变电站绝缘子水冲洗喷嘴射流场特性研究

摘要

随着电力系统不断的发展，变电站日益增多。目前环境污染严重，保持带电设备的干净是防止污闪的重要举措。带电水冲洗是主要的清洗方法，具有效率高、可靠性高等特点。水柱是带电水冲洗的主要绝缘体，直接与高压设备相接触。水柱的射流特性对冲洗绝缘特性影响很大。研究水柱的特性，才能获得最佳的水清洗效果和保证作业安全。因此，研究水柱的特性尤为重要。
　　本文以射流水柱为研究对象，利用CFD软件对其射流参数和性能进行研究，分析不同的喷嘴直径、射流压力和射流靶距对射流参数的影响，绝缘子外形、射流角度和风对射流参数的影响，并通过试验验证模拟仿真的正确性。
　　(1)根据水柱的射流特性和变电站需要清洗的绝缘子情况，选择喷嘴参数。根据水压泵站系统原理，设计水清洗泵站系统，并对关键元件进行选型，建立泵站完整的模型。
　　(2)根据喷嘴建立外流场仿真模型，对不同直径喷嘴、不同射流压力和不同射流长度的外流场进行三维度的仿真模拟，分析不同外流场的特性，发现射流水柱的动压平稳段维持在(1800～2000)d之间，得出计算有效清洗距离与对应的打击力的推导公式。分析射流压力、喷嘴直径和射流距离对有效清洗面积的影响，得出有效清洗面积与射流压力和喷嘴直径呈二次元关系，存在有效射流靶距，当射流距离大于射流靶距，有效清洗面积急剧减小。
　　(3)分析不同的绝缘子对射流水柱的影响，得出不同形状的绝缘子对水柱射流特性基本无影响，打击力基本一致。分析不同射流角度对射流参数的影响，得出最佳的射流角度为30°。分析风对射流流场的影响，得出当风力等级超过四级时就应该停止水冲洗作业。
　　(4)通过试验结果与仿真结果的对比来验证仿真模型的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 带电水冲洗技术的发展

1．2．2 水柱的研究

1．3 研究的意义

1．4 研究内容与目标

第2章 水冲洗系统设计

2．1 变电站绝缘子概况

2．2 水冲洗系统原理

2．3 系统参数的设计

2．3．1 喷嘴直径的选择

2．3．2 喷嘴压力的计算

2．3．3 泵的流量计算

2．3．4 泵的压力设计

2．3．5 系统元件的选择

2．4 整体的结构设计

2．5 小结

第3章 外流场射流特性的研究

3．1 Fluent简介

3．2 喷嘴模型的建立

3．2．1 喷嘴的结构

3．2．2 喷嘴的边界条件和网格划分

3．3 数值计算模型

3．3．1 多相流模型的选择

3．3．2 湍流模型

3．4 模拟计算结果分析

3．5 压力对喷嘴外部流场的影响

3．6 喷嘴直径对外部流场的影响

3．7 不同直径喷嘴在不同压力下的仿真结果分析

3．8 射流参数对有效清洗面积的影响

3．9 参数匹配

3．10 小结

第4章 绝缘子清洗研究

4．1 喷嘴计算模型及网格划分

4．1．1 绝缘子模型

4．1．2 计算域模型

4．1．3 流体域模型的网格划分

4．2 数值模拟结果分析

4．3 壁面形状对射流的影响

4．4 不同射流角度对射流的影响

4．5 风对射流的影响

4．6 小结

第5章 试验研究

5．1 试验装置

5．2 同一喷嘴不同压力下打击力的试验研究

5．2．1 试验步骤

5．2．2 仿真结果与试验结果的比较

5．2．3 试验结果分析

5．3 射流距离对打击力影响的试验研究

5．3．1 试验步骤

5．3．2 仿真结果与试验结果的比较

5．3．3 试验结果分析

5．4 误差分析

5．5 小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文