复合材料杆塔杆板连接点局部放电优化措施研究

为改善复合材料杆塔上的杆板连接点在污秽条件下存在的局部放电现象,通过有限元仿真分析金属板连接点和复合板连接点的电流畸变情况,提出改进连接点电流密度分布的措施。并搭建红外观测、可见光、泄漏电流和电压的多参量人工污秽试验同步观测平台以验证优化措施的改善效果。试验表明改进后的并联圆形复合板和金属套连接形式可以有效降低复合板连接点和金属板连接点的电流密度畸变程度,进而抑制连接点的局部温升和干带形成。

110kV双回线路格构式复合材料杆塔雷电防护研究

应用复合材料杆塔需要经济的、适于杆塔材料和结构特点、并能有效提高杆塔雷电性能的雷电防护设计方案。为此,以110 kV线路杆塔为目标,首先从电气要求和经济成本方面考虑,提出了由复合材料塔头和金属角钢塔身组合而成"半绝缘结构格构式复合材料杆塔"的设计方案。针对该结构的复合材料杆塔,分析了避雷线和接地引下线的架设与否对线路雷电性能的影响,提出了杆塔应采用架设避雷线、且通过接地引下线逐塔接地的防雷方案。针对复合材料被电弧烧蚀后易失去绝缘性能和结构强度的特点,提出了沿导线方向在两回线路中心线上竖直架设引下的方式。然后,开展了复合材料真型塔头雷电冲击放电试验,确定了引下线离塔身距离和下相横担离金属塔身距离,以及杆塔雷电冲击绝缘强度。通过理论计算,获得了110 kV双回线路格构式复合材料杆塔的雷电性能。计算结果表明:与同电压等级铁塔雷电性能相比,复合材料杆塔雷电冲击绝缘强度提高了近1.14倍;在接地电阻为7Ω和20Ω条件下,杆塔的耐雷水平分别提高了81%和94%,雷击闪络跳闸率降低了71%和82%。

110kV双回线路格构式复合材料杆塔电气结构设计

电气结构设计是110 k V格构式复合材料杆塔应用所关注的焦点问题,其重点在于如何提高防污和防雷性能。首先针对杆塔复合材料的绝缘特性进行了分类、分项测试,结果表明E型玻璃纤维增强型环氧树脂复合材料满足绝缘材料电阻特性要求,可用于制作绝缘杆塔。结合考虑断线张力等因素,通过污秽试验和电场仿真计算,确定了横担采用格构式横担悬挂加装均压环的FXBW-35/70防污型复合绝缘子的防污设计,试验表明,其污耐压高达145 k V。杆塔防雷须采用架设避雷线、且通过接地引下线逐塔接地的方案;针对复合材料被电弧烧蚀后易失去绝缘性和结构强度的特点,提出了沿导线方向在两回线路中心线上竖直架设引下的方式。然后,开展了真型塔头雷电冲击放电试验,确定了引下线离塔身距离和下相横担离金属塔身距离,以及杆塔雷电冲击绝缘强度。结合理论计算,获得了110 k V双回线路格构式复合材料杆塔的雷电性能,与同电压等级铁塔相比,复合材料杆塔雷电冲击绝缘强度提高了近1.14倍;在接地电阻为20Ω条件下,杆塔的耐雷水平提高了94%,而雷击闪络跳闸率降低了82%。综上,110 kV双回线路格构式复合材料杆塔采用提出的电气结构设计,具有更好的防污和防雷性能。

电力输送用复合材料杆塔发展现状

分析了电力输送用复合材料杆塔绝缘性好、强度高、耐候性好等优势及复合材料杆塔设计技术特点,介绍了复合材料杆塔国内外现状及发展趋势,提出今后国内复合材料杆塔的应用发展需要解决的高刚度、耐老化、轻量化及低成本4个主要问题,并展望了其广阔的市场应用前景。

复合材料杆塔输电线路接地方式优化研究

在运复合材料杆塔线路笼统采用逐基杆塔引下线接地的方式,增加投资费用,防雷性能裕度过大,而完全取消引下线又难以保障杆塔的安全运行,为此提出一种优化接地方式的方法。在计算杆塔耐雷水平和雷击跳闸率后,以雷击跳闸考核指标为参考依据,提出考虑杆塔地形环境、雷电活动等因素的接地方式配置实施流程,在保证技术性的前提下,提高经济性,确定合理的接地杆塔数量。对实际线路中的3个典型区段的配置结果表明,优化的方法较全线逐基接地分别减少使用1/2、2/3、1/3的接地引下线,同时满足考核指标,对工程应用具有较大的参考价值。

35kV管型复合材料杆塔并联间隙防雷保护方案

为了充分利用35 kV双回线路管型复合材料杆塔本身性能的优点,需设计合理的雷电防护方案。为此,针对雷害程度不同的地区,提出了2种并联间隙防雷保护方案,分别采取了接地引下线外置和内置的引下方式,并在复合绝缘子横担上设计制造了相应的并联间隙装置。在2种并联间隙雷电防护方案下,对35 kV复合材料真型塔头进行了雷电冲击放电试验,确定了合适的并联间隙尺寸以及杆塔雷电冲击绝缘强度。通过规程法的计算分析结果表明,与同电压等级一般铁塔的防雷性能相比,2种方案下35 kV双回线路管型复合材料杆塔的雷电冲击绝缘强度分别提高了67%和125%,耐雷水平分别提高了58%和109%,雷击闪络跳闸率分别降低了31%和60%。研究结论可为35 kV复合材料杆塔的防雷设计提供参考和依据。

改进复合材料杆塔多波阻抗模型及其仿真计算

针对目前复合材料杆塔耐雷性能仿真分析中多采用传统多波阻抗模型,雷击过电压仿真计算结果偏大的情况,考虑导线对地电容影响,提出了改进的多波阻抗模型,根据110 k V复合材料杆塔结构与接地方式,计算各部分波阻抗;建立复合杆塔三维模型,利用有限元法计算导线对地等效电容;利用改进多波阻抗模型计算分析不同塔型、不同接地引下线方式的复合材料杆塔耐雷特性,并与传统模型计算结果进行对比。结果表明,考虑电容时杆塔上的过电压下降了38%,更接近实际值;采用沿线路方向内侧竖直悬垂接地引下的方式可使复合材料杆塔的耐雷水平最大化。

复合材料杆塔技术和应用现状

本文论述了玻璃钢/复合材料在输电线路杆塔中的应用及技术优势,介绍了当前国内外公司和研发机构对复合材料杆塔的研发情况,国内复合材料杆塔目前还处于开发和中试生产阶段,在应用上还处于挂线试用阶段。国内杆塔产品主要使用聚氨酯、环氧树脂,增强材料使用E玻璃纤维,通过缠绕工艺进行生产。复合材料杆塔的性能测试包括基本材料性能、电气性能、老化性能的测试以及真型试验。

110kV双回线路格构式复合材料杆塔的污秽性能

为了呈现、阐释和解决110 k V双回线路格构式复合材料杆塔在污秽性能试验中塔头局部放电这种罕见的现象和问题,首先介绍了典型设计的110 k V双回线路格构式复合材料杆塔结构特点,开展了真型试验塔头的污秽性能试验,观察到在塔头的玻璃绝缘子钢帽、节点金属螺栓等金属节点处有显著的局部放电现象。然后仿真计算研究了试验塔头的电位和电场分布,结合试验塔头涂污、但不进行喷雾的工频耐压试验以及金属螺栓周围采取涂覆室温硫化硅橡胶(RTV)涂料(提升介质表面介电强度)防护措施后的污秽性能试验,分析获得了塔头金属节点局部放电的机理:在导线试验电压激励下,塔头电位分布不均匀,绝缘子串两端电位差约为49.7 k V,约占试验电压的50%;在污秽和水雾同时存在的污秽性能试验条件下,防污性能较差的玻璃绝缘子串上产生了强烈的污层局部放电和电流;这些污闪电流电荷在金属节点上聚集,导致金属节点电场强度增强,达到电晕放电起始电场强度,引起局部放电。即承受电压较高、防污性能较差的玻璃绝缘子串是导致局部放电的根本原因和源头。据此,提出了采用加均压环的耐污型复合绝缘子替换玻璃绝缘子串的推荐防护措施,试验表明,该措施能有效避免塔头发生局部放电,而且塔头污秽闪络电压可高达145 k V,具有足够的防污裕度。

复合材料杆塔及材料多因子老化特性

为了探索电力用复合材料的耐环境老化特性,借助多因子老化箱模拟自然环境下复合材料杆塔运行环境,观察杆塔材料模量变化和杆塔、横担表面光纤光栅应变变化,表征加速老化条件下改性聚氨酯(PU)/玻纤复合材料和相应杆塔耐老化特性。经历4 000 h多因子加速老化,PU和相应复合材料弯曲模量保留率都>90%,拉挤工艺的PU复合材料样品弯曲模量可高达95.8%;PU复合材料杆塔及横担制品最大位移处应变<2‰,且杆塔应变低于横担应变。实验结果表明PU复合材料杆塔及横担具备良好的抗环境老化性。

复合材料杆塔研究现状及关键技术问题

通过总结国外复合材料杆塔生产及运行的相关经验,以及对我国复合材料杆塔技术水平的考察,指出复合材料杆塔的关键技术问题,在不远的将来,复合材料杆塔必将成为电力系统的重要组成部分。

基于ATP的110 kV复合材料杆塔防雷优化设计研究

为开展复合材料杆塔在防雷性能和经济效益上的优越性的研究,分析了不同结构参数对复合材料杆塔防雷性能的影响。基于ATP软件,建立了不同结构参数下110 kV复合材料杆塔及绝缘闪络的仿真模型,研究了横担长度、上下相间距离、杆塔呼高及水平档距等因素对单回输电线路杆塔耐雷水平及雷击分闸率的影响,依据仿真计算结果提出了复合材料杆塔的最优化防雷结构设计方案。

110kV双回输电线路复合材料杆塔防雷优化设计研究

复合材料杆塔具有强度高、耐腐蚀、耐疲劳、绝缘性能好等优点,已在工程中得到初步应用。但目前在复合材料杆塔雷电防护方面研究较少。为研究复合材料杆塔防雷性能及其优化设计,在ATP软件中建立了110k V双回输电线路复合材料杆塔仿真模型,研究分析了横担长度、上下相间距、杆塔呼高及地线横担长度等不同结构参数组合杆塔耐雷水平和雷击跳闸率的影响,并提出了110k V双回输电线路复合材料杆塔的防雷优化设计方案。

复合材料杆塔线路电场分析

利用有限元分析了220 kV同塔双回钢管塔和同尺寸复合材料杆塔附近电场分布,并比较了2种材料杆塔线路对周围环境电场的影响。分析了杆塔处地面电场强度,对比了2种材料杆塔沿线路走廊纵向和沿走廊轴向2个路径的沿线电场分布。研究结果表明,复合材料杆塔在一定程度上改善了杆塔附近的电场环境。

复合材料杆塔的研制应用与展望

本文主要分析了复合材料杆塔的应用形式,并介绍了复合材料杆塔在国内外的研制应用现状,最后对复合材料杆塔的发展前景进行了展望。

利用疏水涂层提高复合材料杆塔防污性能的研究

为解决输电杆塔用复合材料表面憎水性不足、受污后其绝缘性能在潮湿状态下大幅下降的问题,采用6种不同超疏水涂料分别涂覆复合材料杆塔样品表面,并测试其憎水性,筛选出改善效果较好的3种超疏水涂料。然后将这3种超疏水涂料涂覆于复合材料杆塔样品上进行湿闪和污闪试验,全面分析了杆塔样品形状、疏水涂层制备方法、超疏水涂料类型对复合材料杆塔防污能力的影响。结果表明:疏水涂层能显著提高复合材料杆塔样品的湿闪电压和污闪电压,其中PRTV的应用效果最好,能有效降低污闪率。

我国输配电线路复合材料杆塔的应用现状

输电杆塔是电力架空线路设施中的重要支撑结构件;玻璃纤维增强复合材料具有优良的综合性能,逐步应用于国内输电线路建设中。本文综述了国内北京房山、北京青龙湖、浙江舟山和深圳四处典型复合材料杆塔输配电线路试点工程,介绍了复合材料杆塔在江苏连云港、南京、福建等其它国内试点工程中的使用及运行状况,并从复合材料杆塔的结构、工艺、运行等技术方面对各试点工程进行了评述,展望了复合材料杆塔未来主要的技术发展方向。

110kV复合材料杆塔静电场仿真研究

依据110 kV复合材料杆塔的结构特点建立了复合材料单相塔头的三维静电场有限元模型,计算了该模型的电位和电场分布,对比分析了采用各种均压措施后其电位和电场强度分布的变化情况。结果表明:在金属螺栓上加圆头螺帽或采用复合材料螺栓均能有效改善螺栓表面的电场分布,其中使用复合材料螺栓的改善效果更为明显;与悬挂玻璃绝缘子串时相比,导线横担悬挂复合材料绝缘子时塔身的电位和电场强度均降低。

复合材料杆塔人工加速老化试验及其长期性能评估

复合材料杆塔在实际运行中受到高湿、高低温、紫外线、雨水和电场等多种因素的侵蚀老化,同时导线在风力作用下的振动也会造成杆塔应力疲劳老化。为全面评估复合材料杆塔的运行可靠性和耐老化特性,结合我国杆塔实际运行环境,在IEC 5 000 h多因子老化试验方法的基础上进行改进,首次对复合材料杆塔开展人工加速老化试验,并通过在杆塔表面植入光纤光栅传感器实时监测杆塔应变。试验前,通过有限元力学仿真确定光纤光栅传感器在杆塔上的植入部位;试验中通过加装振动装置模拟风力对杆塔的影响。对杆塔应变数据进行分析,结果显示:紫外和高热高湿环境对杆塔应变有较大影响;经过5 000 h人工加速老化试验后,杆塔应变变化幅度小,杆塔未出现明显缺陷,表明复合材料杆塔可在户外长期运行。

复合材料杆塔在生产和应用中的技术问题

介绍了复合材料杆塔的技术优势,对绝缘杆塔在生产、应用中的防雷与接地技术、塔材加工工艺、杆塔结构优化设计、杆塔的无损检测及经济效益等关键问题进行了分析。