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。     

复合绝缘子雾凇覆冰厚度预测模型

基于拉格朗日法,通过数值求解覆冰过程中复合绝缘子外部连续气流场和水滴运动轨迹,提出一种以区域分割方式数值计算绝缘子表面水滴碰撞系数的方法,并分析了风速和水滴中值体积直径(MVD)对水滴碰撞系数的影响;通过求解覆冰热平衡方程建立绝缘子雾凇覆冰厚度预测模型,并通过人工覆冰增长试验,对模型进行了验证。数值计算和试验结果表明:复合绝缘子迎风侧杆径和伞裙边缘的水滴碰撞系数比迎风侧伞裙表面的碰撞系数大很多,迎风侧伞裙表面的水滴碰撞系数几乎是背风侧水滴碰撞系数的两倍;水滴碰撞系数随风速和MVD的增大而增大,且MVD的影响程度比风速更大;绝缘子伞裙表面覆冰厚度小于8mm时,模型能很好地预测绝缘子表面雾凇覆冰厚度,模型计算厚度与试验实测厚度相对误差在8%以内;绝缘子伞裙表面覆冰厚度在10~14mm之间时,模型的预测准确性稍差,其相对误差为12%~15%。     

动车组车顶绝缘子电场分布特性研究

动车组车顶绝缘子作为车顶的主要绝缘设备,其可靠性直接影响动车组的正常运行。文中基于ANSYS有限元软件分析了车顶绝缘子结构对其电场分布的影响,通过分析洁净状态下和水滴附着状态下绝缘子的电位和电场,得到伞裙结构对绝缘子电场分布特性的影响。结果表明,绝缘子顶部大小伞裙结构的不同配合方式会影响绝缘子的电场分布,尤其水滴附着状态下,绝缘子顶部采用大伞裙结构的会增加绝缘子电场强度,随着电场强度的增加,增加了绝缘子顶部发生局部放电的可能性。     

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。     

过冷水滴撞击复合绝缘子表面的数值模拟

为合理设计和选择适用于覆冰地区复合绝缘子伞型结构,建立了求解覆冰气象下复合绝缘子外部三维两相粘性不可压缩湍流流场的基本控制方程组,得到覆冰过程中复合绝缘子外的水滴运动轨迹,分析了复合绝缘子的水滴碰撞系数等撞击特性和气体来流速度v、水滴平均有效直径MVD、绝缘子伞裙倾角和伞裙直径等对水滴撞击复合绝缘子特性的影响。结果表明:伞裙的水滴碰撞系数E随v或MVD的增大而增大,上倾角α=7～9°、下倾角β=0的伞裙和伞径为130～145mm的伞裙水滴E最小。根据计算结果,提出了应用于覆冰地区的复合绝缘子伞裙结构:大中小伞交错排列,大中伞间由两个小伞排列组成,α取5～9°,β取0,中伞伞径取130mm。     

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。     

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。     

高速列车车顶绝缘子均压环的优化设计

在大雾等潮湿环境中,空气中的水分子会附着在绝缘子表面并逐渐凝结成微小水珠,这些密集的小水珠会对绝缘子内部及周围电场产生畸变,在电场力等外力作用下这些大量的微小水珠渐渐形成的水带会进一步畸变电场,形成恶性循环。文中仿真结果表明,绝缘子表面出现分离水珠时,高压端金具与第一伞裙之间产生的电场强度足以引起表面水珠发生电晕放电,这会老化甚至灼蚀绝缘子表面材料,降低绝缘子安全运行的可靠性。针对这一情况,文中以CRH-380型电力动车组车顶受电弓支撑环氧树脂复合绝缘子为对象,运用有限元仿真软件,采取加装最优均压环的措施来改善绝缘子高压端的电场分布,当均压环R=125 mm、r=21 mm、H=44 mm时受电弓支撑绝缘子伞裙护套表面最大场强最小,为绝缘子均压环的最优配置。此时绝缘子伞裙护套表面最大场强为19.7 kV/cm,小于分离水珠电晕放电起始场强,达到预期目标。     

现场复合绝缘子老化特征的研究

针对输电线路上复合绝缘子的老化问题,阐述了现场运行老化复合绝缘子电场仿真计算模型,分析了不同伞裙位置所承受的电场大小、表面憎水性和微观形貌,提出了复合绝缘子不同位置伞裙的老化特征规律。试验分析结果表明,复合绝缘子的憎水性与该处承受的电场强度、表面形貌结构有直接的关系,会随着场强的增大而减小。     

覆着藻类对110kV复合绝缘子电场分布的影响研究

潮湿环境下绝缘子表层覆着藻类影响其电压分布特征,对输电线路污闪防护影响较大。采用ANSYS仿真计算软件建立110 kV复合绝缘子二维电场计算模型,计算分析藻类生长位置、天气情况、生长状况等因素对绝缘子电场分布的作用规律。结果表明:绝缘子电场呈"U"形分布,在导线端护套与金具的交界处出现电场峰值;藻类生长越靠近高压端电场畸变越严重,低压端伞裙有藻类生长时,电场分布和清洁时大致相同,但球窝处场强减小;雨天时,导线侧金具与伞裙交界处的极大值并没有明显变化,低压端场强明显增大,藻类生长位置与水带交界处电场畸变严重,闪络风险较高;藻类形成干燥带对场强的影响不显著,轴向场强在干燥带处略微增加,低压端伞裙护套交界处电场强度有所减小,发生闪络的风险较低。     

Electric field computation on an insulating surface with discretewater droplets

Knowledge of the electric field along the external surface is a fundamental requirement for reliable assessment of electric discharge produced surface changes, degradation and flashover of outdoor insulation. Presented in this paper is a method of electric field computation on an insulating surface in the presence of discrete water droplets. The computational method is based on the charge simulation technique. The electric field intensification produced by water droplets is calculated and correlated with electric discharge activity that occurs on outdoor insulators under contaminated conditions. The results are useful for analyzing the performance of outdoor insulating devices, especially non-ceramic insulators, under contaminated conditions     

交流电场对复合绝缘子覆冰过程的影响

电场对输电线路绝缘子覆冰过程的影响不可忽视。以复合绝缘子FXBW-35/100为试品,分别进行了带电与不带电人工覆冰试验,分析电场对复合绝缘子覆冰过程的影响。结果表明：电场对绝缘子覆冰的影响体现为对水滴的吸引作用和泄漏电流的热效应。电场强度小的地方吸引作用明显,而电场强度大的地方热效应明显;带电覆冰时,冰凌中的气泡增多会向复合绝缘子的芯棒弯曲;低压端附近冰密度较大;高压端附近冰密度较小;冰厚的增长速度会出现饱和;冰重随电压的增长有一个先增加后减小的过程;带电覆冰时会出现稳定燃烧的电弧,这容易损伤绝缘子。     

500 kV直流GIL支撑绝缘子的电场优化

随着电网建设的日益深入,直流气体绝缘金属封闭输电管道(GIL)由于可用在高电压、大容量的场合,用作经济的长距离输电线路而被提上研究日程。直流GIL支撑绝缘子的沿面闪络很大程度上是由表面电荷积聚引起的。直流下GIL的内部稳态电场分布主要受环氧树脂固体绝缘的电导率和形状控制。以500 kV直流GIL为计算模型,借助COMSOL软件,研究了GIL中支撑绝缘子的形状、体积电导率和表面电导率对电场分布的影响。研究认为,半圆锥式绝缘子的电场分布是最优化的,绝缘子的体积电导率对其电场分布影响不大,通过控制绝缘子表面电导率,可以控制和优化直流GIL中绝缘子沿面电场分布。     

覆冰绝缘子导电离子分布规律

为研究电场及染污方式对覆冰复合绝缘子导电离子分布的影响,该文在低温、低气压人工气候室对两种染污方式下的35 k V复合绝缘子开展了带电和不带电雨凇覆冰试验。结合COMSOL软件仿真分析冰凌尖端水滴及覆冰滴水过程对绝缘子覆冰的影响,揭示电场、染污方式和染污程度对覆冰绝缘子离子分布的影响规律。结果表明:电场对绝缘子覆冰形态、冰层及冰凌中离子分布和闪络电压均有显著的影响;在带电覆冰条件下,采用覆冰水电导率法时的冰层及冰凌融冰水电导率均低于不带电时;在不带电覆冰条件下,采用固体涂层法时的融冰水电导率远高于覆冰水电导率;绝缘子带电覆冰时的闪络电压高于不带电时,而闪络过程中的融冰水电导率低于不带电时。在分析绝缘子覆冰闪络时,应考虑晶释效应对其闪络特性的影响。     

Electric field and energy computation on wet insulating surfaces

The paper presents the results of electric field and energy computation on insulating surfaces covered by water in the form ranging from small discrete droplets to large wet patches. The goal of this study was to understand the differences in the flash-over performance of outdoor insulators, in particular nonceramic insulators, under contaminated conditions as a function of surface wettability. The computational algorithm is based on the charge simulation method. A decrease in the maximum electric field at the water droplet tip is obtained as the droplet size increases, however, the electrostatic potential energy increases with the size of the water droplet, which might increase the surface discharge intensity. The role of the coalescence of small water droplets into larger droplets and filaments on the electric field and energy has been investigated. The location of such larger water bodies with respect to the electrodes has been examined. These computations shed some light not only on the role of hydrophobic surfaces but also on the location of hydrophobic surfaces along the insulator on the flashover performance of outdoor insulators. It has been shown that these computations provide quantitative data that compliments information obtained from simpler techniques such as visual observation and surface resistance measurements, for the purpose of assessing the performance of insulators in service     

A Novel Method for Live Detection of Faulty Direct Current Insulators

Considerable work has been done on the live detection of faulty elements in the insulators of overhead AC transmission lines but very little on their dc equivalents. One method that has proved successful for the AC case is the measurement of the electric field along the insulators, parallel to the axis and at the rims of the sheds (composite insulators) or of the insulators in a string (porcelain insulators). The DC transmission-line voltage will always include ripple; therefore, it was considered possible that the field due to the ripple component, the ldquoharmonic electric field,rdquo could be used in a similar manner. This has proven to be the case as demonstrated by the results of the experiments, both in the field and the laboratory, which are presented in this paper. Field measurements showed that the harmonic electric field could be measured under live conditions and provide repeatable results, both on composite insulators and on porcelain insulator strings. Laboratory measurements of the harmonic electric field were made along healthy composite insulators and some with artificial faults, and along strings of healthy porcelain insulators and strings with a faulty insulator included. The results of laboratory experiments showed that the faults could be identified and located effectively.     

220kV空心复合绝缘子电场计算和优化

使用ANSYS有限元软件对220 kV空心复合绝缘子进行电场计算分析,讨论引拔管外径、引拔管壁厚及空心部分填充物对绝缘子电场分布的影响。并与常规实心复合绝缘子的电场进行比较,验证空心复合绝缘子结构的合理性。     

非接触式电场测量法中杆塔影响的分析

根据模拟电荷法(CSM)建立三相高压绝缘子与杆塔的等效模型,在每相绝缘子串附近一定距离设置几个测量点(110kV,每相3个点),根据杆塔塔架对测量点影响的大小简化杆塔结构。采用PMM8053_EHP50B型工频电磁场测量探头测量各测量点的电场强度,逆向应用CSM并结合遍历的搜索方法搜索计算各相绝缘子片的实际电位分布值。将其与绝缘子串正常电位分布值比较,可判断是否存在劣质绝缘子及其位置。该法的优点是可实现一定距离的非接触式测量,对110kV三相猫头型铁塔系统,测量最大距离可达2.5m。