CN102445642A - 一种电力设备金具电晕试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力设备金具电晕试验方法，将数值计算方法引入电力设备金具电晕试验中，并依据其计算得到的电场强度对试验电压进行修正；分别根据实际运行布置及试验布置建立三维实体模型，应用数值计算方法获得金具在两种布置下的最大电场强度，将两者相比后得到试验电压的场强等效修正系数，依据该系数对试验电压进行修正。在修正后的规定试验电压下，试品无可见电晕，可判定该试品电晕试验合格。本发明有效地解决了试验场模拟实际变电站和线路设备金具电晕试验的关键技术问题，降低了成本，提高了效率，为电力设备金具的电晕试验提供了一种方法和途径。

Description

一种电力设备金具电晕试验方法

技术领域：

本发明属于电力领域，涉及一种输变电工程设备试验技术，尤其是一种应用于电力设备金具电晕试验的方法。

背景技术：

为了防止电力设备金具在运行时发生电晕放电，需要通过电晕试验测量设备金具的电晕起始和熄灭电压，检验其电晕特性是否满足实际运行的要求。然而受到试验设备、场地、成本等客观条件的限制，电力设备金具进行电晕试验时无法搭建与实际结构相同的真型试验条件，只能根据相关标准及试验场条件有限地模拟实际运行工况，试验结果根据标准规定的固定参数进行修正。由于输变电工程中金电力设备具种类繁多、结构复杂且布置形式多样，现行试验方法难以全面反映不同电力设备金具的实际电晕特性。尤其对于交流1000kV和直流800kV电压等级的电力设备金具，国内外尚无可遵循的电晕试验标准，只能参考低电压等级的方法进行试验，科学性和可靠性均难以保证，使试验结果与实际电晕特性之间有较大偏差，从而难以判断电力设备金具的电晕特性是否满足工程要求。因此，提出一种适用于各种电压等级、不同形式电力设备金具的电晕试验方法，成为电力行业亟待解决的一个关键技术问题。

目前，用于电力设备金具电晕试验的场强等效电晕试验法在国内外各类文献中尚未见公开报道。

发明内容：

本发明的目的在于提出一种基于在试验场无法布置与实际线路同等条件进行电力设备金具电晕试验新方法，有效地解决了试验场模拟实际变电站和线路设备金具电晕试验的关键技术问题，降低了成本，提高了效率，为电力设备金具的电晕试验提供了一种方法和途径。

本发明的具体技术方案如下：

一种电力设备金具电晕试验方法，将数值计算方法引入电力设备金具电晕试验中，并依据其计算得到的电场强度对试验电压进行修正；分别根据实际运行布置及试验布置建立三维实体模型，应用数值计算方法获得金具在两种布置下的最大电场强度，将两者相比后得到试验电压的场强等效修正系数，依据该系数对试验电压进行修正。在修正后的规定试验电压下，试品无可见电晕，可判定该试品电晕试验合格。

所述电力设备金具电晕试验方法，包括如下步骤：

(1)计算获得实际布置形式下电力设备金具表面的最大电场强度E₁；

(2)计算获得试验布置形式下电力设备金具表面的最大电场强度E₂；

(3)将步骤(1)中的E₁与步骤(2)中的E₂相比可得到两种布置形式下的场强等效修正系数k_e，其中k_e＝E₁/E₂；

(4)应用公式U₀＝k_a×k_e×k₃×U_MAX，得到电力设备金具的电晕试验的规定试验电压值U₀，如果最终电力设备金具的起晕电压高于U₀，则判定该电力设备金具电晕试验合格；

U_MAX-系统运行最高相电压；

k_a-安全裕度系数，为实际工程中金具起晕场强E_i与该工程所确定的控制场强E_c的比值E_i/E_c；

k_e-场强等效修正系数，为实际线路与试验布置条件下电力设备金具表面最大场强的比值；

k₃-气象修正系数，在环境温度为10℃～40℃，相对湿度为20％～70％的条件下，只作空气密度修正，气象修正按下式进行。

$k_3=\frac{p_1}{p_0}\×\frac{273+t_0}{273+t_1}---\left(2\right)$

式中：

p₀-标准大气压强，101.3kPa；

p₁-试验时的大气压强，kPa；

t₀-标准温度，20℃；

t₁-试验时的温度，℃。

所述步骤(1)采用有限元方法，根据输变电工程电力设备金具在实际工程中的布置形式，建立电力金具实际尺寸的三维模型，依据电力金具在实际工程中的运行状态加载最高运行相电压的峰值，运用三维有限元数值计算方法对电力设备金具及其周围空间中的电场分布进行仿真计算，并获得实际布置形式下电力设备金具表面的最大电场强度E₁。

所述步骤(2)根据输变电工程电力设备金具在电晕试验场的布置形式，建立实际尺寸的三维计算模型，并加载与步骤(1)中相同的峰值电压，运用三维有限元数值计算方法对电力设备金具及其周围空间中的电场分布进行仿真计算，获得试验布置形式下电力设备金具表面的最大电场强度E₂。

本发明的场强等效电晕试验法将三维数值仿真计算方法与试验测量相结合，通过建立实际输变电工程中变电站和线路相关设备的三维仿真计算模型，依据工程系统运行电压进行加载，应用数值仿真计算方法得到所关注设备金具表面的最大电场强度；并根据试验场布置建立相关设备的三维仿真计算模型，并在相同的电压下计算对应设备金具表面的最大场强，将两者的最大场强相比得到场强等效修正系数。该系数反映了实际线路与试验布置存在的场强分布差异，可以修正试验布置存在的悬挂高度、位置、跳线、相间和周边金具对电晕试验的影响。将该修正系数与系统最高运行电压、气象修正系数、安全裕度系数相乘，可以得到电晕试验的规定试验电压。在规定试验电压下，试品无可见电晕，可判定电晕试验合格。

场强等效电晕试验法与常规电晕试验法相比，场强等效电晕试验法不仅考虑了常规电晕试验法中的悬挂高度修正系数和位置修正系数，同时也考虑了跳线、相间和周边金具等影响因素。可针对各种布置方式、不同设备金具结构进行电晕试验，有效地解决了试验场模拟实际变电站和线路设备金具电晕试验的关键技术问题，降低了成本，提高了效率，为电力设备金具的电晕试验提供了一种方法和途径。

附图说明：

图1为本发明的1000kV输电线路悬垂复合绝缘子实际线路计算模型图；

图2为本发明的1000kV输电线路悬垂复合绝缘子均压环电晕试验计算模型；

其中：1为杆塔；2为导线；3为绝缘子；4为均压环；5为模拟杆塔塔身；6为模拟杆塔横担；7为模拟导线；8为联板。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，本发明的目的在于提出一种基于在试验场无法布置与实际线路同等条件进行电力设备金具电晕试验新方法。

场强等效电晕试验法依据式(1)求得电晕试验的规定试验电压值U₀：

U₀＝k_a×k_e×k₃×U_MAX    (1)

式中：

U_MAX-系统运行最高相电压；

k_a-安全裕度系数，为实际工程中金具起晕场强E_i与该工程所确定的控制场强E_c的比值E_i/E_c；

k_e-场强等效修正系数，为实际线路与试验布置条件下金具表面最大场强的比值；

k₃-气象修正系数，在环境温度为10℃～40℃，相对湿度为20％～70％的条件下，只作空气密度修正，气象修正按下式进行。

$k_3=\frac{p_1}{p_0}\×\frac{273+t_0}{273+t_1}---\left(2\right)$

式中：

p₀-标准大气压强，101.3kPa；

p₁-试验时的大气压强，kPa；

t₀-标准温度，20℃；

t₁-试验时的温度，℃。

场强等效电晕试验法的规定试验电压值U₀中，场强等效修正系数k_e是考虑了变电站和线路相关设备金具与试验布置存在悬挂高度、位置、相间和周边金具影响所带来的场强差异，通过建立变电站和线路真形塔、金具及相关元件的仿真计算模型，计算被测试品表面的最大场强，并根据试验布置建立试验构架、金具及相关元件的仿真计算模型，计算对应的试品表面的最大场强，从而将两者的最大场强相比得到场强等效修正系数k_e。

场强等效修正系数k_e反映了变电站和线路与试验布置存在的场强分布差异，可以修正试验布置存在的悬挂高度、位置、相间和周边金具对电晕试验的影响，不仅能代替常规法中悬挂高度修正系数k₁和位置修正系数k₂，同时也考虑了跳线、相间和周边金具等影响因素。

得出场强等效修正系数k_e后，可由式U₀＝1.1×k_e×k₃×U_MAX得到电晕试验的规定试验电压值U₀，作为试验场布置进行实际线路的电晕规定试验电压。在规定试验电压U₀下，试品无可见电晕，可判定该试品电晕试验合格。

本发明所述方法实施例，以零海拔或500m以下地区特高压交流1000kV输电线路悬垂复合绝缘子均压环的电晕试验为例，计算采用有限元方法，以实际结构参数建模。

首先根据1000kV输电线路悬垂复合绝缘子均压环在实际工程中的布置形式，建立实际尺寸的三维计算模型，如图1所示。

计算模型中包括杆塔、导线、均压环、联板等。依据均压环在实际工程中的运行状态加载峰值电压898kV，运用三维有限元数值计算方法对均压环及其周围空间中的电场分布进行仿真计算，并获得实际布置形式下均压环表面的最大电场强度E₁＝17.63kV/cm。

其次根据1000kV输电线路悬垂复合绝缘子的均压环在电晕试验场的布置形式，建立实际尺寸的三维计算模型，如图C.2所示。计算模型中包括构架、导线、均压环、联板等，并加载相同的峰值电压898kV，运用三维有限元数值计算方法对均压环及其周围空间中的电场分布进行仿真计算，获得试验布置形式下均压环表面的最大电场强度E₂＝19.67kV/cm。

将E₁与E₂相比可得到两种布置形式下的场强等效修正系数k_e＝0.8963。

应用式U₀＝1.1×k_e×k₃×U_MAX，代入场强等效修正系数k_e＝0.8963；系统最高运行相电压U_MAX＝635kV；气象修正系数k₃＝1，并乘以安全裕度系数k_a，k_a＝1.1，可得到均压环的电晕试验的规定试验电压值U₀为698.5kV。如果在规定试验电压下，试品无可见电晕，可判定该均压环电晕试验合格。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (4)

1.一种电力设备金具电晕试验方法，其特征在于：将数值计算方法引入电力设备金具电晕试验中，并依据其计算得到的电场强度对试验电压进行修正；分别根据实际运行布置及试验布置建立三维实体模型，应用数值计算方法获得金具在两种布置下的最大电场强度，将两者相比后得到试验电压的场强等效修正系数，依据该系数对试验电压进行修正；在修正后的规定试验电压下，电力设备金具无可见电晕，则判定该电力设备金具电晕试验合格。

2.如权利要求1所述电力设备金具电晕试验方法，其特征在于：

(1)计算获得实际布置形式下电力设备金具表面的最大电场强度E₁；

(2)计算获得试验布置形式下电力设备金具表面的最大电场强度E₂；

(3)将步骤(1)中的E₁与步骤(2)中的E₂相比可得到两种布置形式下的场强等效修正系数k_e，其中k_e＝E₁/E₂；

(4)应用公式U₀＝k_a×k_e×k₃×U_MAX，得到电力设备金具的电晕试验的规定试验电压值U₀，如果最终电力设备金具的起晕电压高于U₀，则判定该电力设备金具电晕试验合格；

U_MAX-系统运行最高相电压；

k_a-安全裕度系数，为实际工程中金具起晕场强E_i与该工程所确定的控制场强E_c的比值E_i/E_c；

k_e-场强等效修正系数，为实际线路与试验布置条件下金具表面最大场强的比值；

k₃-气象修正系数，在环境温度为10℃～40℃，相对湿度为20％～70％的条件下，只作空气密度修正，气象修正按下式进行。

$k_3=\frac{p_1}{p_0}\×\frac{273+t_0}{273+t_1}---\left(2\right)$

式中：

p₀-标准大气压强，101.3kPa；

p₁-试验时的大气压强，kPa；

t₀-标准温度，20℃；

t₁-试验时的温度，℃。

3.如权利要求2所述电力设备金具电晕试验方法，其特征在于：所述步骤(1)采用有限元方法，根据输变电工程电力设备金具在实际工程中的布置形式，建立电力金具实际尺寸的三维模型，依据电力金具在实际工程中的运行状态加载最高运行相电压的峰值，运用三维有限元数值计算方法对电力设备金具及其周围空间中的电场分布进行仿真计算，并获得实际布置形式下电力设备金具表面的最大电场强度E₁。

4.如权利要求2所述电力设备金具电晕试验方法，其特征在于：所述步骤(2)根据输变电工程电力设备金具在电晕试验场的布置形式，建立实际尺寸的三维计算模型，并加载与步骤(1)中相同的峰值电压，运用三维有限元数值计算方法对电力设备金具及其周围空间中的电场分布进行仿真计算，获得试验布置形式下电力设备金具表面的最大电场强度E₂。

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