基于有限元的隔离开关静触头均压环设计

为解决由结构原因导致的隔离开关钳夹式静触头电晕问题,本文以550kV高压隔离开关为例,通过有限元计算电场分布,进而针对高场强区域提出安装小均压盘和安装大均压环2种防电晕方案,并进一步利用有限元计算比较不同几何参数下2种方案的优劣性。计算结果表明,在550kV电压等级下,均压环防电晕结构屏蔽效果更好,无线电干扰试验结果验证了该结论,为隔离开关静触头防电晕结构设计提供了依据与方法。

换流站滤波器场750 kV避雷器均压环对直流泄漏电流影响

针对祁连换流站滤波器场750 kV氧化锌避雷器第一节0.75U1mA下测量泄漏电流时,在现场停电检修条件的限制下,顶部均压环不具备拆卸条件,导致受均压环影响,空间离散电流较大,从而影响试验结果的问题,提出利用屏蔽罩消除均压环影响的方法,总结了几种常见的避雷器泄漏电流试验影响因素。

220kV复合绝缘子均压环类型及结构对其电场分布的影响

以220 kV棒形悬式复合绝缘子为例,采用COMSOL Multiphysics软件以1/4杆塔模型进行220 kV线路复合绝缘子的仿真计算,研究不同类型、不同结构均压环对复合绝缘子电场分布的影响。结果表明:半圆形均压环均匀电场的效果稍弱于管状均压环,防鸟均压环的均压效果与低压端安装的管状均压环基本一致。复合绝缘子沿面电场强度随着高压端或两端均压环管径的增大而减小,且降幅逐渐减小;当高压端均压环直径增大时,复合绝缘子的沿面电场强度呈现先减小后增大的趋势。当两端均压环直径增大时,高压端沿面电场强度先减小后增大最后又减小,低压端沿面电场强度则一直增大。增大高压端均压环罩入深度会提升复合绝缘子中部的沿面电场,同时导致连接端电场增大,不利于复合绝缘子的安全运行。

强风环境中均压环结构应力应变场分布模拟

采用有限元模拟方法对强风环境中的均压环结构的应力应变分布进行了深入研究,揭示了实际应用的均压环中的结构缺陷,同时采用控制变量法建立了两组对比模型,研究了均压环结构中的焊接接头连接形式和下支撑杆数量对均压环应力应变分布的影响,为均压环结构的进一步优化提供了方向。结果表明:均压环的下支撑杆与中环连接处应力集中最严重,是整个结构最易失效的部位;对于支撑杆与均压环的连接形式,锥形接口引起的应力集中程度最小,比当前使用的扁平接头更安全;当下支撑杆数量由3个增加到5个时,整体结构在强风下的最大应力值由39.0 MPa下降到26.4 MPa,最大位移量由2.11 mm下降到1.44 mm,都显著降低,表明此方法可以高效地缓解应力集中现象,同时还可以提高整个均压环结构的刚性。

基于防鸟的架空输电线路复合绝缘子均压环多因素选型研究

110 kV架空输电线路多采用复合绝缘子进行绝缘支撑,为均匀复合绝缘子表面电场,会在其高压侧或低压侧安装均压环。不同型式、不同安装方式的均压环对复合绝缘子表面电场的影响不同。为获得以降低鸟粪闪络概率为目标的复合绝缘子均压环最优参数组合及安装策略,通过搭建三维仿真模型及真型试验平台,采用仿真和试验方法开展110 kV架空输电线路复合绝缘子均压环多因素选型研究。结果可为110 kV架空输电线路复合绝缘子均压环的安装、运维提供依据。

机车车辆用绝缘子均压环形式对绝缘性能影响研究

由于高压隔离开关金具处电场分布不均匀,电晕放电起始电压较低,进而导致整体的耐压性能降低。均压环是改善复合绝缘子电场分布直接而有效的方式,不同的均压环形式会对耐压性能和电晕放电起始电压有影响。通过有限元仿真计算不同形式的均压环对绝缘子电场强度的改善效果,并通过试验验证确定最终方案。

输电线路均压环安装工艺检测方法

加装均压环是改善复合绝缘子电场分布的有效措施。复合绝缘子均压环还有引弧、防止金具电晕、降低芯棒端部场强等作用。面对海量的复合绝缘子均压环安装工艺的排查,现有人工排查的方式已不能满足要求。随着无人机精细化巡检技术和图像识别技术的发展,利用无人机机巡图像结合深度学习目标检测方法,可实现架空输电线路复合绝缘子均压环安装工艺检测,对海量复合绝缘子均压环安装工艺进行排查。

特高压复合绝缘子电场计算及基于神经网络遗传算法的均压环结构优化设计

为了满足超/特高压大容量输电技术的发展需求,研究复合绝缘子的电场分布,寻找合理的电场优化措施已成为影响输电线路安全运行的关键因素。利用有限元法(FEM)建立了工程实际应用情况下特高压(UHV)交流输电线路复合绝缘子的单串、双串和V串电场计算模型,在考虑横担、分裂导线和均压环及其金具连接情况下,对复合绝缘子的电位和沿面电场分布进行了计算。针对特高压复合绝缘子电位分布极不均匀,且最大沿面电场强度大大超过电晕起始场强的情况,分析了不同的均压环配合方式对复合绝缘子沿面电场分布的影响。针对单串绝缘子下的计算结果,引入神经网络遗传算法(BP-GA),对均压环的结构参数进行了优化设计,利用BP神经网络的高度非线性映射能力直接计算遗传算法的适应度函数值,解决了穷举法计算时间冗长的问题。计算结果表明:加装均压环能够大大降低最大沿面电场强度,明显改善复合绝缘子沿面电位和电场的分布;通过遗传算法优化后的均压环结构参数,能使均压环表面场强和绝缘子沿面场强均小于电晕起始场强,为特高压绝缘子均压环的选取提供了一种可靠、实用的设计方法,可为我国特高压输电线路外绝缘优化设计提供新的参考。

1000kV交流复合绝缘子均压环参数设计

为了将1000kV交流特高压输电线路复合绝缘子沿面电场分布控制在合理的范围内,根据复合绝缘子的特点,采用场域分解的方法将三维无界场域分解成有界子区域,选择使用有限元法进行1000kV交流输电线路复合绝缘子串沿面电位、电场分布计算及均压环参数优化设计。应用ANSOFT软件建立1000kV交流线路带杆塔、导线的全三维模型,研究了均压环的管径、环径和抬高距离对绝缘子电场分布影响的规律,从控制电场强度的角度出发得到了均压环结构参数的配置方案。三维计算结果表明,安装了均压环后,复合绝缘子护套、金具、均压环表面最大电场强度均可以满足要求,绝缘子沿面电位分布的均匀性也得到了提高。金具可见电晕和无线电干扰试验的结果表明,高压端金具和均压环的起晕电压、无线电干扰均符合国家标准要求。

±800kV特高压直流线路均压环优化研究(英文)

采用三维有限元方法对±800kV特高压直流输电线路绝缘子串进行电场计算,比较不同外径、不同管径、不同安装位置的均压环对绝缘子串的电压分布和电场分布特性的影响,给出均压环合理结构尺寸和安装位置。然后通过球隙法测量±800kV特高压直流输电工程绝缘子串的电压分布,试验结果与有限元计算结果一致。该文的研究成果对指导±800kV特高压直流输电工程均压环的优化配置具有重要意义。

特高压直流复合支柱绝缘子均压环的优化设计

均压环是改善复合绝缘子电位分布和电场分布直接而有效的方式,在特高压输电系统中极其重要。为此,对特高压直流复合支柱绝缘子的电位分布和电场分布进行了计算,引入了大均压环表面、护套沿面、高压端金具表面和小均压环表面等处的最大电场强度作为优化参考量,并探讨了各均压环参数和各优化参考量间的联系,分析了大小均压环各参数优化的相互影响,拟定了大小均压环各结构参数的优化顺序,提出了特高压直流复合支柱绝缘子均压环优化方法。并以±1 100 kV直流空心复合支柱绝缘子和±800 kV直流实心复合支柱绝缘子为例,建立了电场计算模型,对其均压环进行了优化设计。改进后的优化方法能够较快、有效地找到满足条件的优化方案。

均压环改善绝缘子串电压分布研究

绝缘子电场强度分布不均和绝缘子串电压分布不均是绝缘子污闪电压低的重要因素。为此,提出了在绝缘子铁帽上增加均匀环的办法以提高绝缘子串闪络电压。均压环可使单个绝缘子瓷表面电场方向更垂直于绝缘子表面,改善其电位分布,抑制带电粒子迁移与发展,降低泄漏电流,从而提高闪络电压;均压环也可改善长串绝缘子极不均匀的“U”型电压分布,提高绝缘子串防污性能。仿真与实验室试验数据表明:均压环可提高单个绝缘子的污闪电压达40%,可降低串中绝缘子最大电压差比例和平滑绝缘子串电压曲线;均压环最佳改善效果受其安装位置、数量和绝缘子串长度影响。

基于有限元和神经网络方法对超高压合成绝缘子均压环结构优化的研究

针对超高压输电线路合成绝缘子所用的均压环,提出了一种优化其结构参数的方法。这种方法首先利用渐进边界条件解决了绝缘子电场模型的开域问题,然后以有限元方法计算出均压环各个参数对绝缘子电场分布的影响,并以此确定了均压环结构优化目标;在此基础上,利用神经网络拟合了均压环各结构参数与优化目标之间的关系,并以此得出均压环结构参数的最优解,解决了穷举优化方法的计算时间冗长的缺点。优化后的均压环使得绝缘子和均压环的表面电场强度均小于电晕起始场强。

500kV紧凑型线路悬垂复合绝缘子均压环电晕抑制分析

500kV紧凑型输电线路部分均压环由于结构设计和安装方式不合理,电晕现象严重,需要对其结构进行优化和改造以抑制电晕放电。为此,使用紫外成像仪沿线观测导线和杆塔金具,找出了有明显电晕现象的均压环,确定了放电位置和强度,运用三维有限元方法建立了紧凑型直线塔模型,计算了该均压环的电场分布,分析了其球头和环体产生电晕的原因,提出了均压环的结构优化方案,将环表面最大场强由3868V/mm降低至2475V/mm。根据优化方案制造的新均压环挂网运行后的结果表明,球头和环体无电晕,防晕效果显著。该研究可为今后超、特高压线路防晕金具的设计、制造和安装提供研究经验和思路。

均压环对复合绝缘子电场分布影响的研究

建立数学模型计算了复合绝缘子的沿面电场分布,利用有限元法计算了220kV线路复合绝缘子不安装均压环及安装不同形状尺寸均压环时沿面场强分布和电位分布。分析了均压环各因素变化对电场分布改善效果的影响,指出环径和罩深对端部电压分布改善效果明显,管径对电场分布改善效果好,根据各因素的综合影响,推荐了220kV复合绝缘子均压环的结构参数。

特高压直流复合绝缘子均压环设计

在总结电场分析方法及国内外对复合绝缘子电场计算与均压环设计的研究基础上,根据复合绝缘子的特点,采用场域分解方法将三维无界场域分解成有界子和无界子区域,用有限元法和模拟电荷法相结合的求解方法,进行±800kV特高压直流输电线路复合绝缘子串沿面电位、电场分布计算及均压环优化设计。应用ANSYS8.0及ANSOFT软件建立±800kV双极直流线路带杆塔的全三维和简化二维模型,计算发现在特高压情况下未安装均压环时复合绝缘子沿面电位及电场的分布极不均匀。对比±800kV和低电压等级的复合绝缘子电位分布的不同发现,电位、电场分布不均匀程度的变化随电压等级的升高、串长的增多有加剧趋势。以均压环结构尺寸为变量,以限制复合绝缘子沿面及均压环表面电场强度的最大值为目标优化设计均压环的结构,以三维模型的计算结果小于起晕场强为满意结果。最后得到均压环结构参数的设计方案,经三维计算模型检验证明复合绝缘子护套、金具、均压环表面最大电场强度均在可接受范围内,可满足预定要求。

±800kV特高压直流线路复合绝缘子均压环优化设计

建立了均压环模型,分析了±800kV特高压直流输电线路单V型复合绝缘子悬垂串安装均压环前后的沿面电位和电场强度分布情况,分析后发现:未安装均压环时,绝缘子沿面电位分布极不均匀,导线侧电场畸变严重;在导线侧配置大小双均压环、杆塔侧配置中均压环,可有效改善导线侧特别是金具、芯棒、护套界面处的电场分布,有利于防止电晕和提高绝缘子运行可靠性;增加屏蔽深度和外径可明显改善复合绝缘子表面电场分布,管径对均压环自身的表面场强有显著影响。最后推荐了±800kV复合绝缘子均压环的优化配置方案。

1000kV级特高压交流线路绝缘子串电位分布计算和均压环设计

特高压交流线路绝缘子串的电位分布极不均匀,这将影响绝缘子和线路的安全运行,如何设计合理的均压环,改善绝缘子串电位分布,具有重要的工程意义。应用有限元法可以对特高压绝缘子串单悬垂串下的电场分布进行三维的数值计算,综合考虑杆塔、导线等因素,针对悬垂串不同的均压环设计尺寸和放置位置分布进行对比计算。对均压环的优化设计表明,均压环管径取120mm,环体距绝缘子串中心距离取500mm,布置位置为屏蔽3片绝缘子时,均压效果相对较好。计算结果表明,增加均压环后各个串型的电场分布明显改善,单片绝缘子最大承受电压为4.7%。

±800kV线路直流复合绝缘子均压环结构研究

为控制复合绝缘子表面电场,用有限元法建立的输电线路直流复合绝缘子三维电场计算模型研究了影响复合绝缘子表面电位和电场分布的因素及均压环的半径、管半径和抬高距离对绝缘子电场分布影响的规律,从控制电场角度得出了合理的均压环结构参数。针对特高压复合绝缘子的电场分布特点提出的一种应用于±800kV直流复合绝缘子的大小双均压环结构参数的计算结果表明,双均压环可更好地改善绝缘子端部电场分布。该研究结果可供设计±800kV直流特高压线路的外绝缘参考。

基于改进遗传算法的特高压绝缘子均压环优化

复合绝缘子安装均压环能有效降低绝缘子沿面电场强度,均压环的位置和尺寸是决定沿面场强大小的因素。均压环的优化模型为含有约束条件的绝缘子沿面场强和均压环参数之间的非线性关系,目标函数难以用显式表达式表达,均压环的最佳参数不易求解但易于评价。为解决该问题,引入遗传算法对悬式复合绝缘子均压环进行了优化设计,为绝缘子的高、低压端均压环参数的优化问题提供了一个新的方法。以绝缘子沿面场强的最大值为目标函数,采用基于共享函数的小生境遗传算法调整个体的适应度;采用逆向选择算子按比例淘汰适应能力差的个体;用个体间的欧式距离来选择交叉配对的个体。用改进的遗传算法优化了特高压悬式复合绝缘子均压环结构参数,对比了优化前后的绝缘子表面和均压环表面的电场分布曲线。结果表明:优化后的绝缘子表面和均压环表面的电场强度均小于优化前的结果,优化后的均压环对电场强度有改善作用。