表达式,探究不同风速不同覆冰条件下动态与静态风偏角的关系,利用静态风偏角与动态风偏角的关系和动态风偏与速度的关系,有了静态风偏角和风速便可对进行动态风偏中的参数进行估计,从而得到动态风偏的计算表达式。结果显示,该方法可以计算全线的绝缘子串风偏角,实时监测输电线路全线各绝缘子串风偏角的动态分布状况,有利于故障隐患排查为维护输电线路正常运行提供重要防预措施。     

输电线路风偏放电风险分析与预警方法

风偏跳闸是造成电网运行故障的主要原因之一,严重影响输电线路稳定运行。为了有效预警输电线路风偏跳闸,本文提出基于天气预报的风偏闪络预警模型。首先根据天气预报建立气象样本集,随机抽取风速风向值,采用引入脉动放大系数和高差修正系数修正后的刚性直棒法,分别计算直线塔悬垂绝缘子串和跳线绝缘子串的风偏角,然后依据输电塔和绝缘子串参数计算导线杆塔最小空气间隙,引入降雨折减系数对最小空气间隙进行修正,最后与规程规定允许最小间隙对比,重复抽样计算得出预警概率。通过实例验证预警模型的可行性和精确性。     

绝缘子串非线性风偏可靠度研究

针对绝缘子串非线性风偏可靠度问题,以500kV的3跨线路为研究对象建立了有限元模型,将其动态风偏响应结果与现行规范《110kV～750kV架空输电线路设计规范》(GB 50545—2010)中的刚性直棒法计算结果进行对比。根据设计随机变量的统计参数和风偏功能函数,运用蒙特卡洛(MC)方法和一次二阶矩方法计算了绝缘子串风偏可靠度指标并分析其影响因素。结果表明:按照一次二阶矩方法和MC方法计算的绝缘子串风偏可靠度指标结果一致。对于给定的杆塔,功能函数的线性化会在一定程度上高估绝缘子串风偏可靠度指标,但随着风速均值的增大,影响程度减弱。按照GB 50545设计的杆塔,其绝缘子串风偏可靠度指标会随着设计风速均值的增大而降低;按照现行规范对杆塔设计时,采用外径较大或者自重较小的导线(新型碳钎维导线),可能会出现其绝缘子串风偏可靠度指标低于目标可靠度指标的情况。     

跳线绝缘子在台风中的风偏特征分析

大风条件下,输电线路的风偏是运维中的重要信息。运用光纤光栅倾角传感技术,在台风过境期间现场测量了某运行线路跳线绝缘子串的倾斜角和风偏角并进行分析,其主要演化特征为具有较强的突发性,且与风速大小的关联程度不高,进一步计算空气间隙变化情况,判断风偏闪络放电的理论风险极低,与事实相符。     

山地风场特性及其对输电线路风偏响应的影响

山地风场的复杂性和显著的三维特性是困扰山区输电线路抗风设计的关键问题。该研究采用CFD数值模拟与风洞试验相结合的方法研究典型单山脉地形和双山脉峡谷型地形的三维平均风场和脉动风场特征。由于风洞试验测点数及试验风速的限制，输电线路沿线各点的三维平均风场基于CFD数值模拟得到。由风洞试验获取山脉地形的湍流度、湍流积分尺度、沿线路方向的衰减系数等脉动风场参数，在此基础上采用POD法重构生成输电线路沿线各点的三维脉动风速时程，并分析比较跨越峡谷、山脊的输电线路沿线风场特征。建立连续三跨输电线路有限元模型，采用时域法研究山地风场特性对输电线路风偏响应的影响。研究结果表明：山顶、峡谷处风速显著增大，且气流爬坡将导致局部位置产生上升气流；由于近地风场加速效应的影响，沿山脊布置的输电线路全档风偏响应增幅较大，跨峡谷输电线路其爬坡段风偏响应增幅较大；上升气流主要使导线竖向风偏位移增大；山地地貌下考虑脉动风速的影响，绝缘子串风偏角风振系数宜取1.2~1.3。该研究为完善山区输电线路的抗风偏设计提供借鉴。     

盘形悬式瓷绝缘子在多刚体模型下的风偏应力分析

分析模拟盘形悬式瓷绝缘子串风偏运行时承受的应力大小可预防风偏闪络事故的发生.对此采用ANSYS Fluent计算流体动力学(CFD)软件,建立了基于RNG k-ε湍流模型的绝缘子串-导线三维模型并进行分析.首先计算出刚体与多刚体模型在多种风速下受到的von-Mises等效应力情况,并将两者与受力公式的计算结果进行对比分...     

特高压线路脉动风风偏特性及抑制措施仿真

输电线路在运行过程中容易受到风力作用而发生风偏,特高压紧凑型输电线路由于本身相间距离较小,更易受风偏影响出现电气或机械事故。线路在自然环境中运行受到的风载荷具有脉动成分,其对导线风偏的影响不可忽略。因此,有必要研究在包含脉动成分的风载荷作用下线路的运动特性,从而采取有针对性的抑制措施。本研究通过自编程软件仿真计算了稳态风和脉动风作用下三相导线发生风偏不同期摆动时的最小相间距离、不平衡张力和悬挂点张力,研究了风偏特性与风速、档距和冰厚之间的关系。结果表明,与稳态风相比在脉动风作用下可能出现的最小相间距离更小,可能出现的悬挂点张力和最大不平衡张力更大,不利于线路的长期安全运行。脉动风条件下覆冰导线的最小相间距离与档距长度呈负相关,随覆冰厚度的增加先减小后增大。同时发现,对于容易发生相间闪络的大档距架空输电线路,通过合理配置相间间隔棒能够对脉动风作用下覆冰导线的风偏起到较好的抑制作用。     

典型输电线路绝缘子积污特性的研究

输电线路绝缘子的长期积污并受潮而引起的污闪是电力系统安全运行的主要危害之一。研究绝缘子的积污特性可以了解绝缘子在不同气象条件下的积污状况并采取有效措施预防污闪事故的发生。通过人工积污试验和空气动力学特性仿真,得出了XWP2-160双伞型瓷绝缘子和FC160P钟罩型玻璃绝缘子在不同风速和风向影响下的积污特性以及流场分布特性,分析了影响绝缘子积污的主要因素。结果表明绝缘子背风面和迎风面是积污较大的区域,风速和风向对绝缘子积污有较大影响。FLUENT仿真与试验结果比较符合并能反映出绝缘子的积污特性。     

复合绝缘子芯棒脆断原因分析

分析了河南省2起220kV输电线路复合绝缘子芯棒断裂掉串的原因。断串均发生在绝缘子的高压端,端口垂直于芯棒轴线,断口大部分光滑平整;产品采用内锲式连接工艺、室温硫化硅橡胶封堵和普通芯棒;发生断串的档距都接近700 m,属于大档距。结合拉力抽检实验,提出220kV以上输电线路,应采用压接式复合绝缘子,其端部采用高温硫化硅橡胶、多层密封工艺,采用耐酸芯棒;对于大跨越线路段,全部采用双悬垂串、"V"形串或"八"字形串绝缘子,并尽可能采用双独立挂点。     

一起750kV输电线路风偏跳闸原因分析及改造措施研究

通过一起750 kV输电线路风偏跳闸事故,首先采用解析法对杆塔风偏后电气间隙距离进行了计算,得出引起跳闸的危险风偏角。然后根据规程法对风偏角进行了计算,计算结果表明,31 m/s设计的杆塔风偏安全裕量不足,其裕量仅为5°,在1.1倍设计风速下就会发生风偏闪络。最后根据现场在线监测装置监测风速的标准风速和极大风速进行对比,认为引起输电线路风偏跳闸的原因主要是极大风速。对于需要进行防风改造的杆塔,分析了各种防风偏措施及其适用范围,建议采用加装防风偏拉线的解决措施,以提高输电线路的抗风能力,提高电网的安全运行水平。     

复合绝缘子在“V”形串中的应用研究

为研究"V"形串中复合绝缘子长期运行受压对绝缘子性能的影响,进行了"V"形串复合绝缘子的受力试验。监测了角度偏移、受压复合绝缘子的应力及水平荷载和垂直荷载,并在多次试验后对受压绝缘子进行了机械破坏负荷试验。结果表明,在"V"形串中复合绝缘子受压并不影响其机械性能,但应注意频繁弯曲是否会造成密封破坏。     

机器人电场法检测绝缘子的影响因素分析

机器人检测输电线路绝缘子,可大幅降低人工劳动强度,提高检测效率和质量,特别适用于超高压、特高压线路的长绝缘子串。以某500 kV线路双联双伞型绝缘子串为研究对象,基于有限元方法仿真研究双联型绝缘子串上的电场分布特性,研究了电场分量、电场传感器相对于双联绝缘子串和机器人的方位、电场传感器与绝缘子串的距离对零值绝缘子检测灵敏度的影响,以及一串绝缘子串中零值绝缘子对另一串绝缘子检测结果的影响。研究结果表明,选用轴向电场、传感器位于机器人对面并且距机器人轴向距离大于1片绝缘子,将取得最高检测率灵敏度;传感器应尽量靠近绝缘子伞裙,两者间的距离要控制在10 cm以内;双联串绝缘子相互不影响检测结果。     

风速风向对风机塔筒结构动力响应和疲劳寿命的影响

基于气象站的观测数据,推导得到某1.25MW风机位置处的风速风向联合分布函数,对风机塔筒结构的风致响应和疲劳寿命进行计算,将计算结果与现场实测结果进行对比,系统研究了风速风向对风机塔筒结构动力响应和疲劳寿命的影响。结果表明:风向对顺风向和横风向位移响应的影响规律不一致,且风向对塔筒结构的疲劳累积损伤影响较大,在风向出现概率较大的区间产生的疲劳累积损伤较大。与考虑风向角下得到的疲劳寿命相比,不考虑风向角影响的疲劳寿命偏小。为了兼顾风机结构设计的可靠性和经济性要求,需考虑风向对风机塔筒结构疲劳寿命的影响。     

丘陵地形风场水平非均匀性和导线风荷载

对于大跨度输电线而言,风场水平特性对输电塔线体系的结构设计有重要影响。我国现有GB50545—2010《110～750 k V架空送电线路设计规范》采用风压不均匀系数来衡量风速沿空间分布的不均匀性。在浙江舟山某丘陵地形长约500 m的输电线路沿线构建了一套多点同步风速监测系统,采集获得了近1年的风速风向及温度等数据。基于现场实测数据,分析丘陵地形周边的水平风场特性,定量计算不同档距条件下的平均风速不均匀系数和极值风速不均匀系数。讨论了国内外导线风荷载计算方法中风压不均匀系数和档距折减系数的取值依据,并与现场实测数据得出的经验算式进行对比分析。实测得到的极值风速不均匀系数经验式与国内外荷载计算标准档距折减系数取值基本一致,也与DL/T 5551—2018规范报批稿中给出的档距折减系数计算式相符。     

近海台风区500kV防风偏复合绝缘子研制及工程应用

台风作为一种非良态的旋转风，常导致近海区域500 kV输电线路转角塔跳线发生风偏跳闸。本研究首次提出一种变径结构的500 kV转角塔跳线串用固定式防风偏复合绝缘子，对绝缘子技术参数、结构型式、材料选择、连接金具及附件、生产工艺等方面进行系统分析，通过建立有限元模型对防风偏复合绝缘子应力荷载特性进行仿真，对试品进行了机械及电气性能试验，证明产品的可靠性。考虑防风偏绝缘子对横担端部产生过大荷载的不利因素，提出了在挂线角钢中部增设两榀支撑桁架的优化布置型式，调整挂点传力途径、增强挂线角钢抗扭能力。研究表明，研制出的防风偏跳线绝缘子具有优良的防污闪、防风偏性能，可有效地解决沿海地区台风造成的跳线风偏闪络问题。相关产品已在近海某500 kV线路工程中应用，运行状态良好，为500 kV防风偏复合绝缘子的推广应用提供了借鉴和示范。     

特高压交流输电线路耐雷水平相关因素研究

随着输电电压等级的提高,雷击跳闸占跳闸总数的比例也在提高,而我国特高压交流输电线路的防雷研究尚属于起步阶段。通过改变线路耐雷水平参数,即:杆塔接地电阻、绝缘子片数、线路档距、避雷线架设方式、杆塔高度及雷击时输电线路的相位,建立了相应的PSCAD模型,仿真分析了雷击不同部位时各种因素对特高压架空输电线路耐雷水平的影响。结果表明:雷击塔顶时,"IVI"水平排列的耐雷水平最高;雷击档距中央时,"VVV"三角排列的耐雷水平最高,雷击档距中央比雷击塔顶时线路的耐雷水平高出很多。在雷击塔顶,档距小于360 m时,耐雷水平随档距增加而快速增加;大于360 m后,随档距增加其耐雷水平基本不变;雷击避雷线档距中央时,耐雷水平与档距的关系呈"U"形分布,在档距大于400 m以后,耐雷水平随档距的增加而提高。耐雷水平随绝缘子片数增加呈线性增加。无论哪种雷击形式,1.2/50μs雷电流波形下的耐雷水平明显比2.6/50μs雷电流波形下的高。     

近地面与超高空台风风场不同时距湍流特性对比分析

基于台风“海鸥”、“凤凰”、“蔷薇”和“莫拉克”的近地面风场和台风“凡亚比”、“鲇鱼”和“狮子山”的超高空风场实测资料,进行了近地面和超高空台风风场不同平均时距(3 s、1 min、10 min和60 min)台风湍流特性的对比分析,研究了边界层台风风场的湍流特性及其与平均时距的关系。研究表明：台风风场的平均风速、风向角随平均时距的增加逐渐趋于平稳;1 min和3 s平均时距风参数能较好地反映平均风速、风向角、湍流度和阵风因子尤其是风速较大时的脉动性和变化规律;近地面与超高空台风风场的不同时距平均风速的离散性和平均最大风速之间的比例相差较大;随着平均风速的增大,近地面与超高空台风风场不同时距湍流度和阵风因子的变化规律与离散性相差较大;日本风荷载规范(AIJRLB-2004)公式基本适用于我国沿海超高空台风风场顺风向湍流度的估计;当平均时距小于10min时,随着平均时距的减小,近地面和超高空台风风场的顺风向湍流度均比横风向减小得快;超高空台风风场的3 s时距顺风向湍流度均值略小于横风向,近地面台风风场的3 s时距顺风向湍流度均值大幅小于横风向。     

±500kV直流耐张塔悬垂串电位分布与均压特性研究

确定±500kV直流耐张塔防雷改造中的防风偏绝缘子串电位分布对输电线路安全稳定运行特别重要。为了验证防雷改造中Y型悬垂串电位分布,运用Ansys仿真软件,建立了±500kV直流耐张塔防雷改造的三维静电场计算模型。分析了避雷器、均压环、分裂导线和绝缘子串型对悬垂串电位分布的影响。通过研究高低压侧均压环环径、管径和相对位置对悬垂串电位和场强分布的影响,确定了高低压侧均压环结构的合理参数。结果表明,避雷器、均压环、分裂导线和绝缘子串型对悬垂串电位分布有重要影响;通过对高低压侧均压环结构参数的优化,防风偏绝缘子串电位和电场分布更加均匀。     

山坡风作用下输电导线的动力响应分析

本文主要对山区迎风坡上风向与水平面有夹角这一条件下的导线风荷载动力响应进行定性分析,并指出迎风坡风荷载对于导线风偏角的影响。