水滴降落对列车车顶电场的影响及应对策略

雾、雨环境中高速列车车顶容易发生击穿烧蚀从而引发事故。针对该问题研究了车顶高压端水滴降落对车顶电场分布的影响,提出了高速列车车顶绝缘优化策略。通过对影响车顶电场的有效水滴分析,建立了车顶分层电场模型,讨论了有效水滴及其周围电场分布状况;利用有限元分析方法建立了仿真模型并讨论了列车速度、水滴速度、车顶设计状况对电场的影响。结果表明:接触网上水滴分布一定时,列车速度升高过程中由有效水滴造成的车顶电场畸变存在最大值,当列车速度为10~15 m/s时,车顶电场畸变程度最大;同时电场畸变程度随接触网上水滴分布密度增大而增大;车顶不平时会升高低压侧电场强度,采用平整车顶会降低低压侧电场强度,但会使高压侧电场强度升高;而采用绝缘材料设计较平整的车顶会降低两侧电场强度,从而减少车顶击穿烧蚀,达到优化目的。     

硅橡胶表面附着水珠电场分布与闪络特性研究

淋雨或毛毛雨条件下,水珠的附着状态和分布情况对电场有很大的影响,绝缘材料表面会发生放电。为了研究硅橡胶表面附着水珠后的电场分布与闪络特性,首先通过试验测试硅橡胶表面附着水珠后的闪络特性,然后通过有限元电场仿真进行验证分析。结果表明,沿面闪络电压随着水珠体积的增大而降低,随着硅橡胶憎水性能的下降而逐渐降低;水珠在交变电场作用下会发生形变;水珠、空气和硅橡胶三相界面电场会发生畸变;闪络电压的大小随着水珠长度的增大而降低。     

融冰期110kV覆冰复合绝缘子电场仿真研究

绝缘子的融冰闪络一直是影响电力系统安全运行的一个重要问题,目前国内外对于绝缘子的融冰闪络机理方面的研究还处在一个不断发展的阶段。笔者运用ANSYS12.0有限元仿真软件,建立110 kV覆冰复合绝缘子二维轴对称模型,对绝缘子融冰水膜电导率、水膜厚度以及水膜存在水滴3个因素对电场分布的影响进行仿真分析。结果表明:水膜电导率对于电场分布的影响会随着覆冰长度的增加而增大;水膜厚度的增加会进一步缩短空气间隙,导致冰棱尖端场强增大;水膜末端存在水滴对绝缘子沿面电场分布畸变的影响更大。     

车顶绝缘子表面水珠及降落水滴电场分布及其对闪络特性的影响

绝缘子表面水珠、水膜及降落水滴引起的电场畸变会使电场强度过大从而会引发放电,破坏憎水性,同时对其闪络特性有一定的影响。为此,分析了水滴参数在不同电场旋转角的作用下对水珠表面电场的影响,探究了降落水滴对空间电场及闪络特性的影响。研究结果表明:水珠表面电场畸变特征与原始电场强度方向有关,为优化电场分布可以考虑改变绝缘子空间电场方向,使水珠处于电场旋转角θ较小的电场环境中;染污水滴滴落时空间电场强度增强,高电场强度区域增多,电弧沿着间隙和导电水流发展,可能导致引起高压端直接对车顶击穿;水滴周围电场强度最大值随气流速度的增大而增大,但水滴偏转角会影响闪络路径,因此只有适当的低速气流才会加大绝缘子闪络概率。     

伞裙表面覆水对35 kV支柱绝缘子电场分布的影响

变电站支柱绝缘子长期暴露在空气中易引发闪络故障,进而导致电网发生严重的停电事故。为研究支柱绝缘子伞裙表面覆水对绝缘子附近电场分布的影响,以FZSW-35-6型复合支柱绝缘子为研究对象,采用三维制图软件SolidWorks和有限元仿真软件COMSOL对伞裙表面存在覆水的支柱绝缘子附近的电场分布进行了仿真分析。仿真结果表明:绝缘子伞裙上存在覆水会畸变其附近电场,离散水滴、积水和伞裙边缘悬挂水滴附近的电场强度最大值分别约为764.9 kV/m,420 kV/m,293.6 kV/m。与干燥绝缘子相比,水珠附近电场强度明显增大,电场畸变最严重处为伞裙表面、覆水和空气三者的交界处。研究结果可为变电站支柱绝缘子绝缘设计提供参考。     

沙尘环境中棒——板间隙电场分布仿真及放电特性分析

空气间隙的放电特性是特高压输电线路设计的重要指标,沙尘天气会对空气间隙的放电特性产生影响。为更加深入地研究沙尘条件下空气间隙的放电特性,文中针对弥漫沙尘的棒—板空气间隙的电场分布进行了仿真。仿真考虑了间隙中弥漫沙尘时介质的不均匀性,建立了三维仿真模型,改进了以往改变介质介电常数模拟介质特性变化的方法。根据电场仿真的结果,沙尘分布于间隙中时,沙粒周围电场出现了明显的畸变。沙粒周围电场升高的方向总是指向棒极末端的方向,而在沙粒与棒电极连线的垂直方向上电场降低,该方向的电场值低于周围区域。沙粒的存在只会影响其5倍半径以内区域的电场分布。沙尘质量分数较低时,沙粒对棒电极表面以及距沙粒较远的区域的电场分布所产生的影响很小。     

动车组车顶绝缘子电场分布特性研究

动车组车顶绝缘子作为车顶的主要绝缘设备,其可靠性直接影响动车组的正常运行。文中基于ANSYS有限元软件分析了车顶绝缘子结构对其电场分布的影响,通过分析洁净状态下和水滴附着状态下绝缘子的电位和电场,得到伞裙结构对绝缘子电场分布特性的影响。结果表明,绝缘子顶部大小伞裙结构的不同配合方式会影响绝缘子的电场分布,尤其水滴附着状态下,绝缘子顶部采用大伞裙结构的会增加绝缘子电场强度,随着电场强度的增加,增加了绝缘子顶部发生局部放电的可能性。     

融冰期绝缘子伞间电场动态特性仿真研究

现有试验研究表明，融冰期绝缘子的放电与局部电场强度增大密切相关，而融冰期的水滴动态形变对局部电场的影响尚未研究。为了得到在融冰水滴的动态形变影响下，绝缘子伞间电场随时间和空间变化的动态特性，以复合绝缘子伞裙单元为对象，通过建立流体-电场耦合仿真模型，从水滴的形变长度、破碎以及不同融冰滴水位置等3个方面对伞间电场的影响进行了分析。结果表明：大伞冰棱尖端水滴的形变长度增加将使得伞间电场强度值增加；水滴破碎行为将使得伞间电场强度最大值显著上升，改变间隙电场强度的空间分布，使得最大电场强度的位置发生转移，在间隙距离较小时，可能诱发局部电弧产生；而由于高电导率水膜的屏蔽作用，中小伞裙冰棱尖端发生融冰滴水对间隙电场强度的影响较小。     

110kV劣化瓷质悬式绝缘子空间电场研究

输电线路运行的绝缘子发生劣化时,其周围空间电场相对正常状态会发生局部畸变,因此比较和分析绝缘子劣化前后的电场分布特性,可以识别出劣化绝缘子。文章通过有限元仿真软件建立110 k V瓷质悬式绝缘子的1:1有限元电场仿真模型,得到绝缘子串性能良好时的电场分布参考曲线;通过改变绝缘子串劣化位置和程度,获得劣化状态下绝缘子串的空间电场分布变化曲线。仿真结果表明:绝缘子串劣化区域的轴向电场强度显著降低,其中零值绝缘子比低值绝缘子的下降程度更为突出;另外随着测量距离的增大,劣化绝缘子造成的电场畸变逐渐减弱。在高压实验大厅搭建绝缘子空间电场实验平台,用光学电场传感器测量了绝缘子串在不同情况下的轴向电场并通过"直线归一法"对测量数据进行了处理,试验结果表明:劣化绝缘子附近的轴向电场显著减小,与仿真结果一致。因此,测量空间电场可以实现劣化绝缘子的带电检测。     

±800 kV直流高速开关断口外绝缘特性仿真研究

直流高速开关（high speed switch,HSS）作为多端柔性直流输电系统的关键设备，其可靠性具有重要意义，而断口外绝缘特性是影响HSS安全稳定运行的重要因素。文中采用有限元法针对HSS实际运行工况进行建模仿真，根据断口内绝缘及外绝缘的电场分布获得最恶劣的运行工况，研究该运行工况下HSS断口外绝缘在淋雨与污秽等环境下的电场分布特性，分析有限空间内断口加长提高外绝缘性能的可靠性。研究结果表明：实际运行过程中，HSS一侧隔离开关拒动、一侧通过阀侧接地为最恶劣的运行工况，在该运行工况下，淋雨环境中断口伞裙电场分布均匀，但电场强度整体增加，污秽条件下外绝缘电场分布与干燥条件下相似，但在高压端电场畸变程度显著增加；随着断口长度、外绝缘爬电距离增加，外绝缘电场模值整体下降，断口长度的改变对隔离开关外绝缘性能影响较小。以上研究对HSS断口外绝缘优化设计具有一定参考意义。     

风沙环境下绝缘子闪络特性及机理研究

风沙环境中绝缘子会发生不正常的闪络现象从而严重威胁输电线路运行安全。为了深入理解风沙环境下绝缘子的闪络特性,文中利用实验的手段研究了风速、沙流量以及沙粒直径对绝缘子闪络特性的影响规律。实验结果发现风速对绝缘子闪络电压的影响是非线性的,随着风速的增加,绝缘子闪络电压呈现先升后降的趋势;同时发现增加沙流量和增大沙粒粒径均会降低绝缘子闪络电压。为进一步理解风沙环境下的绝缘子闪络机理,通过理论推导与试验验证相结合的方式证明气流场中绝缘子闪络过程受到气吹效应和低气压效应共同作用;通过仿真分析发现沙流量增加使得绝缘子附近电场畸变加剧,增大沙粒直径使得沙粒周围空间最大电场强度增加,导致电场不均匀度增大并降低了闪络电压。     

10kV交联聚乙烯电缆终端主绝缘含空气气隙缺陷试验

为研究电缆终端主绝缘在含有空气气隙缺陷时对电缆终端电场分布的影响,使用基于有限元法的电场仿真软件,建立了静电场下电缆终端含空气类缺陷模型,并进行了相关的电场仿真计算。结合缺陷宽度不同对电场畸变程度的影响,着重分析了电场畸变最大值的分布规律。该规律显示电缆缺陷的宽度与电场畸变的程度成反比例关系,且最大电场场强值已超过正常的电场场强分布规定值。为验证电场仿真的正确性,采用振荡波电压法进行电缆终端含有空气气隙的相关试验,试验指出空气气隙会引发明显的局部放电现象,继而验证了该类缺陷会引起明显的电场畸变。     

绝缘老化对电缆中间接头界面缺陷处电场分布的影响

为了研究电缆中间接头绝缘老化对交联聚乙烯/硅橡胶复合界面典型缺陷处电场分布的影响,采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了10 kV电缆中间接头仿真模型,计算了绝缘老化前后复合界面存在导电杂质、划痕和水分3种缺陷时的电场分布,并结合仿真结果对电缆本体绝缘中水树枝的生长变化进行分析.结果表明:3种缺陷均会导致复合界面缺陷处发生明显的电场畸变,绝缘老化会造成界面处电场强度增大,同时加大缺陷对电场分布的影响.水树枝引发后末端电场畸变严重,随着水树枝的生长发展,树枝之间相互靠近的区域电场强度减小,但局部电场集中现象依然存在.     

悬浮沙粒对棒形绝缘子电位和电场分布的影响

为研究空气中悬浮沙粒对绝缘子沿面电位和电场分布的影响,基于静电场有限元法建立了棒形瓷绝缘子的仿真模型,应用有限元软件计算分析了绝缘子在不同悬浮沙粒环境下的电位和电场分布。仿真结果表明:绝缘子的几何形状可影响绝缘子的电位和电场分布;空气中悬浮的电中性沙粒可小幅畸变绝缘子沿面电位和电场;悬浮沙粒带上电荷且荷质比相同时,绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度加大,且畸变幅度受悬浮沙粒的粒径、数量、荷质比的大小和极性影响明显;空气中的带电沙粒与电中性沙粒的混合粒子群或正、负极性沙粒混合粒子群对绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度,均小于粒子群中全部沙粒均带上相同荷质比时对绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度。     

湿润复合绝缘子表面的电场分析

为了研究不同湿润条件下复合绝缘子周围的电场分布特性,笔者根据复合绝缘子上下表面不同憎水性等级时的湿润状态,建立了简化的三维计算模型,应用电场有限元计算软件ElecNet计算,比较了不同憎水性等级(水滴的形状参数不同以及分布状态不同)对复合绝缘子表面电场特性的影响,得出:复合绝缘子表面的电场与表面憎水性以及水滴分布状态有关;表面受潮形成的水滴或水带使水滴周围的电场急剧增大;伞裙下表面水滴周围的最大电场强度高于上表面;护套表面水滴对电场的增强程度远高于伞裙表面水滴对电场的增强程度。     

跨高铁架空输电线路空间电场扰动分析

高压线路的空间电场环境变化会带来严重后果:一方面,影响自身稳定运行,降低供电的可靠性;另一方面,带来生态影响,并损伤邻近结构。穿越架空输电线路的高铁速度快、体积大,为研究跨高铁输电线路空间电场扰动的影响,本文采用有限元分析的方法,建立线路-高铁的二维电场模型并仿真分析。结果可见,高铁穿过架空输电线路会使线路下方的工频电场产生畸变,线路正下方畸变程度最大,越靠近高铁畸变越明显;高铁通过线路下方并引起畸变时,线路的对地距离是一个重要的影响因素。因此,跨高铁对架空输电线路的空间电场扰动较大,需引起关注和采取必要措施。     

内部气隙缺陷对车载电缆终端电-热场分布特性的影响研究

车载电缆终端作为高速列车能量传输的重要枢纽,探明气隙缺陷对电缆终端电场、热场分布影响有重要意义。基于电磁场理论和热传导理论,建立了正常电缆终端、含气隙缺陷电缆终端电 热场耦合有限元模型,研究了内部气隙缺陷作用下电场、热场的分布规律。研究发现,正常电缆终端内部存在电场畸变,气隙缺陷的存在会加强电场畸变程度,并使内部电场强度增大;正常电缆终端内部温度从缆芯至伞裙沿径向逐渐降低,伞裙外表面温度接近环境温度,气隙缺陷作用下内部温度分布发生畸变,缺陷及其周围温度较高,表面温升增大。仿真结果为车载电缆终端内部缺陷检测提供了理论支撑,对高速列车安全稳定运行具有工程意义。     

复合绝缘子界面缺陷对电场分布特性影响的仿真研究

复合绝缘子的芯棒与护套粘接界面常常出现缺陷,畸变周围电场,影响绝缘子的电气和机械性能。为了研究不同缺陷形态下的绝缘子电场特性,文中以110 kV复合绝缘子为考察对象,应用有限元分析软件COMSOL搭建了绝缘子三维模型,对电场分布进行了仿真计算,研究了界面出现气隙、水汽等缺陷对局部电场及绝缘子整体轴向电场分布特性的影响。结果表明:气隙处电场强度相比正常情况下显著增大,场强最大值与气隙跨度、厚度正相关,与气隙长度负相关,并基于气隙等效弧柱体模型给出了理论分析,修正了等效圆柱模型的不足;水分渗入能降低气隙场强,但同时严重畸变绝缘子轴向电场;护套受潮增重会使场强线性增加,超过一定程度会引发电晕放电,导致沿面闪络等事故。     

10kV覆冰复合绝缘子电场分布计算

为了研究覆冰对复合绝缘子周围电场和电位分布的影响,以一种10kV复合绝缘子作为仿真模型,通过利用有限元方法,分别在结冰和融冰状态下,计算了不同冰柱长度下复合绝缘子周围电场分布.结果显示:不论是结冰或是融冰状态,覆冰复合绝缘子周围电场最大值几乎不受影响;冰尖处电场强度随冰柱长度增加而增大.相比结冰时的结果,融冰状态时,冰尖处出电场将畸变将更加严重.最后,讨论几种提高覆冰复合绝缘子电气特性的措施.     

500 kV复合绝缘子横向覆冰现象有限元分析

雨凇覆冰严重影响输电线路的安全,绝缘子上的冰棱会导致其电场与电位分布的恶化。为探究绝缘子覆冰横向增长现象对绝缘子沿面电场电位的影响,利用ANSYS仿真软件,建立500 kV复合绝缘子覆冰有限元模型。根据输电线路现场与实验室中绝缘子覆冰出现的冰棱横向增长现象,在仿真模型中改变冰棱长度、角度、位置以及横向竖直冰棱同时出现等情况,对比分析不同工况下各覆冰形态对复合绝缘子电场电位分布的影响。仿真分析表明：雨凇条件下,覆冰横向增长冰棱长度、位置的改变对复合绝缘子沿面电位电场分布的影响较小;随着冰棱铅垂角度减小,复合绝缘子沿面电场电位分布畸变增大,竖直覆冰对复合绝缘子沿面电场电位分布起主要影响。