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。     

徐州水泥污秽区悬挂绝缘子的污秽物特性

绝缘子自然积污情况下,表面污秽在积污过程中其上下表面盐灰密、颗粒粒径、表面元素成分和颗粒形貌发生变化。以江苏徐州地区架空输电线路绝缘子串为对象,对悬挂绝缘子上、下表面的盐密和灰密变化及绝缘子表面污秽理化特性进行了测试分析,探讨了徐州地区绝缘子表面污秽特性。结果表明:绝缘子表面的盐灰密值与天气状况相关,绝缘子积污在2月份达到最大值,且与周边主要污源存在较大关系;在徐州水泥污秽地区,绝缘子上表面沉积污秽度较大,下表面污秽度相对较小,不同环境下绝缘子表面积污物粒径、成分及含量均存在较大差异。其结论可为水泥污秽区绝缘子积污预警及日常运行维护提供参考。     

徐州水泥污秽区悬挂绝缘子的污秽物特性

绝缘子自然积污情况下,表面污秽在积污过程中其上下表面盐灰密、颗粒粒径、表面元素成分和颗粒形貌发生变化。以江苏徐州地区架空输电线路绝缘子串为对象,对悬挂绝缘子上、下表面的盐密和灰密变化及绝缘子表面污秽理化特性进行了测试分析,探讨了徐州地区绝缘子表面污秽特性。结果表明：绝缘子表面的盐灰密值与天气状况相关,绝缘子积污在2月份达到最大值,且与周边主要污染源存在较大关系;在徐州水泥污秽地区,绝缘子上表面沉积污秽度较大,下表面污秽度相对较小,不同环境下绝缘子表面积污物粒径、成分及含量均存在较大差异。其结论可为水泥污秽区绝缘子积污预警及日常运行维护提供参考。     

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。     

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。     

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。     

高污秽度环境中绝缘子积污特性研究

在宁夏石嘴山高污秽度地区搭建积污站,以垂直悬挂、斜拉悬挂和水平悬挂的方式模拟I串、V串和耐张串悬挂不同伞型的瓷、玻璃和复合绝缘子。经过一定积污期之后,测试绝缘子的等值盐密(ESDD)、灰密(NSDD)、可溶盐离子成分和颗粒度,分析不同悬挂方式、不同材质绝缘子的积污特性。结果表明:在高污秽度环境中绝缘子积污主要受污秽自由沉降的影响,上表面污秽度高于下表面,上下表面积污不均匀程度从大到小的顺序为I串、V串、耐张串,双伞和三伞型绝缘子的污秽度高于钟罩型绝缘子,复合绝缘子的污秽度高于瓷和玻璃绝缘子。绝缘子污秽成分以CaSO4为主,粒径主要分布于0.2～100μm。     

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。     

雾霾影响下直流瓷绝缘子自然积污物的理化性质测定与分析

为了进一步深入认识雾霾环境影响下绝缘子的积污和污闪规律,基于大量采样数据,对雾霾污区线路的积污绝缘子表面污秽的理化性质进行了测定,并分析研究了其盐密、灰密(NSDD)、pH值、粒度和元素碳与有机碳质量之比k等特征。研究结果表明:绝缘子积污物组分与大气雾霾组分在主要离子和元素含量上有较大差异;绝缘子表面污秽中总碳量水平在5%左右,远小于采样地区大气颗粒物中碳含量;水溶性成分中Ca元素、SO_4~(2-)占绝大部分,水不溶成分以SiO_2为主,Al元素和Fe元素受人为污染源影响程度较高;绝缘子上表面水样略呈碱性,下表面和灰样均在中性附近;水样中污秽粒径基本上在10μm左右,灰样粒径普遍较水样偏大,原因可能是由于较干燥的灰样发生了团聚的作用。论文的研究工作可为电网防污工作提供理论指导。     

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。     

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。     

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。     

绝缘子表面自然污秽物性与污染源关系研究

不同污染源影响绝缘子积污量,对污秽的理化性质也有较大影响。文中选取江苏盐城各县市不同污染源附近的6个绝缘子悬挂点,通过取样分析悬挂点绝缘子的等值附盐密度(ESDD)和等值附灰密度(NSDD)及其污秽可溶物、不溶物中阴阳离子体积分数和上、下表面污秽颗粒粒径的变化,研究分析了不同污染源附近绝缘子自然积污规律。结果表明:连续积污两年后,各污染源附近绝缘子下表面的盐密和灰密高于上表面;水泥厂、热电厂、镍厂和工业园区附近绝缘子的污秽度要大于农田公路区和化肥厂,平均灰盐比以水泥厂附近绝缘子3.28为最高,化工园区1.75为最低;不同污染源绝缘子表面污秽物的理化性质存在很大差异。建议外绝缘设计及线路运行维护中充分考虑上述积污特点。     

哈郑线河南段带电绝缘子污秽成分及悬挂高度对积污的影响

为研究特高压线路绝缘子的自然积污状况及不同呼称高度杆塔上绝缘子的积污水平差异,在河南省郑州市境内的±800 k V哈郑直流线路的一基杆塔上,对1片悬挂在负极导线端的绝缘子和4串悬挂于不同高度处的不带电绝缘子进行了半年的自然积污试验。试验结果表明:带电绝缘子表面污秽中的阳离子主要为2aC+和4NH+,阴离子主要为24SO-和3NO-;不可溶成分中2Si O约占80%,也含有少量2 3Al O、2 3Fe O等。工厂烟尘、汽车尾气中的2SO和氮氧化物是绝缘子污秽中24SO-和3NO-的重要来源。利用富集因子法计算得出了污秽中各金属元素的富集程度,发现Ca、Zn、Fe、Mg和Al等元素均受到不同程度的人为污染,其中Ca和Zn元素达到了严重污染的程度。化工厂废液中的2nZ+会通过污染周边土壤间接地影响绝缘子积污。绝缘子表面污秽颗粒粒度集中在10μm左右。同一地区,绝缘子表面自然积污程度随着悬挂高度的增加而逐渐降低。     

±800 kV楚穗特高压直流线路复合绝缘子自然积污特性

为研究特高压直流线路复合绝缘子积污特性以指导线路外绝缘配置,于2013—2014年采集了±800 k V楚穗特高压直流线路复合绝缘子表面污秽,分析其污秽等值盐密等级分布,研究线路整体积污程度,以及直流极性、沿串部位分布等造成的积污差异。数据表明:832个污秽样本中,等值盐密最大值为0.192 9 mg/cm2,最小值为0.000 7 mg/cm~2,76%样本等值盐密0.025 mg/cm~2;相同积污条件下,直流极性不影响复合绝缘子整体积污程度;大部分复合绝缘子表面污秽呈两端重、中间轻的分布规律;大小伞裙交叉布置时,小伞裙等值盐密明显大于大伞裙;54.8%的伞裙上表面污秽盐密值大于或等于下表面,与玻璃或陶瓷绝缘子规律不同。±800 k V楚穗特高压直流线路整体污秽较轻,现有的复合绝缘子配置合理。     

浙江电网架空输电线路绝缘子串的自然积污特性

掌握自然积污绝缘子的积污特性是绘制污秽区域分布图的重要依据。因此,以浙江电网架空输电线路绝缘子串为对象,对自然积污绝缘子的积污特点进行了试验研究。采用数量统计方法分析了上、下表面的等值灰密(NSDD)、等值盐密(ESDD)积污比KNSDD、KESDD以及2者比值KNSDD/ESDD的分布规律,并对不同污染源下绝缘子表面污秽物化学成分进行了分析。结果表明:不同结构型式自然积污绝缘子上、下表面污秽分布的不均匀特性存在差异;自然积污绝缘子KNSDD/ESDD的平均值为4.66,整片绝缘子KNSDD/ESDD平均值的变化趋势与下表面KNSDD/ESDD的变化趋势基本一致;绝缘子表面污秽物中,Ca2+占全部阳离子的摩尔分数最高,SO42-占全部阴离子的摩尔分数最高;同一片绝缘子,上、下表面污秽中各种离子的摩尔分数存在一定差异。建议外绝缘设计及线路运行维护中充分考虑这些积污特点。     

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。     

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。     

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。     

±500kV直流输电线路绝缘子污秽沿串分布特性

为研究绝缘子串沿串积污特性及影响因素,深入进行复合绝缘子的自然积污特性的试验研究。文中对兴安±500 kV直流输电线路沿线具有代表性、典型性的运行绝缘子串制定人工污秽取样方案与实地取样,并对污秽样品进行处理研究,深入分析了不同绝缘子串材质与不同插花型式的绝缘子的污秽沿串的积污特性。研究表明:高压直流输电线路绝缘子串积污受自然落污与电场两方面作用,高压端盐密值要大于低压端;上表面污秽物盐密值不一定小于下表面;不同插花形式中,小伞裙的污秽度最大;合理的设计伞形结构对提高耐污性能有重要作用。研究成果可指导运行部门优化架空输电线路的外绝缘配置、制定运行维护策略。