基于有限元法的染污直流支柱复合绝缘子伞裙参数优化

直流支柱绝缘子污闪问题比交流支柱绝缘子要严重,通过伞裙优化能够明显改善其污闪特性。该文借鉴人工污秽试验研究伞裙优化的成果,利用有限元法对染污直流支柱绝缘子建模,研究伞间距、大伞伸出和大小伞伸出差对绝缘子沿面电场分布的影响。提出以爬电距离和电场强度作为伞裙参数优化的判断依据,研究表明,电场强度分布随着伞裙参数的变化呈有规律变化：随着伞间距的增加,绝缘子沿面平均电场强度逐渐减小;随着大伞伸出的增加,绝缘子沿面平均电场强度逐渐增大;随大小伞伸出差增加,爬电系数单调减小,沿面平均电场强度呈振荡减小的趋势。通过比较分析得出支柱绝缘子伞裙较优的参数范围,为进行伞裙优化试验研究提出试品伞裙的建议参数。     

隔雨伞对淋雨状态下复合支柱绝缘子电场的影响

支柱绝缘子在实际运行的降雨天气下发生闪络是影响电网安全运行的重要因素。对在运行的绝缘子加装隔雨伞是最有效的提高抗雨闪能力的措施。为探究隔雨伞参数的选择方法,文中用有限元法对加装隔雨伞的一大一小伞型复合支柱绝缘子进行建模,研究隔雨伞数量和隔雨伞伸出对一大一小伞型复合支柱绝缘子电场分布的影响,提出沿面平均场强以及空气间隙场强作为2个隔雨伞参数的选择判据。结果表明:安装隔雨伞会使得隔雨伞周围大伞与小伞之间空气间隙场强变大,其自身场强相比没有加装隔雨伞时也会增大。将仿真结果进行对比后,根据场强大小关系推荐选用以空气间隙场强为判据进行参数选择,对隔雨伞的安装以及防雨闪措施有一定的指导意义。     

气体绝缘开关柜用绝缘子沿面绝缘特性研究

为了解决气体绝缘开关柜中绝缘子出现的沿面闪络问题,建立了绝缘子三维电场仿真分析模型,利用Ansys计算了不同伞裙间距结构下绝缘子的电场分布,并研究了绝缘子内部微间隙对绝缘子表面及伞裙电场的影响。结果表明:绝缘子伞裙之间间距和伞裙长度之比应大于1:3,伞裙之间间距太小,易造成伞裙间气体电场畸变。绝缘子伞裙附件处的间隙会造成间隙内部及相邻伞裙沿面气体电场畸变,且间隙越大,电场畸变越严重,但对不相邻伞裙的电场没有明显影响,研究结果为带伞裙的绝缘子优化设计提供参考。     

神经网络在复合绝缘子伞裙优化设计中的应用

针对复合绝缘子污闪问题,提出了神经网络近似模型和遗传算法相结合的优化设计方法。以染污绝缘子沿面最大场强作为优化目标,选取大、小伞直径和伞间距作为设计参数,建立染污绝缘子电场优化模型。利用优化拉丁方采样方法和ANSYS Maxwell获取训练样本,利用BP神经网络对样本集进行非线性拟合,建立神经网络近似模型。遗传算法在求解优化模型时,用BP神经网络对染污绝缘子沿面最大场强和爬电系数进行近似计算,最终得到最优解。结果表明:伞裙优化后,绝缘子沿面最大场强为3.69×104V/m,降低了9.78%。优化结果表明神经网络近似模型具有可行性,为绝缘子伞裙优化问题提供了一个新的思路。     

高海拔地区积雪复合绝缘子沿面电场分布研究

雪对电力系统可靠运行构成极大威胁,对积雪复合绝缘子沿面电场分布规律进行研究具有重要工程价值和意义。基于准静态电场有限元方法,提出了雪的三角形模型,开展了雪形态和雪参数对高海拔110 k V复合绝缘子沿面电场的影响研究。通过搭建高海拔110 k V复合绝缘子二维轴对称模型,研究了大伞积雪时雪面积和雪高度、桥接积雪时空气间隙长度和空气间隙位置对沿面电场的影响,分析了雪参数变化情况下的沿面电场分布。结果表明:大伞积雪时,雪面积和雪高度的变化对沿面电场分布影响较弱;桥接雪能改善沿面电场分布;绝缘子周围最大场强随着相对介电常数的增加而增大;电阻率不影响场强分布;桥接积雪时,雪参数变化严重威胁绝缘子的电气绝缘性能。     

分离水珠对支柱绝缘子电场分布的影响

憎水性时表面的分离水珠对电场有畸变作用,容易导致局部放电。为此,基于有限元法建立了110kV瓷支柱绝缘子的真实模型和模拟的复合支柱绝缘子模型,基于准静态拟谐性场分析了分离水珠存在时表面电场/电位的分布情况并与不存在水珠的情况进行了比较,获得了容易发生局部放电的区域和水珠畸变场强的影响范围。同时分析了接触角、水珠间距、电导率对电场的影响,结果表明:水珠的存在畸变了其附近的电场,但对电场的整体分布和电位影响很小;上下金具附近、伞裙上表面与柱体相交处是电场集中区域;电场仅在大伞裙外侧以内小范围内发生畸变;复合支柱绝缘子沿面电场略小于同样形状的瓷支柱绝缘子;随着水珠接触角的增加/间距的减少电场畸变更严重;实际情况中水的电导率对场强几乎没有影响。     

伞裙结构对绝缘子表面流注发展特性的影响EI北大核心CSCD

绝缘子伞裙结构的设计要考虑诸多影响因素,合理的设计绝缘子的伞裙结构可以提高沿面闪络电压,保证输电线路供电的可靠性。研究了伞裙结构对沿面预放电(流注放电)特性的影响,从如何抑制沿面流注放电的角度探讨了绝缘子伞裙结构的设计。从沿面流注放电的试验结果发现:光滑圆柱绝缘子表面流注拥有两个分量,即"沿面分量"和"空气分量",而带伞裙的绝缘子表面流注"沿面分量"不能越过伞裙传播到达上极板,只有"空气分量"可以到达上极板。此外,带伞裙绝缘子表面流注稳定传播场强大于光滑绝缘子表面流注稳定传播场强。沿面流注稳定传播场强与伞裙直径成正比,而相同电场下的流注传播速度则和伞裙直径成反比。伞裙位置对流注传播特性也有很大影响,在一定距离范围内,伞裙越靠近流注起始位置,流注传播越困难。     

伞裙结构对绝缘子表面流注发展特性的影响

绝缘子伞裙结构的设计要考虑诸多影响因素,合理的设计绝缘子的伞裙结构可以提高沿面闪络电压,保证输电线路供电的可靠性。研究了伞裙结构对沿面预放电(流注放电)特性的影响,从如何抑制沿面流注放电的角度探讨了绝缘子伞裙结构的设计。从沿面流注放电的试验结果发现:光滑圆柱绝缘子表面流注拥有两个分量,即"沿面分量"和"空气分量",而带伞裙的绝缘子表面流注"沿面分量"不能越过伞裙传播到达上极板,只有"空气分量"可以到达上极板。此外,带伞裙绝缘子表面流注稳定传播场强大于光滑绝缘子表面流注稳定传播场强。沿面流注稳定传播场强与伞裙直径成正比,而相同电场下的流注传播速度则和伞裙直径成反比。伞裙位置对流注传播特性也有很大影响,在一定距离范围内,伞裙越靠近流注起始位置,流注传播越困难。     

淋雨条件下变压器套管伞裙参数优化与仿真

目前国内外对变压器套管伞裙参数的研究较少,而且在已有的套管闪络特性研究中大部分采用空心套管试品,未考虑内部导电杆对套管外绝缘电场的影响。通过有限元COMSOL软件对500 k V变压器高压套管进行建模仿真,研究了淋雨条件下伞间距和伞伸出对套管外绝缘电场的影响。同时建立无导电杆和电容芯子的简化模型,研究了导电杆和电容芯子对套管外绝缘电场的影响。结果表明,伞间距增大使空气间隙电场相对极差明显降低,也使空气间隙平均电场略微上升。沿面路径平均电场随着伞伸出增大而线性减小,其相对极差在大伞伸出为85~100 mm时随着伞伸出增大而减小。无导电杆时,伞裙凹陷处电场强度略高,伞裙边缘处电场畸变减小,但套管外绝缘电场分布与有导电杆时基本相似。     

高海拔地区复合支柱绝缘子的污雨闪特性

为向国内高海拔地区特高压直流换流站外绝缘的设计提供参考,在1970m实际高海拔条件下,以不同伞裙结构的5种复合支柱绝缘子和2种瓷支柱绝缘子为试品(染污采用固体污层法),采用恒压升降法,系统研究了伞裙结构和淋雨情况(淋雨量和雨水电导率)对复合支柱绝缘子污雨闪电压的影响。试验结果表明:伞间距对伞裙间污水柱的桥接现象影响较大,使得污雨闪电压差别较大;伞伸出增大会加大爬电距离,污雨闪电压升高;淋雨量、雨水电导率大小对支柱绝缘子的污雨闪电压影响也较大,且均符合幂函数关系。     

特高压换流站复合支柱绝缘子伞伸出对其高海拔直流污闪性能的影响

为了研究高海拔地区伞伸出对复合支柱绝缘子直流污闪电压的影响规律,选取一大一小和一大两小两种伞形结构的10种伞伸出参数复合支柱绝缘子,在海拔2 100 m的条件下,采用恒压升降法进行人工污秽试验,研究伞伸出参数对复合支柱绝缘子污闪电压的影响,同时测量了试品单元伞裙表面电阻在雾室随时间的变化,用紫外放电仪和高速摄像机观测试品的临闪前局部放电和沿面电弧发展。研究结果表明:试品污闪电压值随着平均伞伸出增大存在最大值,提出了平均伞伸出与污闪电压值的二次函数关系;由于绝缘子表面电阻随着伞伸出的增大而减小,临闪前局部放电现象趋于明显,表面电弧桥接概率加大,电弧"飘弧"现象严重,大大降低了爬距利用率,导致污闪电压值下降。     

复合绝缘子伞裙参数对直流污闪电压的影响

为研究伞裙结构对复合绝缘子污闪特性的影响规律,并给超特高压复合绝缘子的选型和设计提供参考,在1970 m实际高海拔条件下,以31种不同伞裙结构参数的复合绝缘子为试品,采用恒压升降法,在雾室中进行了大量的人工污秽试验研究。试验结果表明:复合绝缘子的伞伸出和伞间距的参数不同时,其爬电距离的大小和爬电距离的利用率不同,因此对污闪电压影响较大;随着伞伸出或伞间距的增大,复合绝缘子的直流污闪电压均存在最大值;伞间距的变化对一大一小复合绝缘子的污闪电压影响相对较大,大伞伞伸出的变化对一大两小复合绝缘子的污闪电压影响相对较大。     

复合绝缘子内部缺陷对电场分布特性的影响

对复合绝缘子的缺陷类型、缺陷尺寸和缺陷位置进行仿真计算,获得伞裙沿面的轴向、径向电场分布曲线,计算出伞裙沿面轴向、径向电场的畸变率和最大场强值。结果表明:径向电场对于缺陷的反应更灵敏,通过分析伞裙沿面高压端和低压端径向电场分布规律,能够得到复合绝缘子缺陷的位置与类型等相关信息。     

覆沙对110 kV瓷绝缘子沿面电场和电位分布规律的影响

为了研究瓷绝缘子伞裙处覆沙对其沿面电场和电位分布的影响，基于有限元法建立了XP-70型瓷质悬式绝缘子的二维对称静电场模型，并分析了在不同覆沙情况下绝缘子的沿面电场和电位分布。结果表明：瓷绝缘子的沿面电场整体呈“U”形分布，且电场与电位受瓷绝缘子几何形状与媒介材质的影响，在每片绝缘子的伞裙上下表面与金具的交界处，电场强度出现局部峰值；当绝缘子伞裙表面覆盖沙尘时，对其沿面电位的影响十分微弱，但伞裙覆沙处的场强会减小，靠近高压侧与低压侧的绝缘子场强减小幅度较大，且减小幅度与沙层厚度无关，随着绝缘子表面覆盖沙层厚度的增加，每片绝缘子伞裙上表面与金具交界处的场强都会先大幅增大然后减小到一个稳定值；当沙层中出现无沙带时，无沙带处的场强会增大，且增幅与沙层的厚度和无沙带的宽度相关。     

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。     

覆冰复合绝缘子电场分布的研究

为研究覆冰复合绝缘子的电气特性,基于ANSYS有限元法建立了330 k V覆冰复合绝缘子模型,分别模拟仿真了干、湿覆冰情况下,不同空气间隙位置及冰棱长度对覆冰复合绝缘子的沿面电场、电位分布的影响,并与清洁复合绝缘子进行比较分析。结果表明:与清洁复合绝缘子相比,覆冰明显畸变了复合绝缘子的沿面电场和电位分布;当覆冰未完全桥接大伞裙间时,随着冰棱长度的增长,对沿面电位和电场分布的畸变程度越严重。当融冰过程中形成水膜时,覆冰复合绝缘子的沿面电场和电位分布进一步畸变,此时更容易发生局部放电。     

覆冰220kV四伞裙复合绝缘子电场分布仿真分析

针对国内外缺乏对覆冰220kV四伞裙复合绝缘子电场分布研究的现状,利用Ansoftmaxwell有限元分析软件模拟分析了不同冰凌长度、均压环参数和位置对220kV四伞裙复合绝缘子电场分布的影响。结果表明：（1）湿冰状态下冰凌与伞裙间隙1 mm时,冰凌桥接复合绝缘子不会发生放电现象,非桥接且系统过电压时有放电危险;（2）均压环能够显著改善高压端与第一大伞间的电场分布;（3）均压环与金具连接点垂直距离为0 mm,外径306 mm、管径36 mm时高压端和高压端附近冰凌间隙最大场强达到较好配合。     

绝缘介质表面流注传播特性与闪络特性的关系

绝缘介质表面流注发展过程是沿面闪络中最为重要的物理过程。利用紫外仪拍摄了空气中和不同绝缘介质表面流注传播路径,发现绝缘介质表面流注拥有‘沿面’路径和‘空气’路径两个路径。带伞裙的绝缘子表面流注"沿面分量"不能越过伞裙传播到达上极板,只有"空气分量"可以到达上极板。通过提高平板间所加电压,研究了空气间隙和绝缘子闪络特性,分析了流注稳定传播场强和50%闪络电压的关系。利用照相机拍摄了光滑绝缘子和不同伞裙结构下绝缘子沿面闪络的路径,将流注发展路径和沿面闪络路径进行对比,建立了光滑绝缘子及不同伞裙结构绝缘子表面流注路径和沿面闪络路径之间的关联。     

支柱绝缘子直流污雨闪放电机理研究

实际运行环境中表面沉积污秽的支柱绝缘子在雨天气候条件下发生的污雨闪络是影响电站外绝缘安全稳定的重要因素。针对换流站支柱绝缘子的污雨闪问题,对涂有人工模拟自然污秽的支柱绝缘子试品,在人工模拟雨水的条件下完成大量的闪络试验,对支柱绝缘子的直流污雨闪特性及机理进行研究。通过对试验现象的观察发现:由支柱绝缘子伞裙边缘的水滴电晕引发的伞间空气击穿放电在绝缘子整个污雨闪的过程中具有重要地位;污雨闪试验过程中支柱绝缘子表面的干区及受潮状态与雾中污闪试验不同,导致沿面放电特点与污闪不同。此外,基于经典绝缘子污闪放电模型,建立描述支柱绝缘子污雨闪的放电模型,其中考虑了由水滴电晕引发的伞间空气间隙放电的作用。最后,对支柱绝缘子的污雨闪电压和污闪电压进行了比较,试验得到前者普遍高于后者,并分析二者存在差异的原因,其中支柱绝缘子的伞形结构对结果有明显影响。所做研究可为高压直流换流站外绝缘的设计、运行与维护提供技术参考。     

重覆冰地区超大伞裙结构复合绝缘子的仿真及优化设计

严重覆冰时采用大小伞结构的复合绝缘子依然出现冰凌桥接现象。为防止出现冰凌桥接和覆冰闪络,开展超大伞裙结构复合绝缘子的覆冰特性研究有着重要意义。建立220 k V的超大伞裙结构复合绝缘子二维轴对称模型,并采用准静态场有限像元法进行仿真分析,对比采用不同数量的超大伞裙绝缘子在清洁和覆有干、湿冰时绝缘子的电位、电场分布。发现清洁时,超大伞裙对电位、电场分布不产生影响,在覆有干、湿冰时,超大伞裙提供的多个空气间隙,能有效改善绝缘子的电位、电场分布,特别是靠近高压端的第1个伞裙采用超大伞裙结构能改善高压端电位分布。最后结合仿真数据提出了优化后的超大伞裙结构的复合绝缘子。