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。     

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。     

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。     

干燥带对变电站支柱绝缘子电场分布的影响研究

变电站支柱绝缘子表面积污严重,在大雾或者毛毛雨天气下,容易形成干燥带降低其绝缘性能导致闪络事故频发。为了研究变电站支柱绝缘子表面干燥带形成的原因以及干燥带对电场分布的影响,采用有限元电流场模块,分析绝缘子表面积污和出现干燥带后电场的变化情况,干燥带最容易出现的区域以及干燥带的位置、尺寸对场强的影响。结果表明,清洁绝缘子与污秽绝缘子沿面电场分布基本一致,污秽对绝缘子电场分布影响不大。附着于绝缘子表面的湿污会在泄漏电流的烘干作用下形成干燥带,柱体间的热作用最大;随着干燥带长度的增加,柱体上干燥带处的场强逐渐减小,而伞裙上下表面干燥带处的场强逐渐增大,最大场强均出现在干燥带端部。当柱体间存在干燥带时,对电场分布的影响最大。     

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。     

染污复合绝缘子电场仿真研究

基于Ansoft Maxwell有限元软件,建立了110 k V复合绝缘子及其染污模型,介绍了清洁绝缘子、污染绝缘子电场分布规律,分析了染污绝缘子存在如位置、数量及电参数等不同形式的干燥带时沿面电场的分布规律。研究结果表明:不论绝缘子出现何种形式的干燥带,接近高压端的干燥带总是具有更高的电场强度;干燥带出现在绝缘子伞裙的上下表面时,干燥带的电场分布规律相同;在一定范围内,干燥带电场强度分布取决于干燥带相对介电常数。     

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。     

基于电场仿真的淋雨状态下大直径复合支柱绝缘子伞裙参数优化

伞裙结构是影响复合支柱绝缘子雨闪电压的重要因素之一,通过伞裙结构优化可以改善绝缘子雨闪特性。为此用正交试验方法选取伞裙参数,利用有限元软件ANSYS对复合支柱绝缘子建模仿真,研究淋雨状态下伞间距、大伞伸出、大小伞伸出差对一大一小伞型绝缘子电场分布的影响,提出伞裙沿面电场、空气间隙电场作为绝缘子伞裙优化判据。结果表明:大伞伸出对沿面场强影响最大,伞间距次之,伞伸出差最小;伞间距对空气间隙场强影响最大,大伞伸出次之,伞伸出差最小。通过与试验研究对比发现以空气间隙电场为判据较为准确,为绝缘子伞裙优化试验选取合适的伞裙参数试品提供参考。     

分离水珠对车顶绝缘子沿面电场影响及相应优化改进措施

针对动车组车顶绝缘子低温、凝露、大雾天气下易引发闪络事故,以受电弓绝缘子为研究对象,建立绝缘子表面水珠简化的平行电极3维计算模型。采用电场旋转角定义水珠的外加电场方向,研究了外加电场下最大电场增强因子与电场旋转角的关系,得到了2者之间的函数关系,以此分析了车顶绝缘子均压环的优化设置参数。研究结果表明:含分离水珠的车顶绝缘子表面电场畸变与外加场强方向有关,最大场强点位于等电位面与水珠的切点处,端切点处电场的畸变比顶切点处更明显;考虑体积为1μL的半球形水珠分布于车顶绝缘子不同位置的电场增强因子变化,优化高压端伞裙表面最大场强的原则,确定了均压环半径R=90 mm、距离高压端高度H=49 mm、截面半径r=20 mm的最佳均压环配置方案。     

干燥带对染污支柱绝缘子电场分布的影响

为分析绝缘子污层表面干燥带的产生对其电场分布的影响,在ANSYS中建立了染污110 kV瓷支柱绝缘子的模型,分析了其在干燥带出现前后电场和电位的变化情况,分析了干燥带容易出现的区域以及干燥带位置、宽度、数量、电阻率对沿面场强的影响.结果表明:柱体较之伞裙更易岗发热而出现干燥带;出现干燥带后其附近电位发生突变,干燥带附近...     

憎水性表面水珠的电场计算及放电研究

用ANSYS有限元分析软件对不均匀电场(针-板电极)中憎水性表面分离水珠的电场进行了计算,比较了无水珠、单个水珠以及多个水珠存在时憎水性表面沿面电场分布的变化情况,计算出水珠存在引起固、液、气三重介质连接点处的畸变,且水珠的存在对强场区电场的畸变作用更显著。同时在实验室中进行了模拟试验,用10000帧/s的高速数字摄影仪对整个放电过程进行了全程捕捉。结果表明,人工布液方式下憎水性表面分离水珠的放电是存在明显熄灭重燃现象并由两端向中间发展并沿水珠顶部贯通的细小电弧连接所致。     

高压输电线路硅橡胶防鸟罩抗风性能及结构优化研究

高压输电线路硅橡胶防鸟罩可有效避免鸟粪滴落引起的绝缘子串闪络故障,但在强风下很可能发生撕裂。为研究不同电压等级输电线路硅橡胶防鸟罩的抗风性能,采用有限元仿真软件ANSYS Workbench对绝缘子周围流场进行仿真分析。设计了一种具有金属骨架结构的新型硅橡胶防鸟罩并仿真分析不同规格尺寸的新型防鸟罩对线路绝缘子附近空间电场的影响。结果表明:随着伞裙直径的增加,硅橡胶防鸟罩所受的风压增加,在伞裙边缘形成的弯矩也相应增大,更易出现大幅度摆动,在大风作用下易发生伞裙撕裂。新型硅橡胶防鸟罩对绝缘子低压端局部场强分布具有改善作用,能满足输电线路防鸟害技术需求。     

混合编程法及其在绝缘子电场和电位分析中的应用

室温硫化硅橡胶防污闪涂料在电力系统外绝缘中有着广泛的应用,有必要分析它对电场和电位分布的影响。分析不同厚度情况下硅橡胶涂层的电阻率和相对介电常数对绝缘子附近最大强场、沿面电场和电位的影响。采用Matlab与ANSYS混合编程的方法实现了绝缘子的自动建模,采用C++Builder(BCB)与ANSYS混合编程的方法实现了自动导出lis文件,节省了工作量和后续处理时间,同时使用Matlab对lis文件处理获得沿面的场强和电位。研究结果表明:瓷支柱绝缘子喷涂硅橡胶后无论是最大场强还是局部细节场强均未见明显变化;随涂层厚度、相对介电常数增加最大场强略有减少,但变化程度非常小,沿面平均场强略有增加;随电阻率的变化最大场强和沿面平均场强基本不变。电阻率、介电常数和厚度正常的取值范围内时硅橡胶涂层对绝缘子及附近电场畸变造成的影响可以忽略。     

Leakage current analysis, FFT calculation and electric field distribution under water droplet on polluted silicon rubber insulator

In this paper, an experimental test results on silicon rubber insulator with voltage of 20 kV have been shown. Artificial aging on insulator has been done using solid layer methods according to IEC60507 standard. Leakage current waveforms during the experimental studies were measured. Normally Fast Fourier transform method used to find the harmonic spectrum in the leakage currents. Three states of analysis are considered. In the first state, it is done with nominal voltage and without arc. In the second state, it is done in the presence of dry band arcing and corona discharge and in the last case, continuous arc is investigated and in each state harmonic analysis is performed. It is observed that in second state the third harmonic components increase rather than in the first state. Artificial aging on insulator has been done using solid layer methods according to IEC60507 standard. Leakage current waveforms during the experimental studies were measured. Eventually, to distinguishing pollution intensity, equivalent salt deposit density calculations are implemented. At the end, finite element method has been investigated for the results of water droplets existing on the surface of silicone rubber materials and electric field distribution along the surface of insulator.     

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.     

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。     

1000kV交流复合绝缘子串电场分布计算及均压环设计

1 000kV复合绝缘子的结构特点导致了其电位分布很不均匀,高压端金具附近的强场区会使绝缘介质和金具表面发生电晕放电,如何设计均压环使绝缘子沿面电场分布得到改善,对输电线路的安全运行具有重要的意义。本文基于ANSYS有限元软件建立1 000kV复合绝缘子的三维模型,计算无均压环时和有均压环时的复合绝缘子沿面电场强度分布和电压分布,具体分析了大小均压环的位置、环径、管径对复合绝缘子沿面电场强度的影响,并确定均压环的最佳位置和结构参数。计算结果表明,有均压环时均压环表面,高压端金具表面及绝缘护套表面的最大场强均可达到要求。     

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     

应用有限元法计算覆冰合成绝缘子电位分布

为研究合成绝缘子的电气特性,应用有限元法计算了具有开域边界的220kV覆冰合成绝缘子的电场和电位分布。通过设置人工截断边界,将开域电场问题转化成有界域电场问题并在人工截断边界上采用渐近边界条件,利用femlab商用软件对覆冰合成绝缘子建模,计算改变冰棱的空气间隙长度及位置后的电场和电位分布,进一步研究冰棱表面水膜对电场和电位分布的影响。研究结果表明,冰棱完全桥接时电场和电位分布变化最大;冰棱在绝缘子伞裙外沿分布的位置不同,对电场和电位分布的影响也不同;水膜的出现使得覆冰合成绝缘子沿面的电场和电位分布进一步发生畸变;与传统瓷、玻璃绝缘子相比,合成绝缘子具有重量轻、强度高、耐污性能高、运行维护方便等特点。