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。     

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。     

110kV合成绝缘子沿面电场分布的研究

在建立数学模型的基础上计算合成绝缘子沿面场强，利用二次插值有限元法计算ll0kV合成绝缘子电场分布和相同边界条件的空气间隙的电场分布情况；并将不同边界条件下的合成绝缘子的电场分布计算结果进行比较分析，结果表明在改善绝缘子电场分布的三种方法中以外加装均压环的效果最好。     

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。     

特高压直流复合绝缘子均压环设计

在总结电场分析方法及国内外对复合绝缘子电场计算与均压环设计的研究基础上,根据复合绝缘子的特点,采用场域分解方法将三维无界场域分解成有界子和无界子区域,用有限元法和模拟电荷法相结合的求解方法,进行±800kV特高压直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优化设计。应用ANSYS8.0及ANSOFT软件建立±800kV双极直流线路带杆塔的全三维和简化二维模型,计算发现在特高压情况下未安装均压环时复合绝缘子沿面电位及电场的分布极不均匀。对比±800kV和低电压等级的复合绝缘子电位分布的不同发现,电位、电场分布不均匀程度的变化随电压等级的升高、串长的增多有加剧趋势。以均压环结构尺寸为变量,以限制复合绝缘子沿面及均压环表面电场强度的最大值为目标优化设计均压环的结构,以三维模型的计算结果小于起晕场强为满意结果。最后得到均压环结构参数的设计方案,经三维计算模型检验证明复合绝缘子护套、金具、均压环表面最大电场强度均在可接受范围内,可满足预定要求。     

750kV输电线路悬式绝缘子的均压特性

沿绝缘子串电位分布不均匀,改善输电线路绝缘子串电位分布对绝缘子的设计及运行、维护特别重要。为更好地控制绝缘子串电位、电场分布,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750kV输电线路绝缘子串三维电场计算模型,从而计算得到了沿绝缘子串的电位分布曲线。通过分析讨论不同均压环上抗位置、环径、管径对绝缘子串电位、电场分布的影响,进而确定合理的均压环结构参数。结果表明,仿真计算时分裂导线、铁塔的影响不可忽略;均压环结构参数优化后,单片绝缘子最大承受电压及均压环表面最大电场均得到了改善,沿绝缘子串电位分布更为均匀。     

特高压直流复合支柱绝缘子均压环的优化设计

均压环是改善复合绝缘子电位分布和电场分布直接而有效的方式,在特高压输电系统中极其重要。为此,对特高压直流复合支柱绝缘子的电位分布和电场分布进行了计算,引入了大均压环表面、护套沿面、高压端金具表面和小均压环表面等处的最大电场强度作为优化参考量,并探讨了各均压环参数和各优化参考量间的联系,分析了大小均压环各参数优化的相互影响,拟定了大小均压环各结构参数的优化顺序,提出了特高压直流复合支柱绝缘子均压环优化方法。并以±1 100 kV直流空心复合支柱绝缘子和±800 kV直流实心复合支柱绝缘子为例,建立了电场计算模型,对其均压环进行了优化设计。改进后的优化方法能够较快、有效地找到满足条件的优化方案。     

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。     

1000kV特高压交流复合绝缘子耐张串均压特性研究

交流电压作用下,由于复合绝缘子导线侧和杆塔侧的杂散电容不同,绝缘子的沿串电压分布不均匀。采用三维有限元方法分别计算了特高压交流1 000 kV单回和双回输电线路一字型4联550 kN复合绝缘子耐张串的沿面电位和电场分布,比较了大环屏蔽深度、管径、外径等均压环结构参数对电场分布的影响,给出了均压环的推荐配置方案。结果表明,当中相施加相电压峰值时,各关键部位场强值最大;单回和双回耐张串均压环表面最大场强分别为2.06 kV/mm和1.8 kV/mm,绝缘子伞裙护套表面最大场强分别为0.33 kV/mm和0.31 kV/mm,满足均压环表面场强在峰值下不超过2 kV/mm,复合绝缘子伞裙护套表面场强在有效值下不超过0.4 kV/mm的电场控制要求。     

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.     

酸水混合物入侵对复合绝缘子电场强度分布的影响

为研究酸水混合物侵蚀对复合绝缘子电场强度所造成的影响,建立了复合绝缘子酸水混合物侵蚀模型,利用有限元法对绝缘子侵蚀前、后的电场强度及电位分布进行仿真计算.结果表明,在酸水混合物侵蚀的作用下,侵蚀处的电场强度、电位分布均发生严重畸变,伞裙的局部电场强度比正常值高53.7％,单片伞裙的承受电压值比正常值高1 175 V左右,这对复合绝缘子的安全稳定运行产生了严重的隐患.     

绝缘材料及其参数对绝缘子表面电场强度和电位分布的影响

为研究材料类型和参数对绝缘子电场强度和电位分布的影响,采用有限元法以支柱绝缘子为对象研究了柱体和伞裙材料分别为电瓷、玻璃、高温硫化(high temperature vulcanization,HTV)硅橡胶时绝缘子及附近场强、电位分布以及沿面和干弧路径上场强和电位,同时研究了材料的电阻率和相对介电常数对绝缘子附近场强...     

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。     

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。     

棒形悬式复合绝缘子电场计算和优化

使用ANSYS有限元分析软件对330kV棒形悬式复合绝缘子进行三维计算分析,讨论了导线、铁塔和均压环对绝缘子(I型)沿面场强分布的影响。运用随机搜索法的优化技术对均压环的环径、管径和环的抬高距进行了优化计算。得出高压导线的存在使棒形悬式绝缘子电场均匀化,铁塔对侧相的绝缘子电位分布影响最小,选择合适的均压环尺寸(抬高距、管径和环径)可以有效地降低棒形悬式绝缘子端部芯棒和护套所承受的场强的结论。     

棒形悬垂复合绝缘子芯棒脆断的原因及预防对策

通过对500kV棒形复合绝缘子高压端芯棒脆断事故发生原因的分析,指出其主要原因为绝缘子串电压分布严重不均匀及均压环设计、安装不规范而引起导线端电场畸变,加速了硅橡胶护套的电蚀穿孔所致.提出了将原下垂式线夹更换为上扛式防电晕线夹,作导线挂点“八”字型改造,在复合绝缘子导线侧加挂玻璃绝缘子;采用非标准长度的复合绝缘子与玻璃绝缘子组合成串等对策,以改善复合绝缘子的电场分布,降低导线端所承受的电压,消除畸变电场,预防芯棒脆断.实践表明,改进效果良好.     

±800kV特高压直流合成绝缘子带电检测技术研究

介绍了谐波电场法在±800 kV特高压直流合成绝缘子带电检测中的应用技术以及基于F040研制出的谐波电场检测仪.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±800 kV特高压直流合成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...