强风环境下瓷绝缘子的积污特性模拟研究

摘要

绝缘子在电力系统输电线路中起着机械支撑与电气绝缘的作用，其绝缘性能关系着电力系统的安全运行。高压以及超/特高压直、交流输电线路的快速发展对电力系统外绝缘提出了更高的要求，瓷绝缘子由于其特殊的优点被广泛应用于这类输电线路。但强风沙尘天气、环境污染以及雾霾等造成的污闪事故时有发生，对电力系统造成了不可估量的损失。因此，研究瓷绝缘子的积污特性，掌握其在自然条件下的积污规律，以有效减少污闪事故发生，从而保证电力系统和电气设备的安全运行具有十分重要的现实意义。本课题采用数值模拟方法重点对瓷三伞绝缘子的积污特性进行了研究。
　　基于力学理论，对污秽颗粒在绝缘子附近的受力特性及运动行为进行了分析，获得了基于力学平衡和力矩平衡的污秽颗粒动态沉积条件，包括其被风迁离条件；简述了瓷绝缘子在本校风洞条件下的积污试验；基于能量的污秽颗粒沉积判据，从正负荷电比例、表面能、粒径分布三方面对瓷绝缘子积污特性的递进影响进行了数值模拟研究，以期减小风洞条件下模拟结果与试验结果间的误差，获得优化模型并验证其合理性。籍此，采用表面能优化模型研究了强风环境下瓷三伞绝缘子的积污特性，分析了其在实际直、交流110kV高压输电线路中风速、颗粒粒径、电压类型等单因素及多因素耦合作用对其自然积污特性的影响。
　　结果表明：由从正负荷电比例、表面能、粒径分布三方面对风洞条件下瓷绝缘子积污特性的递进影响研究获得了基于能量的沉积判据优化模型；与试验结果比较，其模拟结果平均相对误差分别在上一步基础上依次减小（6.6%、21.5%、6.4%），且其随所施加直流电压的变化趋势更为相似，验证了该优化模型的合理性。应用该优化模型于强风环境下瓷三伞绝缘子，在110kV直、交流电压分别作用时，积污量随粒径增大而增大；随风速增大，前者积污量逐渐减小且渐趋平缓，后者在不同粒径时呈现不同的变化规律，但两者间的积污量差异逐渐减小，并趋于一致；当风速与粒径（u，dp）取值在[(13m/s，15m/s)，(20μm，30μm)]时，积污量沿伞裙呈“U”型分布，且直流电压的作用大于交流电压的作用；否则，“U”型分布逐渐消失。绝缘子表面积污量直交比随风速的增大而减小且渐趋平缓。小风速（9m/s）时，积污直交比随粒径增大而增大；风速为11m/s时，积污直交比随粒径增大先增大后趋于不变；较大风速时（13、15、17、19m/s），随着粒径增大，积污直交比先增大后减小。此外，还获得了绝缘子上下表面的积污特性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 数学模型及受力分析

2.1 流场数学模型及控制方程

2.2 AC/DC数学模型及其控制方程

2.3 颗粒分散模型及其控制方程

2.4 表面能特性及其计算方程

2.5 运动方程及受力分析

2.6 本章小结

第3章 绝缘子动态沉积条件研究

3.1 基于力学平衡的动态沉积条件

3.2 基于力矩平衡的动态沉积条件

3.3 基于能量的沉积判据

3.4 本章小结

第4章 瓷绝缘子积污特性数值模拟优化模型研究

4.1 风洞试验简介

4.2 风洞条件下数值模拟的准备工作

4.3 基于能量的沉积判据优化模型研究

4.4 本章小结

第5章 强风环境下瓷三伞绝缘子积污特性模拟研究

5.1 模型建立及网格划分

5.2 单值性条件设置

5.3 自然积污多物理场模拟结果分析

5.4 自然积污特性模拟结果分析

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附表

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢