覆冰地區(qū)交流復(fù)合絕緣子傘形結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、復(fù)合絕緣子因其重量輕、強度高、耐污性能好、運行維護方便等優(yōu)點而在高壓輸電系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛，但無論是模擬試驗結(jié)果還是運行經(jīng)驗均表明，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子的防冰閃性能并不優(yōu)于瓷和玻璃絕緣子串。雖然國內(nèi)外學者針對復(fù)合絕緣子的覆冰規(guī)律和冰閃特性開展了大量的研究，但由于對覆冰復(fù)合絕緣子放電過程、放電路徑和冰閃模型等缺乏系統(tǒng)的研究，目前尚未見有冰閃理論支撐的傘形優(yōu)化設(shè)計方案。因此，從覆冰試驗和冰閃理論相結(jié)合的角度對不同傘形覆冰復(fù)合絕緣子進行綜合研

2、究并提出具體的傘形優(yōu)化設(shè)計準則，對提高覆冰地區(qū)復(fù)合絕緣子的電氣性能、減少電網(wǎng)冰災(zāi)具有重要的學術(shù)意義和工程實用價值。
　　論文首先對不同傘形復(fù)合絕緣子在帶電與不帶電覆冰、不同覆冰程度和不同均壓環(huán)布置方式下的覆冰及閃絡(luò)特性開展了系統(tǒng)地試驗研究，然后仿真計算了覆冰復(fù)合絕緣子電弧出現(xiàn)前后的電位和電場分布，建立了復(fù)合絕緣子“多電弧-多冰帶”冰閃數(shù)學模型，在此基礎(chǔ)上得出了具有優(yōu)良冰閃性能的復(fù)合絕緣子傘形參數(shù)規(guī)律，并優(yōu)化設(shè)計了適用于不同冰區(qū)的復(fù)

3、合絕緣子傘形結(jié)構(gòu)。論文的主要工作及取得的成果如下：
　?、偻ㄟ^對五種220 kV復(fù)合絕緣子的覆冰閃絡(luò)試驗，研究了均壓環(huán)安裝位置、均壓環(huán)尺寸和結(jié)構(gòu)對其覆冰和閃絡(luò)特性的影響規(guī)律，分析了傘形結(jié)構(gòu)和均壓環(huán)對復(fù)合絕緣子冰閃電壓的影響差異。結(jié)果表明，當高壓端安裝均壓環(huán)時，覆冰程度對絕緣子冰閃電壓的影響較為明顯；而當不同均壓環(huán)安裝在高壓端時，最低冰閃電壓受覆冰水電導(dǎo)率的影響程度隨環(huán)徑的增大和抬高距的減小而逐漸減弱，與管徑和結(jié)構(gòu)的關(guān)系不明顯；雖然

4、均壓環(huán)和傘形結(jié)構(gòu)都會影響復(fù)合絕緣子的冰閃特性，但影響規(guī)律可相互獨立，且總體而言，傘形結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計對冰閃性能的改善效果更加明顯。
　　②在多功能人工氣候室對12種220 kV復(fù)合絕緣子開展了不同覆冰程度的帶電和不帶電覆冰及閃絡(luò)試驗研究，深入分析了各種傘形結(jié)構(gòu)參數(shù)對覆冰特性及交流冰閃電壓的影響規(guī)律。結(jié)果表明，傘徑較大時，傘裙冰棱長度和直徑、傘面冰厚和冰重均較大，而傘間距較大時，冰棱長度和傘面冰厚較大但冰棱直徑卻相對較小，綜合來看，更

5、大的k2(傘間距與傘伸出之比)有利于延緩冰棱的橋接和促進傘面冰層的生長；影響冰閃電壓的覆冰厚度特征指數(shù)c隨k1(傘伸出比)的減小和k3(爬距與間距之比)的增大而逐漸減小、隨k2的增大呈先增加后減小的關(guān)系、與爬電系數(shù)(C.F.系數(shù))的關(guān)系不明顯，同時超大傘裙的間插位置對c值也有一定的影響。
　?、鄄捎酶咚贁z像機拍攝了不同傘形覆冰復(fù)合絕緣子閃絡(luò)電弧發(fā)展過程及延伸路徑，定性探討了融冰水電導(dǎo)率和冰棱空氣間隙電弧長度與閃絡(luò)電壓之間的關(guān)系。結(jié)

6、果表明，不同覆冰復(fù)合絕緣子閃絡(luò)時氣隙電弧和冰面電弧比例的不同以及剩余冰層電阻之間的差異是導(dǎo)致其具有不同冰閃電壓的主要因素；相對于冰表面水膜電導(dǎo)率的變化，空氣間隙長度的改變對冰閃特性的影響更加顯著。
　?、芾?COMSOL有限元軟件，結(jié)合試驗得到的覆冰規(guī)律，仿真計算了不同傘形結(jié)構(gòu)覆冰復(fù)合絕緣子在電弧出現(xiàn)前后的電位和電場分布特性，包括均壓環(huán)布置方式、覆冰程度、傘形結(jié)構(gòu)、空氣間隙、水膜電導(dǎo)率、出現(xiàn)局部電弧等因素的影響，結(jié)合實際覆冰閃絡(luò)

7、現(xiàn)象，綜合判斷了閃絡(luò)電弧的發(fā)展路徑。
　?、菰诳紤]冰棱電阻和冰層電阻的區(qū)別以及空氣間隙電弧和冰面電弧的差異基礎(chǔ)上，結(jié)合閃絡(luò)電弧延伸路徑，建立了覆冰復(fù)合絕緣子“多電弧-多冰帶”放電數(shù)學模型，定性分析了傘形結(jié)構(gòu)參數(shù)和覆冰程度與冰閃電壓的關(guān)系，計算了不同覆冰條件下復(fù)合絕緣子的臨界閃絡(luò)電壓，研究表明模型計算結(jié)果與試驗值吻合較好，誤差基本不超過10％。
　?、薷鶕?jù)前述大量研究結(jié)果，提取了影響覆冰復(fù)合絕緣子冰閃電壓的關(guān)鍵傘形特征參數(shù)—最