110kV线路绝缘子串电压和电场分布的研究

摘要

由于绝缘子的金具与杆塔、导线之间存在杂散电容，导致电压分布严重畸变，局部场强较高，从而易产生电晕、劣化、闪络甚至击穿。因此输电线路绝缘子串的电压和电场分布对绝缘子的相关设计和运行维护非常重要。110kV输电线路分布在不同地理环境、不同气象条件和不同污秽等级地区，采用了不同的塔型和绝缘子串结构（包括绝缘子型号、片数、直线/耐张/跳线，单/双串/V型串）以及不同的导线排列方式，情况较复杂。由于目前国内外对绝缘子串数值计算的研究主要针对单串绝缘子，而对于双串并联以及多种塔型下的绝缘子串的研究比较少，本文主要对三种塔型下（拔梢单杆、门型杆、酒杯型铁塔等）的单串绝缘子和门型杆下的双串绝缘子的电压和电场情况进行研究以及计算结果的对比分析。
　　 本文在总结静电场计算方法的基础上，根据绝缘子串计算模型的特点，选择了ANSYS有限元进行求解。按照绝缘子串的结构和实际工作条件，建立三维模型，计算中考虑了杆塔的具体结构以及导线的影响，用多个子模型的方法分别为杆塔、导线、绝缘子串建立求解区域，对其电压和电场情况进行了计算和总结。计算结果表明不同塔型对绝缘子串的电压和电场影响甚微，靠近导线第一片绝缘子头部内钢帽与瓷件连接处具有最大电场强度，双串绝缘子电压和电场分布随着串间距的减小而趋向于均匀，双串与单串绝缘子相比降低了串两端绝缘子承担电压，增加了中间部分承担电压。比较了计算结果和标准值，并分析了误差产生的原因。结果证明运用三维有限元法计算高压绝缘子串中的特性分布是可行且有效的。论文结果可用于研究110kV线路工频电压下绝缘子串闪络机理，制定符合线路安全运行的安装结构方式，指导绝缘子及其连接金具的结构优化，并对改善电压分布设计均压措施提供一定的指导作用，掌握绝缘子串的电压分布也可以为零值绝缘子的在线检测提供参照依据，另外了解和改善绝缘子的电场分布对了解输电线路的电晕水平、可听噪音水平也是极为重要的。