强风沙尘环境下车顶复合绝缘子风压分布和形变特性研究

高速列车在运行过程中,车顶硅橡胶复合绝缘子伞裙在长期强风沙尘环境下存在撕裂问题。为研究车顶绝缘子在强风沙尘条件下的撕裂原因,伞裙的受力和形变特性,采用流固耦合仿真的方法,计算车顶绝缘子表面的风压分布、探讨风速和来流角度对绝缘子受力和形变特性的影响。结果表明:伞裙上下表面的风压差,形成较大合力作用于伞裙,引起伞裙形变,伞裙表面的风压差越大,伞裙形变越大。伞裙根部会出现应力集中现象。在反复外加力的作用下,伞裙根部的材料寿命明显低于伞裙的其他部位。不同来流角度下,绝缘子伞裙边缘的形变量和伞裙根部的受力明显不同。随着风速从60 m/s到100 m/s的增加,伞裙边缘最大形变量从6.442 8 mm增大到18.561 mm,伞裙根部最大应力从0.180 56 MPa增大到0.496 98 MPa。同时伞裙的结构、直径和倾角显著影响绝缘子的抗风性能。该研究成果为车顶硅橡胶复合绝缘子结构设计与优化提供参考价值。     

强风区复合绝缘子伞裙撕裂研究

复合绝缘子相关技术的研究与进步推动了我国特高压输电线路的建设和发展,对复合绝缘子的制造工艺、材料、试验方法、老化问题、机械性能、脆断、伞裙结构等方面的研究一直是高电压绝缘领域的重点。复合绝缘子的伞裙破坏问题是强风灾害下出现的新问题,无相关研究成果见诸报道,在IEC和国家标准中尚未有针对性的条项。利用风洞试验和模拟仿真,揭示强风时流体与复合绝缘子伞裙作用过程,阐释复合绝缘子伞裙的破坏机制。研究发现,在风速高于35 m/s时,试验使用的复合绝缘子伞裙将发生高频大幅振动,导致伞裙根部发生严重的应力集中,在周期循环载荷作用下,伞裙根部长期处于应力疲劳状态,伞裙根部出现微裂纹,进而扩展为深度裂纹,贯穿伞裙根部最终导致伞裙撕裂问题。     

HTV硅橡胶复合绝缘子伞裙的热老化特性分析

高温硫化（HTV）硅橡胶复合绝缘子作为架空输电线路的重要组成部分,其在长时间的户外运行中出现的异常发热状态会加剧伞裙的老化,严重时会威胁到输电线路的安全运行。通过对HTV硅橡胶复合绝缘伞裙样品进行480 h的人工热空气老化试验,对样品进行邵氏硬度、水接触角、红外光谱、微观形貌及沿面闪络电压等多项性能参数的测量,分析伞裙样品的热老化特性。研究结果表明,长时间的热老化作用,会加剧伞裙的硬化,降低材料的憎水性。随着热老化时间增加,伞裙样品的老化程度增加,沿面闪络电压先增加后减小。     

特高压交流复合绝缘子伞裙结构的优化设计

以750kV超高压交流、1000kV特高压交流输电线路工程为背景,介绍了线路悬式复合绝缘子伞裙结构的优化设计。在对14种不同伞裙结构的复合绝缘子试品进行人工污秽闪络试验的基础上,结合前期得到的对复合绝缘子伞裙积污特性仿真分析计算结果,优化选择了悬式复合绝缘子的伞裙结构,以使它们具有较优的综合性能。人工污秽试验及计算机仿真分析的结果表明,使用优化后的伞裙结构,可使线路悬式复合绝缘子同时具有较高的污闪电压、较优的积污特性以及较好的工程应用经济性。研究结果可为750kV超高压交流、1000kV特高压交流输电工程外绝缘的设计和绝缘子的选型提供理论依据。     

强风区750kV复合绝缘子伞裙破坏机制分析研究

为研究强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障的产生机制,进行了现场故障情况分析、材料疲劳龟裂实验、流固耦合仿真计算以及绝缘子伞裙特殊结构下的断裂问题分析。研究发现经过平均风速高于30m/s强风区的新疆750kV高压输电线路中,复合绝缘子出现大规模伞裙根部断裂故障,最严重的单根绝缘子有效爬距损失达20.4%。研究结果表明:常规绝缘子硅橡胶材料耐疲劳性能较差,在强风中绝缘子伞裙会出现大幅摆动现象,该状况导致伞裙根部承受严重的应力集中问题,长期的循环应力作用使伞裙根部材料出现疲劳裂纹,最终发展为伞裙根部断裂故障。该实验研究结果与现场故障现象吻合度较高,为进一步解决伞裙断裂故障提供了理论基础。     

覆冰地区交流输电线路复合绝缘子伞裙结构的电场分布优化

复合绝缘子在我国20多年的使用表明:与瓷和玻璃绝缘子相比,其防污闪性能优异,但防冰闪性能较差;伞裙结构是影响其冰闪电压的重要因素。基于此,模拟实际输电线路运行中的复合绝缘子覆冰情况,选取数种伞裙结构的35kV和110kV复合绝缘子进行了带运行电压覆冰试验。试验表明,同电压等级、不同伞裙结构的复合绝缘子其冰闪电压差别很大。根据试验数据进行了仿真计算,从电场角度分析了伞裙结构对冰闪电压的影响,计算结果与试验结果比较相符。最后,对该2种电压等级的绝缘子伞裙结构分别进行了优化。仿真分析表明,在相同覆冰条件下,优化后的绝缘子电场特性比优化前有了明显改善。     

输电线路鸟害分析及对策

以沧州电网运行线路的故障数据为依据,介绍了鸟粪引起绝缘子闪络、乌啄损坏合成绝缘子硅橡胶伞裙导致芯棒外露和鸟在杆塔上筑巢造成跳闸等3种鸟害的情况和特点,并针对不同鸟害提出驱防结合的防范措施.     

复合绝缘子在强风下的形变及应力集中程度

输电线路上的复合绝缘子伞裙在强风下会出现形变,形变导致伞裙根部应力集中,长期存在的应力集中会引起伞裙根部疲劳断裂。为研究强风区复合绝缘子仿真计算模型的有效性、形变和应力集中程度随着风速的变化趋势,采用流固耦合的仿真方法,主要探讨了不同风速下形变和应力集中现象及其大小,并通过风洞实验验证。结果表明:复合绝缘子在20 m/s以上强风下存在25 mm以上形变问题,进一步导致伞裙根部出现月牙状应力集中区域,仿真结果与实验结果对应较好;复合绝缘子在20 m/s以上强风下的应力集中随着形变的变大而增加;风速从20 m/s到60 m/s区间不断提高,伞裙的形变从25 mm到83 mm不断变大,伞裙根部的应力从0.12 MPa到0.60MPa不断增大。为了防止伞裙根部应力集中过大而导致的撕裂,就要阻止伞裙产生大的形变。     

基于FTIR的110kV复合绝缘子硅橡胶伞裙老化性能分析

为研究110k V运行复合绝缘子硅橡胶伞裙的老化状态,采用傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectrometer,FTIR)技术对来自同一厂家运行于3个不同地区的9支110k V复合绝缘子硅橡胶伞裙典型基团变化情况进行了研究。对比了不同部位、污区及运行年限硅橡胶伞裙中Si-O-Si主链及Si-CH3侧链反射率差异,结果显示导线侧伞裙、重污秽地区运行伞裙及运行年限较长伞裙的红外反射率较小,表明强电场、重污环境及长运行年限复合绝缘子硅橡胶伞裙老化较严重,硅橡胶伞裙老化状况随运行年限表现出缓慢增长-急剧增加-缓慢变化的趋势;同时运行年限对硅橡胶伞裙老化的作用相对最强,电场强度作用次之,而运行环境作用相对较弱,结合硅橡胶伞裙表面SEM测试结果对硅橡胶伞裙的老化差异进行了理论分析。     

基于流固耦合腕臂复合绝缘子抗风性能研究

强风环境会引起复合绝缘子伞裙发生形变,导致伞裙根部出现严重的应力集中。在周期循环风载荷作用下,伞裙根部长期处于应力疲劳状态并最终导致伞裙撕裂问题。针对上述问题,文中以铁路系统腕臂复合绝缘子为对象,建立腕臂复合绝缘子流固耦合三维仿真计算模型,研究伞裙形变量与伞裙根部应力及不同风速、不同迎风角与绝缘子伞裙形变量的关系。研究结果表明:从整体来看,根部倒角半径对形变的影响是非常小的,非重要抗风结构参数;在同一风速下,迎风角为17°时伞裙形变量最大,迎风角为84°时伞裙形变量最小;随着下倾角的增加,绝缘子伞裙边沿产生最大形变的迎风角逐渐减小;伞裙下倾角增加到7°时,同时伞裙边沿形变从5 mm平稳下降到0.85 mm,伞裙下倾角的增加有效抑制了伞裙边缘形变量的上升,对绝缘子抗风性能具有极其重要的影响。文中根据以上研究结果,优化腕臂复合绝缘子的伞裙结构,提高了绝缘子的抗风性能。     

鸟粪对35 kV一体化防雷绝缘子电场分布影响研究

鸟粪及异物对一体化防雷绝缘子闪络电压影响较大。以实际运行中的配电线路35 kV一体化防雷绝缘子为例,采用有限元仿真计算软件,分别研究了一体化防雷绝缘子在清洁干燥状态下、鸟粪附着伞裙以及长串鸟粪下落共3种情况下的绝缘子电场分布特性。通过仿真计算阐明了鸟粪出现位置、鸟粪干湿程度、鸟粪形成干燥带等因素对一体化防雷绝缘子沿面电场的影响规律。最后,根据仿真计算结果对35 kV一体化防雷绝缘子提出相应的防鸟害措施。     

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.     

110 kV输电线路不挂绝缘子复合材料绝缘横担的研制与应用

随着电网建设的发展,深化纤维增强聚合物（fiber reinforced polymer,FRP）复合材料在输电线路上的应用与研究十分必要。在前期绝缘横担研究的基础上,完成了110 kV不挂绝缘子复合材料绝缘横担的设计和制造工作,并实现安全挂网运行。测试结果证明,该横担改变了传统横担需要悬挂绝缘子的特点,降低了风偏闪络的风险;改善了硅橡胶伞裙绝缘横担不可走人,易受虫鸟侵蚀的缺点;同时又不像瓷绝缘横担那样容易脆裂受损。因此,这种新型复合横担更具研究前景。     

复合绝缘子伞裙根部厚度与倾角大小对场强分布的影响

优化复合绝缘子结构,探讨场强、电位分布均匀性一直以来是一项重要的研究课题,通过ANSYS仿真软件建模,分析了复合绝缘子伞裙根部厚度与倾角大小对场强分布的影响。结果表明：增大复合绝缘子伞裙根部厚度,金具与护套连接处最大场强值、高压端与低压端金具处前3片绝缘子场强数值均随着增大;金具与护套连接处最大场强随着伞裙倾角度数增大而减小,但高压端与低压端金具前几片绝缘子场强数值随着增大,伞裙倾角变化与否对复合绝缘子电位分布值无根本性影响;理论上伞裙根部厚度取值12mm、倾角取值10°较为适宜。     

动车组车顶隔离开关用支柱绝缘子污秽状态下的电场分布特性研究

摘 要：研究污秽状态下支柱绝缘子的电场分布特性对于动车组的安全稳定运行具有重要的意义。本文以FQJG2-30-16-400-M型车顶复合支柱绝缘子为研究对象,进行如下研究：对绝缘子表面进行淋雨试验,同时施加40kV工频电压,靠近金具部分的伞裙首先发生闪络,且出现了干燥带,伞裙边缘形成大粒径的水珠时,容易引发局部放电。利用comsol有限元分析软件在绝缘子靠近金具的伞裙表面设置干燥带和水珠,护套表面存在干燥带时,电场畸变明显,杆径处的干燥带场强最大,上表面干燥带场强大于下表面干燥带场强,干燥带场强最大值随着干燥带数量增加反而减小。绝缘子表面出现水珠时,水珠附近的场强明显增大,越靠近中轴线水珠表面电场强度越大。靠近高压端的水珠的最大电场强度受半径的影响较大,低压端则不明显。     

分体式绝缘子检测机器人的电场分析及测试试验

超、特高压输电线路绝缘子串较长,采用绝缘子检测机器人检测更为方便和有效。但目前的绝缘子检测机器人主要为攀爬方式,体积大、结构复杂,需要进行改进。为此设计了一种适用于悬垂绝缘子串检测的轻便型分体式绝缘子检测机器人,对绝缘子机器人周围的电场分布进行了仿真计算与分析,并进行了220 kV绝缘子串的测试试验,结果表明：所设计的检测机器人本体最大电场强度为1 753 kV/m,不会发生起晕;绝缘子检测机器人的测量电压值小于绝缘子原始电压分布值,可通过补偿修正得到实际的绝缘子电压分布,并进行低、零值绝缘子检测。     

人工盐雾环境下硅橡胶绝缘子泄漏电流的研究

在超声波盐雾发生装置模拟的盐雾环境下,采用高压直流电源测试研究环境相对湿度和盐雾电导率对硅橡胶绝缘子表面泄漏电流的影响,试验结果表明,绝缘子的泄漏电流主要取决于试验环境的相对湿度和盐雾电导率。     

高聚物复合绝缘子紫外老化性能研究

传统高温硫化（HTV）硅橡胶复合绝缘子以其优异的憎水性和憎水迁移性,广泛应用于国内外输电线路上。但随着特高压工程的开展,越来越多的输电线路需要跨越强紫外辐射、强风沙以及鸟啄频发地区,而在这类气候恶劣地区极易造成传统HTV硅橡胶绝缘子外绝缘性能的下降以及材料的损伤。针对这一情况,采用耐紫外线、耐气候性能强,机械性能稳定的高聚物复合绝缘子与传统HTV硅橡胶绝缘子在紫外老化性能方面进行对比,旨在研究高聚物复合绝缘子在西北高原强紫外辐射地区的老化特性。研究结果表明：在短波紫外光（UVC）持续照射下,环氧材料的拉伸强度和硬度均远高于硅橡胶,具有更好的韧性,已达到防鸟啄和耐踩踏的目的,但憎水性相比较于硅橡胶材料仍略有不及,但仍满足户外运行要求。     

复合I型绝缘子的直流鸟粪闪络特性研究

为减少鸟害事故发生,提高线路运行可靠性,有必要对鸟粪闪络特性进行研究。本实验采用了浸渍有鸟粪模拟液的棉布条来模拟鸟粪,以复合I型绝缘子为研究对象,试验模拟研究了在直流电压下,鸟粪从均压环正上方和侧上方下落时,其空间位置对起晕电压、击穿电压和击穿场强的影响。研究表明,当模拟鸟粪与均压环距离增大时,击穿电压升高,击穿场强会随着间隙距离的增大而逐渐降低,接近于棒－棒间隙的击穿电场强度。最后,利用COMSOL有限元仿真软件进行了计算。试验和仿真结果对输电线路的建设和维护有一定的参考价值。     

220kV瓷绝缘子(XP-160)串的空间电场分布特性及其影响因素仿真分析

绝缘子串的电压和电场分布研究对瓷绝缘子的相关设计和运行维护非常重要。笔者根据瓷绝缘子串的实际结构和工作条件,选择有限元数值计算方法建立三维电场仿真模型进行计算分析和总结。仿真结果表明:瓷绝缘子串绝缘子伞下棱对其表面电场影响较大但对绝缘子串空间电场影响较小;避雷线对瓷绝缘子串的表面及空间电场影响甚微;不同塔型、不同相导线及其分裂数、绝缘子串型式及绝缘子型式、绝缘子的表面状态对瓷绝缘子串的周围电场值有一定的影响,在仿真分析时需予于考虑。文中仿真结果可为输电线路的设计及绝缘子在线监测提供一定的借鉴。