基于标准旋转导体等效碰撞系数的绝缘子覆冰表征

绝缘子覆冰电气特性与其覆冰程度有关,但现有绝缘子覆冰程度表征方法多样且无法体现绝缘子结构差异。以XP-70绝缘子和标准旋转导体为研究对象,提出基于标准旋转导体等效碰撞系数的绝缘子覆冰程度表征方法,建立绝缘子和标准旋转导体水滴碰撞系数数值计算模型,分析不同环境参数下绝缘子和旋转导体水滴碰撞系数等效性关系并进行试验验证。研究结果表明:随着风速、水滴中值体积直径变大,绝缘子和标准旋转导体水滴碰撞系数均随之增大,但绝缘子和标准旋转导体水滴碰撞系数的比值随之减小;相同环境下,绝缘子覆冰质量随标准旋转导体覆冰质量增长近似呈线性关系,其斜率k1即绝缘子覆冰质量与标准旋转导体覆冰质量的比值;考虑冻结系数后,基于等效碰撞系数的绝缘子覆冰质量与标准旋转导体覆冰质量的理论比值k与试验比值k1的相对误差小于20%,研究结果可为绝缘子覆冰程度的表征提供参考。

基于水滴碰冻效率的扩径导线防冰特性分析

输电线路导线覆冰危害电力输送安全,导线防冰/除冰方法一直是国内学者关注的焦点。近年来,利用扩径导线进行防冰的方法被一些学者提出。该文针对扩径导线防冰特性问题,对不同直径导线表面的水滴碰撞和冻结过程进行分析,研究了导线直径对水滴碰撞系数和覆冰速率的影响,提出扩径导线临界防冰直径D_(p)的计算方法,并对不同风速、水滴中值体积直径和不同温度条件下的D_(p)值进行了仿真计算。此外,通过不同直径铝管的自然覆冰试验对扩径导线的防冰性能进行了验证。研究结果表明:扩径导线表面的最大水滴碰撞系数随着直径的增大而减小,但水滴碰撞范围会扩大;由于导线表面的水滴捕获率和覆冰速率均随着直径的增大先增加后减小,利用扩径导线进行防冰需使其直径大于临界防冰直径D_(p),风速、水滴中值体积直径越大,环境温度越高,D_(p)值越大。

空气动力型绝缘子表面不同区域的水滴撞击特性

绝缘子严重覆冰会引发闪络进而导致电网停电事故,研究水滴撞击绝缘子表面的流场和运动特性对了解绝缘子的覆冰形成过程具有重要意义。以空气动力型绝缘子为研究对象,基于Lagrange法,通过数值求解覆冰过程中绝缘子外部连续气流场和水滴运动轨迹,提出一种以区域分割方式数值计算绝缘子表面不同区域水滴碰撞系数的方法;分析了风速和水滴中值体积直径（MVD）对水滴碰撞系数的影响,并进行了试验验证。研究结果表明：对于空气动力型绝缘子,其钢帽和绝缘子伞边缘碰撞系数差别不大（〈3%）,2个区域的碰撞系数都远大于迎风侧绝缘子伞表面碰撞系数（高60%-190%）;迎风侧绝缘子伞表面的碰撞系数也几乎是背风侧绝缘子整体碰撞系数的2倍;水滴碰撞系数随风速和MVD的增大而增大,且MVD对水滴碰撞系数的影响程度比风速更大;采用区域分割方式分析得到的绝缘子覆冰特性与试验结果更相符。

过冷水滴撞击复合绝缘子表面的数值模拟

为合理设计和选择适用于覆冰地区复合绝缘子伞型结构,建立了求解覆冰气象下复合绝缘子外部三维两相粘性不可压缩湍流流场的基本控制方程组,得到覆冰过程中复合绝缘子外的水滴运动轨迹,分析了复合绝缘子的水滴碰撞系数等撞击特性和气体来流速度v、水滴平均有效直径MVD、绝缘子伞裙倾角和伞裙直径等对水滴撞击复合绝缘子特性的影响。结果表明:伞裙的水滴碰撞系数E随v或MVD的增大而增大,上倾角α=7～9°、下倾角β=0的伞裙和伞径为130～145mm的伞裙水滴E最小。根据计算结果,提出了应用于覆冰地区的复合绝缘子伞裙结构:大中小伞交错排列,大中伞间由两个小伞排列组成,α取5～9°,β取0,中伞伞径取130mm。

基于区域分割方法的绝缘子覆冰质量预测模型

绝缘子覆冰会引起闪络进而导致电网停电事故,覆冰质量是表征绝缘子覆冰程度的重要参数。由于绝缘子覆冰环境下迎背风面覆冰程度有较大差异,基于流体力学Lagrange法提出一种以区域分割方式数值计算绝缘子表面碰撞系数的方法;对绝缘子表面不同区域的冻结系数进行计算,通过覆冰圆柱体表面覆冰质量计算公式等效计算建立绝缘子表面覆冰质量预测模型,并通过人工覆冰试验对试验结果进行验证。研究结果表明:XP–70绝缘子不同区域表面水滴碰撞系数存在较大差异,迎风面伞裙表面水滴碰撞系数比迎风面钢帽及伞裙边缘小得多,但是为背风面伞裙表面碰撞系数的2~3倍;0~60 min中,覆冰质量预测模型计算所得覆冰质量值与试验值的相对误差<20%。