一种确定自然积污站绝缘子悬挂位置的方法及考核场

摘要

本发明公开了一种确定自然积污站绝缘子悬挂位置的方法及考核场，所述方法包括：获得第一绝缘子与第二绝缘子之间的第一间距范围，当所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的间距在所述第一间距范围内时，所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的电场分布互不影响；获得所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的第二间距范围，当所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的间距在所述第二间距范围内时，所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的流场积污互不影响；根据所述第一间距范围和所述第二间距范围确定所述第一绝缘子和所述第二绝缘子的悬挂位置。本发明能够提高自然积污站所得到的积污特性数据的有效性。

说明书

技术领域

本发明涉及电力技术，尤其涉及一种确定自然积污站绝缘子悬挂位置的方 法及考核场。

背景技术

电力系统中，架空输电线路由于其分布广泛，常面临各种复杂的地理环境 和气候环境的影响。如，在雾、露、毛毛雨、融冰、融雪等气象条件的作用下， 输电线路绝缘子表面上沉积污秽，使绝缘子的电气强度大大降低，从而使得输 电线路在运行电压下发生污秽闪络事故即污闪问题，导致输电线路无法安全可 靠的运行。其中，直流系统的污闪问题尤为突出。

为了解决污闪问题对直流系统安全运行的威胁，目前主要通过对污秽区直 流绝缘子的积污特性进行研究，并对其表面积污程度进行预测，并在达到污闪 前进行报警，以达提前采取措施避免污闪问题产生的目的。

其中，对直流绝缘子的积污特性进行研究，主要通过自然积污站来模拟绝 缘子在实际运行环境中的积污特性，以为工程设计、产品选型和人工污秽试验 提供实际有效的数据和依据。

图1是现有的绝缘子自然积污站考核场的结构示意图。如图1所示，该绝 缘子自然积污站考核场包括变压器1、分压器2、支柱绝缘子3和由门型杆塔4-10 组合成的构架。由门型杆塔4-10组合成的构架由门型杆塔构成的两个长方体拼 合而成，其顶面为“日”字型。其中平行的三个门型杆塔8-10为带电考核架构， 用于进行绝缘子带电积污试验；其余四个门型杆塔4-7为不带电考核架构，用 于进行绝缘子不带电积污试验。现有技术通过在构架上悬挂多形式的绝缘子， 并通过调节绝缘子串长，进行V串夹角的调整，通电后能够进行1000kV及以下 电压等级的绝缘子带电或不带电积污特性的试验研究。

但是，现有的绝缘子自然积污站考核场中绝缘子悬挂间距和悬挂高度可任 意设定，影响了自然积污站所得到的积污特性数据的有效性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种确定自然积污站绝缘子悬挂位置的方法及考核 场，以提高自然积污站所得到的积污特性数据的有效性。

本发明提供了一种确定自然积污站绝缘子悬挂位置的方法，所述方法包括：

获得第一绝缘子与第二绝缘子之间的第一间距范围，当所述第一绝缘子与 所述第二绝缘子的间距在所述第一间距范围内时，所述第一绝缘子与所述第二 绝缘子的电场分布互不影响；

获得所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的第二间距范围，当所述第一 绝缘子与所述第二绝缘子的间距在所述第二间距范围内时，所述第一绝缘子与 所述第二绝缘子的流场积污互不影响；

根据所述第一间距范围和所述第二间距范围确定所述第一绝缘子和所述第 二绝缘子的悬挂位置。

可选的，所述获得第一绝缘子与第二绝缘子之间的第一间距范围，包括：

获取所述第一绝缘子在所述第二绝缘子所在的位置上产生的电场值；

当所述电场值小于预设的最小电场值时，将所述第一绝缘子与所述第二绝 缘子之间的距离作为所述第一间距范围的最小值。

可选的，所述获得所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的第二间距范围， 包括：

分别获取所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的碰撞量；

根据公式k=q₂/q₁以及获取的所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的碰撞量， 获得所述第二间距范围，其中，k表示所述第二绝缘子与所述第一绝缘子的碰撞 量的比值，q₁表示所述第一绝缘子的碰撞量，q₂表示所述第二绝缘子的碰撞量。

可选的，所述根据公式k=q₂/q₁以及获取的所述第一绝缘子与所述第二绝缘 子的碰撞量，获得所述第二间距范围，包括：

当k-1的绝对值小于或等于预设的阈值时，则将所述第一绝缘子与所述第 二绝缘子之间的距离作为所述第二间距范围的最小值。

可选的，所述根据所述第一间距范围和所述第二间距范围确定所述第一绝 缘子和所述第二绝缘子的悬挂位置，包括：

按照所述第一间距范围和所述第二间距范围的交集确定所述第一绝缘子与 所述第二绝缘子之间的距离；

根据确定的所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的距离，确定所述第一 绝缘子与所述第二绝缘子的悬挂位置。

对应地，本发明还提供了一种自然积污站考核场，所述自然积污站考核场 包括变压器、与所述变压器连接的分压器、绝缘子和由门型杆塔组合成的构架， 绝缘子上端设有架杆，用于支撑与所述分压器连接的电缆；在绝缘子上方，设 有由门型杆塔组合成的构架，所述绝缘子有多个，任意相邻两个所述绝缘子之 间的距离在预设的间距范围内；任意相邻两个所述绝缘子之间的距离在预设的 间距范围内时，任意相邻所述绝缘子之间的电场分布互不影响，并且任意相邻 所述绝缘子之间的流场积污互不影响。

可选的，所述预设的间距范围为：大于等于2000mm。

本发明提供的一种确定自然积污站绝缘子悬挂位置的方法及考核场，通过 确定使绝缘子之间电场分布互不影响的第一间距范围和流场积污互不影响的第 二间距范围，得到使绝缘子的电场和积污都互不影响的绝缘子间距，进而确定 自然积污站绝缘子悬挂位置，能够消除绝缘子之间的电场和积污对自然积污站 的影响，从而使采用本发明实施例得到的自然积污站的模拟运行环境与实际运 行环境条件更契合，提高了积污特性数据的有效性。

附图说明

图1是现有的绝缘子自然积污站考核场的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的确定自然积污站绝缘子悬挂位置的方法的实现 流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚， 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所 描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说 明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

图2是本发明实施例提供的确定自然积污站绝缘子悬挂位置的方法的实现 流程图。如图2所示，本发明实施例提供的方法包括：

步骤201，获得第一绝缘子与第二绝缘子之间的第一间距范围。

其中，当所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的间距在所述第一间距范围内 时，所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的电场分布互不影响。

例如，所述获得第一绝缘子与第二绝缘子之间的第一间距范围可以包括： 获取所述第一绝缘子在所述第二绝缘子所在的位置上产生的电场值；当所述电 场值小于预设的最小电场值时，将所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的距 离作为所述第一间距范围的最小值。

具体的，以上过程可以通过计算仿真来实现。通过计算机仿真将所述第二 绝缘子所在的位置选为考察路径，所述考察路径与所述第一绝缘子相平行，通 过比较所述第一绝缘子和所述第二绝缘子不同距离时考察路径上的电场分布来 决定所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的距离为多大时所述第一绝缘子和所述 第二绝缘子的电场分布互不影响。进一步的，通过仿真结果可得，所述第一绝 缘子和所述第二绝缘子的距离越大，所述第一绝缘子和所述第二绝缘子的电场 分布影响越小，当所述第二绝缘子位置（即所述考察路径）上的电场分布小于 预设的最小电场值时，则将所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的距离作为 所述第一间距范围的最小值，其中，所述预设的最小电场值可以是一个很小的 电场值，例如0-0.2kV/cm之间的电场值。

另外，通过计算机仿真可以得到所述第一绝缘子和所述第二绝缘子的离地 高度对所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的电场分布无影响，在选择所述第一 绝缘子和所述第二绝缘子的离地高度时，选择能够保证供电高压线不会碰到地 面的最低高度。

步骤202，获得所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的第二间距范围。

其中，当所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的间距在所述第二间距范围内 时，所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的流场积污互不影响。

例如，所述获得所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的第二间距范围可 以包括：分别获取所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的碰撞量；根据公式k=q₂/q₁以及获取的所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的碰撞量，获得所述第二间距范 围，其中，k表示所述第二绝缘子与所述第一绝缘子的碰撞量的比值，q₁表示所 述第一绝缘子的碰撞量，q₂表示所述第二绝缘子的碰撞量。进一步的，所述根 据公式k=q₂/q₁以及获取的所述第一绝缘子与所述第二绝缘子的碰撞量，获得所 述第二间距范围可以包括：当k-1的绝对值小于或等于预设的阈值时，则将所 述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的距离作为所述第二间距范围的最小值。

具体的，以上过程可以通过计算流体仿真来实现。例如，通过计算机流体 仿真以两个相同的圆柱体来代替所述第一绝缘子和所述第二绝缘子，所述第一 绝缘子在上风口位置，所述第二绝缘子在下风口位置，流体方向垂直于圆柱的 轴向，根据自然积污站当地的风速设定流体的速度，进一步的，在fluent软件 中使用k-ε模型进行所述第一绝缘子和所述第二绝缘子的不同距离对流场分布 的仿真计算，进一步的，根据仿真结果可知，随着所述第一绝缘子和所述第二 绝缘子之间的距离的增大，所述第一绝缘子对所述第二绝缘子的流场影响逐渐 减弱，进而所述第一绝缘子对所述第二绝缘子的流场积污影响逐渐减弱，进一 步的，在fluent软件中使用离散型模型，分别获取所述第一绝缘子与所述第二 绝缘子的碰撞量，根据公式k=q₂/q₁以及获取的所述第一绝缘子与所述第二绝缘 子的碰撞量，获得所述第二绝缘子与所述第一绝缘子的碰撞量的比值，进而确 定当k-1的绝对值小于或等于预设的阈值时，所述第一绝缘子与所述第二绝缘 子之间的距离为所述第二间距范围的最小值，所述预设的阈值可以是一个十分 接近0的正数。

步骤203，根据所述第一间距范围和所述第二间距范围确定所述第一绝缘子 和所述第二绝缘子的悬挂位置。

例如，所述根据所述第一间距范围和所述第二间距范围确定所述第一绝缘 子和所述第二绝缘子的悬挂位置可以包括：按照所述第一间距范围和所述第二 间距范围的交集确定所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的距离；根据确定 的所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的距离，确定所述第一绝缘子与所述 第二绝缘子的悬挂位置。

进一步的，根据确定所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的距离，再结 合现有的场地因素、试品数量以及悬挂方式等因素，确定自然积污站绝缘子悬 挂位置，从而使自然积污站的模拟运行环境与实际运行环境条件更契合。

示例性的，可预设所述第一绝缘子在所述第二绝缘子所在的位置上产生的 电场值的最小电场值为0.2kV/cm，通过计算机仿真得到当所述第一绝缘子和所 述第二绝缘子之间的距离为500mm时，所述第一绝缘子在所述第二绝缘子所在 的位置上的电场值小于0.2kV/cm，此时所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间 的距离500mm作为所述第一间距范围的最小值，则所述第一间距范围为大于等 于500mm。另外，可选择所述第一绝缘子和所述第二绝缘子的离地高度范围为大 于等于2000mm，可保证供电高压线不会碰到地面。

通过计算机流体仿真以两个相同的直径为340mm的圆柱体来代替所述第一 绝缘子和所述第二绝缘子，所述第一绝缘子在上风口位置，所述第二绝缘子在 下风口位置，流体方向垂直于圆柱的轴向，设流体的速度为2m/s，进一步的， 在fluent软件中使用k-ε模型，分别取所述第一绝缘子和所述第二绝缘子之间 的距离为500mm、800mm、1300mm、2000mm、2500mm、3000mm时进行所述第一绝 缘子和所述第二绝缘子的不同距离对流场分布影响的仿真计算，进一步的，根 据仿真结果可知，随着所述第一绝缘子和所述第二绝缘子之间的距离的增大， 所述第一绝缘子对所述第二绝缘子的流场影响逐渐减弱，进而所述第一绝缘子 对所述第二绝缘子的流场积污影响逐渐减弱，进一步的，在fluent软件中使用 离散型模型，仿真所用污秽颗粒是密度为2800g/cm³的绝对球形的碳酸钙颗粒， 该污秽颗粒的粒径为1-50um，且分布服从F(d)＝1-exp（-（d/15）^1.2)函数，其 中，d表示污秽颗粒的粒径，进一步的，分别获取所述第一绝缘子与所述第二绝 缘子的碰撞量，并根据公式k=q₂/q₁获得所述第二绝缘子与所述第一绝缘子的碰 撞量的比值，根据流体仿真的结果知所述第一绝缘子和所述第二绝缘子之间的 距离达到2000mm时，k-1的绝对值十分接近于0，且随着所述第一绝缘子和所 述第二绝缘子之间的距离的增大进一步接近于0，进而确定所述第一绝缘子和所 述第二绝缘子之间的距离2000mm为所述第二间距范围的最小值，则所述第二间 距范围为大于等于2000mm。

综上，确定所述第一间距范围和所述第二间距范围交集为大于等于2000mm， 所述第一绝缘子和所述第二绝缘子之间的距离从大于等于2000mm的间距范围中 确定，进一步的，根据确定所述第一绝缘子与所述第二绝缘子之间的距离，再 结合现有的场地因素、试品数量以及悬挂方式等因素，确定自然积污站绝缘子 悬挂位置。

本领域的技术人员可以知道，以上方法不仅对两个绝缘子的情况适用，对 多个平行分布的绝缘子也同样适用。

本实施例提供的确定自然积污站绝缘子悬挂位置的方法，通过确定使绝缘 子之间电场分布互不影响的第一间距范围和流场积污互不影响的第二间距范围， 得到使绝缘子的电场和积污都互不影响的绝缘子间距，进而确定自然积污站绝 缘子悬挂位置，能够消除绝缘子之间的电场和积污对自然积污站的影响，从而 使采用本发明实施例得到的自然积污站的模拟运行环境与实际运行环境条件更 契合，提高了积污特性数据的有效性。

本发明实施例还提供了一种自然积污站考核场，包括变压器、与所述变压 器连接的分压器、绝缘子和由门型杆塔组合成的构架，绝缘子上端设有架杆， 用于支撑与所述分压器连接的电缆；在绝缘子上方，设有由门型杆塔组合成的 构架，所述绝缘子有多个，任意相邻两个所述绝缘子之间的距离在预设的间距 范围内；任意相邻两个所述绝缘子之间的距离在预设的间距范围内时，任意相 邻所述绝缘子之间的电场分布互不影响，并且任意相邻所述绝缘子之间的流场 积污互不影响。

其中，所述预设的间距范围可以为：大于等于2000mm。例如直径为340mm 的绝缘子，任意相邻两个所述绝缘子之间的距离在大于等于2000mm的间距范围 内时，任意相邻所述绝缘子之间的电场分布互不影响，并且任意相邻所述绝缘 子之间的流场积污互不影响。

本发明实施例提供的自然积污站考核场，能够克服现有技术的自然积污站 考核场中绝缘子之间的电场分布和积污存在影响的不足，能够使模拟运行环境 与实际运行环境条件更契合，积污特性数据更有效。

注意，上述内容仅为本发明的较佳实施例。本领域技术人员会理解，本发 明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的 变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实 施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在 不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本发明的范 围由所附的权利要求范围决定。