XWP2–70双伞型绝缘子表面污秽颗粒积聚特性

绝缘子表面积污通常是大气环境中污秽颗粒运动导致,而大气污秽颗粒粒径普遍处于0.1~100μm之间,其中雾霾颗粒的粒径通常10μm。首先利用流体力学软件FLUENT对具有双伞型结构的XWP2–70绝缘子表面的流场特性进行仿真,然后研究不同污秽颗粒粒径和不同风速下绝缘子表面污秽颗粒碰撞系数,同时利用建立的自然积污试验站对上述绝缘子进行了为期8个月的自然积污试验验证。研究表明:风速大小对绝缘子表面附近的气流场特性有影响;绝缘子表面的污秽颗粒碰撞系数P受到粒径和风速的综合影响。研究结果为建立雾霾环境下绝缘子积污模型提供了参考和借鉴,对输电线路外绝缘的选择和设计具有重要参考意义。     

高压直流输电线路复合绝缘子的积污特性研究

为研究高压直流输电线路复合绝缘子的积污规律,建立了±660k V输电线路复合绝缘子流体力学模型,研究了绝缘子表面污秽撞击率及其积污特性,并进行为期一年的自然积污试验,对比试验数据与仿真结果。结果表明:绝缘子串积污规律呈现两端高中间低的趋势,绝缘子两端积污较为严重;绝缘子串两端下表面的积污比上表面严重,而绝缘子串中间部分上表面的积污比下表面严重;试验结果与仿真结果一致。     

人工模拟自然横风条件下绝缘子快速积污特性

为研究风对绝缘子积污特性的影响,该文利用直流风洞研究了风速和风向对瓷钟罩绝缘子和瓷双伞绝缘子积污特性的影响,并利用Fluent软件建立了绝缘子三维CFD仿真模型,对其周围的空气流场特性进行了分析。结果表明:空气流场对绝缘子积污状况的影响主要表现在风速和风向两个方面,风速和风向对绝缘子上下表面积污量和积污分布均有影响,风速在2.2~4.5 m/s之间时,绝缘子的上下表面污秽度是逐渐增大的,在风速4.5m/s附近的时候达到峰值。随着风速的继续增大,绝缘子表面的污秽度呈下降趋势,当风速大于6.0m/s左右时,绝缘子上下表面污秽度下降趋于平缓;不同风向对下表面有环形伞棱的绝缘子影响较小,对下表面无伞棱结构的绝缘子影响较大。该文研究成果可为污秽外绝缘的设计优化提供理论依据和数据支持。     

特高压直流线路复合绝缘子积污特性仿真及现场实测研究

针对特高压直流线路现有标准型或钟罩型瓷或玻璃绝缘子积污数据多,复合绝缘子积污数据较少,且多为不带电状态,无法准确获得电场力与风力、重力等综合作用对运行中复合绝缘子积污特性影响程度的问题,以±800 kV特高压直流线路为例,对其运行复合绝缘子带电积污特性开展仿真分析,并在线路综检期间对其现场污秽度进行实测验证。结果表明,污秽颗粒在带电复合绝缘子表面沉积是空气曳力、自身重力和电场力共同作用的结果,污秽颗粒电荷的增加、电场力的增强对颗粒运动过程影响更明显,即大气风力越小,电场力对污秽沉积的作用越明显。特高压直流线路复合绝缘子高压端伞裙的等值盐密高于中、低压端,整串分布且呈“U”型,与带电复合绝缘子的沿串电场分布规律一致。     

XP-160绝缘子直流快速积污过程仿真及分析EI北大核心CSCD

与交流线路相比,直流线路的污秽外绝缘问题更为严重。综合考虑了电场、流场及污秽颗粒积聚/出射的微观过程,开展了直流电场下的绝缘子表面快速积污过程仿真,继而仿真分析了不同风速、粒径下的绝缘子表面污秽分布现象、污秽质量密度及积污带电系数。同时开展了绝缘子风洞积污试验,与仿真结果进行对比,验证了文中所提的绝缘子快速直流积污仿真方法。最后结合快速积污过程仿真,提出了无降雨大气污秽下的绝缘子直流积污预测方法并进行了验证。研究结果表明,快速积污过程仿真较好地体现绝缘子的带电积污特性;仿真计算得到的绝缘子污秽质量密度与实测结果的相对误差在25%范围内,带电积污比与实测结果基本一致。研究结果可为揭示绝缘子直流积污机理提供参考,并为线路运行维护提供依据。     

雾霾环境下自然积污绝缘子的污秽颗粒粒径分布特性

绝缘子表面污秽颗粒粒径分布的不同会导致污层吸水特性的差异,进而影响污层的电导率和绝缘子的闪络特性。为了研究雾霾环境下自然积污绝缘子的污秽颗粒粒径分布特性,在交流、直流作用电压下和不带电情况下对4类绝缘子进行雾霾环境下的自然积污,利用电子显微镜和图像二值化处理软件对绝缘子污秽颗粒的粒径大小进行统计。统计结果表明,雾霾环境下自然积污绝缘子污秽颗粒的粒径服从对数正态分布,90%的污秽颗粒粒径20μm;交流、直流、不带电3种情况下的污秽粒径分布存在差异,表现为直流电压下的平均粒径最小,交流电压下的平均粒径最大;上伞面的平均粒径大于下伞面;复合绝缘子污秽颗粒的平均粒径较瓷和玻璃绝缘子大。进一步分析发现,不同带电形式下,上下伞面以及不同类型绝缘子污秽颗粒粒径分布的差异,分别是由污秽颗粒所受的电场力和重力及绝缘子材质不同引起。     

动车组支柱绝缘子伞裙不同部位积污特性的仿真研究

为研究动车组支柱绝缘子伞裙不同部位积污特性,将动车组支柱绝缘子伞裙分为迎风面、背风面和侧风面,建立了积污特性的流场计算模型,以质量沉积率为表征积污特性的参数,分析了不同部位质量沉积率与污秽颗粒粒径、气流速度之间的关系,比较了不同部位质量沉积率的差异性。仿真结果表明:迎风面和侧风面质量沉积率随污秽颗粒粒径的增大而增大,背风面质量沉积率随污秽颗粒粒径的增大而减小;不同部位质量沉积率与气流速度的关系受污秽颗粒粒径的影响,当污秽颗粒的粒径大于10μm时,随着气流速度增大,迎风面和侧风面质量沉积率增大,背风面质量沉积率保持为0,在相同污秽颗粒粒径和气流速度条件下,迎风面质量沉积率大于侧风面,而当污秽颗粒的粒径小于10μm时无上述规律。     

基于XP-160污秽体积分数的绝缘子积污表征

运行绝缘子的电气特性受到其表面积污量的影响。在线路运行中,需要弄清线路绝缘子的积污状态,常采用悬挂并测量不带电XP-160绝缘子来反映线路运行绝缘子的积污状态。对于绝缘子在相同环境下的积污程度受其外形的影响,因此XP-160不能真实反映线路运行绝缘子的积污状态。为体现其结构差异对积污程度的影响和用XP-160绝缘子反映运行绝缘子真实积污状态,以绝缘子XP-160、XWP2-160、LXY-160、复合大–小伞为研究对象,提出以XP-160为参照绝缘子,基于参照绝缘子表面污秽体积分数的绝缘子积污程度表征方法,建立不同型式绝缘子和参照绝缘子表面污秽体积分数数值计算模型,分析不同风速和不同粒径下不同型式绝缘子和参照绝缘子污秽体积分数等效性关系并进行试验验证。研究结果表明:由Fluent仿真软件可得随风速和粒径变大,绝缘子LXY-160、XWP2-160的污秽体积分数均随之增大,其形状积污系数也随之增大。复合大小伞绝缘子的形状积污系数随风速和粒径增大而减小。利用污秽体积分数数值仿真可体现绝缘子的积污情况,根据仿真得到形状积污系数和XP-160绝缘子的积污量可得其他型式绝缘子理论积污量,试验验证表明误差小于20%,在工程实际的允许误差范围之内。研究结果可为绝缘子积污程度的表征提供参考。     

典型粉尘污染源下绝缘子积污粒径特征及其影响研究

从污秽颗粒粒径角度出发,测试分析了镍厂(金属)、化工厂两种典型粉尘污染源下绝缘子表面污秽粒径特征,并通过建立污秽颗粒沉积模型,研究了污秽颗粒粒径对积污的影响机制。结果表明:化工厂地区绝缘子表面污秽颗粒平均粒径仅为6.67μm,而镍厂地区绝缘子表面污秽颗粒平均粒径可达24.5μm;污秽颗粒粒径在20～30μm沉积率最大,因此镍厂区域内绝缘子表面积污严重;基于污秽颗粒沉积模型所得的仿真结果能够与现场积污现象互相印证,从而解释了污秽颗粒粒径对绝缘子积污的影响。     

流场与电场耦合作用下特高压复合绝缘子串的积污特性研究

利用流体力学的相关理论与方法,建立了流场和电场耦合条件下复合绝缘子串的积污仿真数值模型,研究了污秽颗粒粒径、风速、风倾角对复合绝缘子表面积污特性的影响。结果表明:复合绝缘子串表面对污秽颗粒的吸附能力随场强的增加而提高,随风速的提高而降低;一定范围内污秽颗粒粒径增大会增加绝缘子对污秽颗粒的吸附量;风倾角向上时增加了下表面对污秽粒子的吸附,风倾角向下时增加了上表面对污秽粒子的吸附。     

35 kV复合绝缘子积污特性影响因素分析*

为探究复合绝缘子在不同运行环境下的积污特性,基于电磁学、流体力学等理论,采用有限元法对绝缘子的积污过程进行了仿真,分析了荷电污秽颗粒粒径、电场强度、电压类型等对绝缘子积污特性的影响。研究结果表明,当污秽颗粒粒径小于30 μm时,绝缘子表面积污量随着粒径的增大而增多,随着风速的增大而减少;在不同的正极性直流电压作用下,积污量在粒径30 μm时达到峰值;荷电颗粒受力与电压相关,导致不同电压类型下积污量有差异。     

直流线路绝缘子自然积污污秽颗粒粒径分布特征

粒径是影响绝缘子积污的重要因素之一。为此采用激光粒度法对±660 k V银东直流输电线路长期积污后的线路绝缘子表面污秽颗粒进行粒径测量、统计分析,并区分不同带电形式、上下伞面、与导线间不同距离、绝缘子不同材质等,讨论线路绝缘子自然积污的特性和分布规律。统计结果表明:激光粒度法–干法测试线路绝缘子污秽粒径,其结果服从对数正态分布;负极线路污秽中10μm以下的小颗粒物含量略多于正极线路;绝缘子上、下表面污秽粒径分布范围大致相同,上表面平均粒径略大于下表面;离导线距离越近,细颗粒物含量越高;所有粒径参数范围内,复合绝缘子污秽颗粒的粒径均小于瓷绝缘子。不同条件下的污秽粒径分布差异,是由于污秽所受的力不同及绝缘子材质不同引起的。     

计算流体力学在绝缘子积污特性分析中的应用

以XP-160线路绝缘子的积污特性为研究对象,利用计算流体力学方法,建立了求解线路绝缘子外部3维两相粘性不可压缩湍流流场的基本控制方程组,在得到了绝缘子外部流场的基础上分析了绝缘子的污秽颗粒碰撞系数(E)等撞击特性和空气来流速度(v)、污秽颗粒直径(dp)、气流风向倾角等对污秽撞击绝缘子特性的影响。结果表明:水平风向下,绝缘子上表面污秽颗粒碰撞系数随颗粒粒径或者风速的增大而增大,相对于绝缘子上表面,绝缘子下表面碰撞系数很小;非水平风向下,绝缘子上表面碰撞系数随自然风倾角的增大而减小,而绝缘子下表面则相反,且在易产生非水平气流的丘陵地区,XP-160绝缘子下表面污秽碰撞系数远远大于平原地区绝缘子。     

复合绝缘子不同部位水滴撞击特性及其影响因素

绝缘子各部位水滴撞击数不同其覆冰形态不同,为得到各因素对绝缘子不同部位水滴撞击特性的影响,建立风洞和复合绝缘子模型,将复合绝缘子分为伞上表面、伞下表面、伞边缘和芯棒4部分,研究水滴滴径、流速、气流倾角、温度等参数对绝缘子不同部位水滴撞击特性的影响,结果表明:滴径小于30μm时,水滴主要撞击在伞边缘和芯棒上,大于30μm后,水滴主要撞击在伞上表面;随流速增大,伞上表面水滴撞击数由增加趋势变为减小趋势,其临界水滴滴径为90μm,而伞边缘和芯棒水滴撞击数由增加趋势变为饱和,其临界滴径分别为30和50μm;水平气流时复合绝缘子水滴撞击数最少,气流从上至下时其水滴撞击率最大。滴径、流速和气流倾角对绝缘子局部水滴撞击特性均有较大影响且特点各异。     

大伞裙结构对复合绝缘子积污特性的影响EI北大核心CSCD

为了探究在不同部位改装大伞裙对复合绝缘子积污特性的影响,以FXBW4-110/100型复合绝缘子为基础原模型,构建3种大伞裙结构模型。采用COMSOL Multiphysic对4种绝缘子模型进行积污特性数值模拟,对比分析其附近流场和电场分布差异,探究其在不同风速、粒径、和电压类型下绝缘子表面的积污规律。结果表明:在适当部位改装大伞裙可以改变复合绝缘子近壁区域的流场分布;当所改装的大伞裙尺寸相对较小且片数较少时,复合绝缘子附近的直流电场强度分布几乎不发生变化;同一污秽颗粒粒径下,随风速的增大,积污量呈上升趋势;直流电压作用下,复合绝缘子始末端改装大伞裙即模型I,在低风速时积污量为原模型的75%~95%,且随着风速的增大,积污量差距先增大后减小;交流电压作用下,模型I的积污量以原模型积污量为基值上下浮动,而模型II和模型III在1~3 m/s时的积污量约为原模型的50%~90%。     

典型悬式绝缘子风洞直流积污特性与分析

直流输电线路绝缘子表面的污秽颗粒运动沉积过程受其周围电场的影响明显。目前对于绝缘子带电积污规律及电场影响机制方面的研究仍不全面。以典型悬式绝缘子XP-160为对象,开展其在不同风速及污秽颗粒粒径下的风洞直流积污试验,分析绝缘子的直流带电积污特性,得到绝缘子带直流电和不带电情况下的积污差异。并结合场致荷电理论,计算分析污秽颗粒在绝缘子周围直流电场中受到的作用力,研究直流电场中污秽颗粒的运动过程及运动速度变化规律,分析绝缘子周围直流电场对积污的影响。     

低风速环境下XSP-160型瓷三伞绝缘子积污特性数值模拟

瓷绝缘子广泛应用于输电线路中,研究其积污特性对预防污闪、提升输电线路安全运行具有重要意义。利用仿真软件COMSOL对风洞条件下XSP-160型瓷三伞绝缘子的积污特性进行数值模拟,与风洞试验结果比较,验证了模拟方法和所建物理模型的合理性。藉此,研究了低风速环境下基于110kV电压该绝缘子的积污特性,分析了风向倾角、风速和电压类型对其积污特性的影响。结果表明:风向倾角对绝缘子表面的积污有着显著影响;同一风向倾角时,绝缘子表面积污量均随风速近似呈线性增加;风向倾角和风速越大,直交流电压作用下的积污量相差越小;直流电压作用下,积污量随着风向倾角的增大而减小,交流电压则与之相反。     

高速气流条件下污秽颗粒在复合绝缘子表面的沉积判据

研究高速气流条件下的绝缘子积污对沙尘暴、动车组高速运行等状况下的绝缘子清洗、预防污闪等工作具有重要指导意义。提出了污秽颗粒在复合绝缘子表面的沉积判据,结合该判据建立了高速气流条件下复合绝缘子积污的计算流体力学(CFD)模型。以动车组高压隔离开关绝缘子为对象进行了算例分析,通过实验以及与相关文献结果对比,从污秽分布特性的角度验证了沉积判据及计算流体力学模型的有效性。仿真分析了不同粒径下的绝缘子积污,表明粒径对绝缘子积污有较为明显的影响。当粒径较小时,漩涡碰撞为污秽颗粒与绝缘子碰撞的主要方式,此时碰撞和沉积可能发生在迎风面和背风面;当粒径较大时,惯性碰撞为污秽颗粒与绝缘子碰撞的主要方式,此时碰撞和沉积只发生在迎风面;当粒径大到一定程度时,迎风面和背风面均不会发生沉积。     

XHP-160绝缘子积污特性仿真分析及试验验证

输电线路绝缘子污秽闪络事故影响电力系统的稳定运行,虽然采取了不同程度的防污闪措施,但是污闪事故时有发生。为掌握绝缘子的积污规律,从而指导输电线路外绝缘的防污工作,有必要对绝缘子的积污特性进行研究。采用欧拉两相流法建立了绝缘子积污仿真模型,计算了绝缘子表面的静压以及绝缘子周围流场速度矢量。通过数值仿真研究了绝缘子表面的污秽分布,及其受风速的影响情况,然后开展了以真型绝缘子为对象的风洞积污试验。研究表明,绝缘子表面静压以及绝缘子周围的流场状态影响污秽颗粒在绝缘子表面的集聚情况;污秽在绝缘子表面呈现不均匀分布;风速对绝缘子表面积污影响显著,绝缘子表面不同部位的积污随风速的变化有不同的变化规律;风洞试验的结果为仿真分析的合理性提供了良好的佐证。     

雾霾期间绝缘子的积污特性研究

积污会使输电线路绝缘子发生污闪的风险增加。近年来雾霾天气频发,开展雾霾条件下绝缘子积污特性研究具有重要意义。针对雾霾期间绝缘子的积污特性,文中开展了不同类型绝缘子及试片在雾霾天气下的自然积污试验,测量了绝缘子在雾霾期间等值盐密的变化,并获得了绝缘子表面污秽微观形貌、粒径分布、无机元素组分及热重曲线等理化特性。结果表明,雾霾期间绝缘子表面等值盐密增速大于空气质量良好时的等值盐密增速;但是雾霾期间的高PM2.5浓度对绝缘子积污的影响有限;就粒径分布与无机元素组分而言,雾霾期积污污秽与长期自然积污污秽差异不大;试片表面光泽度随积污时间增加而下降,光泽度可用于短期少量积污的表征。