特高压交流输电线路瓷绝缘子串电位和均压环电场分布计算模型的简化

特高压交流输电线路绝缘子串电位和均压环表面电场分布计算有限元模型具有模型尺寸大、结构复杂、媒质种类多的特点。为保证计算精度,需全面分析相关因素的影响,以合理简化计算模型,提高计算效率。该文建立了特高压交流输电线路瓷绝缘子串的三维静电场有限元全模型和简化模型,全面分析了杆塔、导线、连接金具、联板及相间作用等因素对电位和电场分布的影响,最后验证模型简化的合理性。全模型和简化模型计算结果对比表明,将三相导线控制在一定长度、对杆塔合理简化、省略联板和金具并且只建立单相绝缘子串模型的简化方法可行,用简化模型代替完整模型进行绝缘子串电位和均压环表面电场分布的分析能够减小计算规模,提高绝缘子串和均压环参数优化配置分析效率。     

特高压交流线路Y型复合绝缘子串静电场分布

通过建立理想条件下特高压双回输电线路Y型复合绝缘子串的三维静电场有限元分析模型,计算了Y型绝缘子串和均压环表面电场分布。分析了串长比例、V串部分夹角和单双联串型对绝缘子串和均压环电场分布的影响。研究结果表明,串长比例和夹角对跑道型均压环和复合绝缘子表面电场强度最大值的影响与导线到上横担的距离密切相关。仅从静电场角度分析,建议串长比例为4 m/5 m(I部分/V部分),相比初设参数2 m/7 m,跑道环表面最大电场强度降低了1.6%,复合绝缘子降低了3.5%,相同串长位置(2 m)处承担电压降低了13.2%;鉴于夹角变化时均压环和复合绝缘子表面最大电场强度变化都在2%以内,建议夹角保持初设参数105°;单联Y型串各部分最大电场强度均小于双联Y型串,其中I串大环达8.7%,复合绝缘子21.9%,串型选择建议采用单联Y型串。     

1000kV交流复合绝缘子串电场分布计算及均压环设计

1 000kV复合绝缘子的结构特点导致了其电位分布很不均匀,高压端金具附近的强场区会使绝缘介质和金具表面发生电晕放电,如何设计均压环使绝缘子沿面电场分布得到改善,对输电线路的安全运行具有重要的意义。本文基于ANSYS有限元软件建立1 000kV复合绝缘子的三维模型,计算无均压环时和有均压环时的复合绝缘子沿面电场强度分布和电压分布,具体分析了大小均压环的位置、环径、管径对复合绝缘子沿面电场强度的影响,并确定均压环的最佳位置和结构参数。计算结果表明,有均压环时均压环表面,高压端金具表面及绝缘护套表面的最大场强均可达到要求。     

特高压交流输电线路倒V型绝缘子串电场分布计算和均压环参数优化设计

倒V型复合绝缘子串相比悬垂绝缘子串有更好的防污、防冰特性,适用于特高压输电线路的改造,而绝缘子串的金具电晕特性问题需要关注。为保障特高压交流输电线路倒V型复合绝缘子串均压环满足工程防晕降噪要求,本文建立了特高压输电线路倒V型复合绝缘子串和均压环的三维有限元模型,采用有限元软件ANSYS对复合绝缘子串和均压环表面电场进行了计算,分析了均压环中心直径、管径、罩入深度、倒V串夹角以及绝缘子串长对电场分布的影响。在综合考虑各因素的前提下,采用控制变量法给出了均压环等参数优化配置建议。     

特高压交流复合绝缘子电位和均压环表面电场分布计算

针对特高压交流线路复合绝缘子电位、电场分布数值分析存在开域边界、几何结构复杂和媒质种类多、计算量大等问题,通过等效有限元法将有限元求解区域与边界元求解区域的交界面条件耦合,实现了有限元—边界元耦合算法(FEM-BEM)。将三维FEM-BEM和子域逼近有限元算法用于计算特高压交流线路典型酒杯塔,复合绝缘子双I串的沿轴线电位分布,均压环表面电场分布。研究表明:三维FEM-BEM耦合算法能有效计算复合绝缘子沿轴线的电位分布,子域逼近有限元法能对所关心区域进行细密剖分,可有效分析均压环表面电场分布;复合绝缘子沿轴线承担最大电压单元(一大一中两小伞及芯棒)为第3单元,承担电压为7.58%,均压环典型路径上的电场强度最大值为13.39kV/cm;将三维FEM-BEM耦合算法与子域逼近有限元法相结合,为准确求解复杂几何模型和多种媒质共存的开域静电场问题提供了一条途径。     

基于有限元方法的1 000 kV级特高压交流线路耐张串均压环优化设计

特高压输电线路绝缘子串电压分布极不均匀,均压环的优化设计对于改善绝缘子端部场强和改变电压分布具有重要意义。应用三维有限元法分别对1000kV特高压交流线路两联、三联和六联耐张串进行了电场计算,计算中考虑了杆塔、导线对电场分布的影响。通过不同屏蔽深度的均压环对电压分布影响的讨论和4种不同形式均压环的对比,建议1000kV特高压交流线路耐张串采用管径为120mm的跑道环,圆形部分中心径为1000mm,联接距根据绝缘子串中心间距决定,放置在第3、4片绝缘子之间。     

特高压绝缘子串电场分布研究

借助ANSYS有限元软件对特高压绝缘子串在安装和不安装均压环情况下的电场分布进行仿真研究,确定了均压环的合理安装型式及安装位置,进一步优化特高压绝缘子串型结构。     

1000 kV特高压交流输电线路耐张串电位分布计算及均压环优化设计

根据实际尺寸,建立了耐张串的三维有限元计算模型,将仿真结果和武汉高压研究所的试验测量结果进行了对比分析。为了改善绝缘子串的电压分布,应用人工神经网络优化方法,对一字形布置耐张串的均压环进行了优化设计。另外,为了加快神经网络的训练速度,选择了Levenberg—Marquardt快速学习法对均压环优化神经网络进行训练,优化结果证明神经网络优化法具有很好的优化效果。     

特高压交流输电线路复合绝缘子和均压环场强影响因素

1 000 kV特高压交流输电线路复合绝缘子和均压环表面电场分布数值仿真研究具有媒质种类多、几何结构复杂、计算量大等特点。为保证计算精度,需全面分析相关因素的影响,以合理简化计算模型,提高计算效率。通过建立特高压交流输电线路双联复合绝缘子的三维静电场有限元全模型和简化模型,研究了导线、杆塔、金具、联板等因素对复合绝缘子和均压环表面电场分布的影响,验证了模型简化的合理性。全模型和简化模型计算结果对比表明,将三相导线控制在一定长度,对杆塔合理简化、省略联板和金具的简化方法可行,用简化模型代替完整模型进行复合绝缘子电位分布、电场分布以及均压环表面电场分布的仿真研究,可有效降低计算规模,提高特高压交流输电线路绝缘子和均压环参数优化配置分析效率。     

500 kV交流线路长棒形瓷绝缘子串均压环优化设计

长棒形瓷绝缘子串金具数量少,沿串电位与电场分布不均,需优化设计其均压环结构。文中基于有限元原理,在Ansys软件中建立长棒形瓷绝缘子串三维仿真模型,分析均压环结构对绝缘子串电位与电场分布的影响,得到均压环最优结构参数。仿真结果表明:500 kV交流线路长棒形瓷绝缘子串均压环最优参数为,罩深300 mm,环径1 000 mm,管径125 mm;均压环表面最大场强可降至743.77 kV/m;3节绝缘子的整体分压比由2:1:1改善为约1.4:1:1。优化后的均压环明显改善了绝缘子串电位与电场分布,有利于绝缘子串长期运行安全。     

Voltage distribution analysis and grading ring design for porcelain insulators on 750‐kV compact transmission lines

On a compact transmission line, there are three phases arranged in one tower window. They form an inverted triangle with a small air gap, having no shielding between each other. This characteristic results in mutual effects among the three phases, which cause higher voltages and electric field intensities on the porcelain insulators and fittings than the ordinary lines. In this paper, a three‐dimensional finite element method (FEM) is presented to calculate the potential and electric field distributions of the porcelain insulators on a 750‐kV compact double‐circuit transmission line. Considering the mutual effects among the three phases, the structural parameters of the grading ring are optimized to reduce the voltages and electric field intensities on the insulators. The results show that the significant mutual effects among the three phases need to be taken into account in the design and testing of the insulators and fittings. In addition, structural parameters of the optimized grading ring are proposed on the basis of the above‐mentioned analysis. The comparison between the numerical calculations and the test results shows the accuracy of the FEM. Thus, in the approval test, it might be more reasonable and efficient to determine the correction factors through analyzing the calculations of the actual line and test arrangement. © 2012 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

1 000kV交流特高压输电线路用玻璃绝缘子串电压分布特性的研究

采用三维有限元法分别计算了1 000 kV特高压输电线路用玻璃绝缘子串在加装均压环和不加装均压环时的电压分布规律,分析了均压环抬高距对绝缘子串电压分布的影响,提出了减小绝缘子串电压分担率的合理设计措施.     

Structural optimization of grading rings on composite insulators on 500‐kV compact transmission lines

Serious corona discharges occur on some grading rings of 500‐kV compact transmission lines in China owing to defects in the structural design. The noise of the corona is heard clearly even 50 m away from the tower. In order to solve this problem, we have optimized the structure of the grading rings to suppress the corona. In this study, the grading rings that had serious corona discharges were identified and observed with an ultraviolet imager (UVI), and the electric field (E‐field) distributions of the grading rings were calculated by means of the three‐dimensional finite element method. Based on an analysis of the areas on the grading ring where excessive high E‐field magnitudes were observed, we optimized the structures of the grading rings to improve the field distributions on their surfaces. Based on the optimization suggestions, new grading rings were manufactured to replace the old ones. UVI observations showed that the new grading rings could effectively prevent the occurrence of corona discharge. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

1000kV直流电阻标准分压器的电场仿真计算和分析

进行高电压等级的直流电阻标准分压器设计时,不仅要减小最大场强以保证绝缘,还要减小测量电阻层附近的场强,以减小电晕电流和泄漏电流对分压器准确度的影响。针对研制的1 000kV直流电阻标准分压器,建立了有限元模型,用有限元软件计算了分压器的电场分布以及沿测量电阻层外表面纵向方向上的电场分布。计算结果表明:均压环对高压电极附近的电场具有明显的改善作用,最大场强从7 775V/mm下降到了1 457V/mm,位置从电极上部转移到了辅均压环附近;增大辅均压环的小环半径,或使辅均压环和主均压环的包络线更加平滑,都能减小辅均压环附近的场强,通过优化设计,分压器的最大场强减小到了1 175V/mm;由于屏蔽电阻层的屏蔽作用,沿测量电阻层外表面纵向方向上的场强减小到了141V/mm,而且分布均匀。     

330 kV带均压环的棒形悬式复合绝缘子电场有限元分析

采用ANSYS有限元软件对装有几种不同规格均压环的330kV棒形悬式复合绝缘子进行了电场有限元计算,得出了均压环的位置和尺寸与电场分布的关系。与实际测量结果的比较说明,采用的建模手段和求解方法是有效的。     

1000 kV交流特高压输电线路的带电作业

依据我国及世界各国特高压输电研究成果、前苏联特高压输电线路运行经验,结合我国的特高压输电试验示范工程的特点以及我国开展带电作业50余年的经验,对1000kV交流特高压输电线路建成投运后的运行维护情况以及带电作业所需进行的基础研究、作业人员的安全防护、防护用具、作业方式、作业工具等进行了论述,指出了当前应立即开展的工作。