CN102540027A - 一种沙漠干旱区域高压输电线路绝缘子选型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沙漠干旱区域高压输电线路绝缘子选型方法，包括如下步骤：(1)进行人工模拟沙尘环境下不同伞形复合绝缘子，瓷质、玻璃绝缘子的积污实验和积污后耐受实验；将污闪特性综合比对；(2)进行沙尘流体经绝缘子串过程流场特性仿真分析；分析伞形对流场的影响；(3)复合绝缘子历经强风沙磨蚀后表面憎水性测试；获得复合绝缘子磨蚀特性；(4)根据步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)的结果，选择具有最好的耐污特性和憎水性的绝缘子。本发明比现有选型方法更加合理，能够起到增强线路抵御沙尘暴能力的作用。

Description

一种沙漠干旱区域高压输电线路绝缘子选型方法
技术领域：
本发明属于电力领域，涉及一种高压输电线路绝缘子选型方法，尤其是一种沙漠干旱区域高压输电线路绝缘子选型方法。
背景技术：
对高压输电线路而言，绝缘子是最为重要的部件组成之一，起悬挂导线和杆塔与高压导线电气绝缘的作用。在运行期间，要经受持续性承载机械应力并保持良好的绝缘性能。因此，机械强度和绝缘性能是绝缘子的主要性能指标。目前在力学强度指标上，复合绝缘子、瓷质绝缘子、玻璃绝缘子均能够满足要求。但在电气绝缘指标上，由于应用环境的不同，不同地域上述3类绝缘子具有明显的差异。
对于我国西北部沙漠、戈壁地区而言，常年干旱少雨，由于植被稀疏原因，在多风气象条件下，空气中沙尘含量较多。因此，在流电场的共同作用下，沙尘容易沉降在绝缘子表面形成污秽层。由于受湿后表面污秽层可能导致污闪事故，所以绝缘子表面的积污总量、污层分布以及运行现场的空气湿度变化情况是进行绝缘子选型的考虑因素，必须综合考虑。
复合绝缘子的优点在于硅橡胶材料表面的增水特性，水滴在复合绝缘子的表面可以形成极易滚动的水球。一方面，水球不利于表面污物形成湿膜；另一方面，水球的滑落会清洁绝缘子表面的积污层，从而使得绝缘子保持良好的绝缘特性。
在多雨地域，沉积在绝缘子表面的沙尘要经受浸润，板结，再沉降的反复过程，最终会形成一个相对致密的积污层。但对于我国西北部沙漠、戈壁地域而言，降雨量偏少，绝缘子表面很难出现水滴。在沙尘暴等气候条件下，表面积污显著增加，但最终污层是一个相对疏松的浮尘层。现有实验已经表明，复合绝缘子表面的浮尘薄层会导致绝缘子表面由原来的增水性变为亲水性。此外，在强风环境下，空气中微小沙砾对于复合绝缘子的磨蚀作用会导致复合绝缘子表面憎水性短期内丧失。所以在西北部多风沙、少雨区域，复合绝缘子良好的增水特性并不能得以充分发挥，很多情况下，其憎水特性和玻璃、瓷绝缘子无明显差异。
瓷质绝缘子和玻璃绝缘子尽管表面憎水特性较差，但是相比复合绝缘子，具有爬距上的优势；人工模拟沙尘实验结果也表明，在相同实验条件下，复合绝缘子表面的积污量要明显高于瓷质和玻璃绝缘子；此外，复合绝缘子的耐老化性能要远远劣于瓷质、玻璃绝缘子。因此，在西北部多风沙、少雨区域，选择瓷质、玻璃绝缘子是更为合理的选择。
瓷质、玻璃绝缘子主要有钟罩型、双伞型和三伞形，相同沙尘环境下人工模拟实验结果表明：钟罩型由于下伞面棱槽分布复杂，导致气流形成紊流，所以容易在棱槽内积污；双伞型和三伞型下伞面光滑无棱槽，不易积污，且双伞型伞间距较大，耐污性能更优。
因此，在我国西北部风沙比较大，年降雨较少，昼夜温差明显，紫外线强烈的地域，选用双伞型绝缘子最为合理，可以有效降低污闪风险和线路运行的维护成本。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种沙漠干旱区域高压输电线路绝缘子选型方法，针对沙尘暴环境这一特殊气候条件下线路绝缘子的选型，提出更优的选型方案，有效降低污闪风险和线路运行的维护成本。
本发明的技术方案是，沙漠干旱区域高压输电线路绝缘子选型方法，包括如下步骤：
(1)进行人工模拟沙尘环境下不同伞形复合绝缘子、瓷质绝缘子、玻璃绝缘子的积污实验和积污后耐受实验，将污闪特性综合比对；
(2)进行沙尘流体经绝缘子串的流场仿真，分析伞形对流场的影响；
(3)复合绝缘子经强风沙磨蚀后表面憎水性测试，获得复合绝缘子磨蚀特性；
(4)根据步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)的结果，选择具有最好的耐污特性和憎水性的绝缘子。
所述步骤(1)的实验条件是：
风速范围：0-20m/s；
送风模式：稳定风速或者按照时间编程控制风速；
模拟时间：120分钟；
送沙方式：现场采集沙尘，敷设于模拟系统地面，不同风速下，由风速自行调节沙尘浓度；
加电方式：根据绝缘子类型施加额定电压，由高压试验大厅的无游离高压实验变压器引入；
模拟实验完成后，取出绝缘子，完成绝缘子表面NSDD、ESDD的测量；
进行积污后绝缘子污湿耐受电压测量
综合对比复合复合绝缘子、瓷质、玻璃绝缘子的测试结果，具有最高污湿耐受电压的绝缘子是最适合该气候环境下现场使用的型号。
所述步骤(2)的实验条件是：
利用fluent仿真软件，求取沙尘-空气混合流体流经绝缘子串过程中流场特性和气压特性，并据此分析不同类型绝缘子的动力学特性，由此推测其电绝缘特性；
仿真条件为：
模型选用：离散相模型；
输入参数：进风口处各相速度，浓度；
求解参数：相对雷诺数、各相体积分数、压力场分布，各相运行速度场；
参数运用：根据求解参数分析紊流分布，并推测积污情况；
结果表明气流流经双伞形绝缘子时受流场干扰最轻，由于复合绝缘子弹性模量远远小于瓷质、玻璃绝缘子，因此颗粒物和复合绝缘子表面相互碰撞后更加容易在其表面沉降，因此在风沙环境下，双伞形瓷质绝缘子具有最好的耐污特性。
所述步骤(3)的实验条件是：
进行复合绝缘子在强风沙环境下的表面磨蚀实验，考察历经磨蚀后复合绝缘子表面的材质变化和增水性变化；
实验条件
风速范围：35m/s；
送风模式：稳定风速；
模拟时间：45-60分钟；
送沙方式：现场采集沙尘，敷设于模拟系统地面，不同风速下，由风速自行调节沙尘浓度；
加电方式：不加电；
模拟实验完成后，取出绝缘子，用去离子水清洁绝缘子表面，凉干后进行憎水性分级测试、憎水性丧失特性测试，憎水性恢复特性测试；
结果表明历经强风沙磨蚀以后，复合绝缘子伞群护套部位最先出现磨蚀，表现为变白，局部破损，此外，由于磨蚀原因，复合绝缘子表面的憎水性丧失严重。
本发明的优点是：从专业的角度出发，从多个方面综合考察对比了复合绝缘子、瓷质绝缘子、玻璃绝缘子在沙尘环境下的绝缘特性，或者和绝缘特性密切相关的其它特性(积污特性，憎水特性)。其最终目的是针对沙尘暴环境这一特殊气候条件下线路绝缘子的选型，提出更优的选型方法。本专利所使用的研究方法以及最终选型结论，比现有选型方法更加合理，能够起到增强线路抵御沙尘暴能力的作用。
附图说明：
图1为本发明的沙漠干旱区域高压输电线路绝缘子选型方法流程图。
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，沙漠干旱区域高压输电线路绝缘子选型方法，包括如下步骤：
(1)进行人工模拟沙尘环境下不同伞形复合绝缘子，瓷质、玻璃绝缘子的积污实验和积污后耐受实验；将污闪特性综合比对；
(2)进行沙尘流体经绝缘子串过程流场特性仿真分析；分析伞形对流场的影响；
(3)复合绝缘子历经强风沙磨蚀后表面憎水性测试；获得复合绝缘子磨蚀特性；
(4)根据步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)的结果，选择具有最好的耐污特性和憎水性的绝缘子。
1.具体的实验方法：
实验一沙尘环境下绝缘子的带电积污实验
使用西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室自建立的人工模拟沙尘暴实验平台进行绝缘子的积污特性实验，该实验平台可以模拟不同的沙尘环境气候，完成绝缘子表面的积污实验。
沙尘暴模拟实验系统
实验条件如下：
风速范围：0-20m/s，推荐15m/s(具有代表性)
送风模式：稳定风速或者按照时间编程控制风速
模拟时间：120分钟(表面积污达饱和时间)
送沙方式：现场采集沙尘，敷设于模拟系统地面，不同风速下，由风速自行调节沙尘浓度。
加电方式：根据绝缘子类型施加额定电压(由高压试验大厅的无游离高压实验变压器引入)
模拟实验完成后，取出绝缘子，完成绝缘子表面NSDD、ESDD的测量
进行积污后绝缘子污湿耐受电压测量
综合对比复合复合绝缘子、瓷质、玻璃绝缘子的测试结果，具有最高污湿耐受电压的绝缘子是最适合该气候环境下现场使用的型号。
结果表明在风沙环境下，双伞形瓷质绝缘子具有最好的耐污特性。
实验二沙尘环境下绝缘子的流场仿真
利用fluent仿真软件，求取沙尘-空气混合流体流经绝缘子串过程中流场特性和气压特性，并据此分析不同类型绝缘子的动力学特性，由此推测其电绝缘特性
仿真条件
模型选用：离散相(DPM)模型
输入参数：进风口处各相速度，浓度
求解参数：相对雷诺数、各相体积分数、压力场分布，各相运行速度场
参数运用：根据求解参数分析紊流分布，并推测积污情况
结果表明钟罩型绝缘子底部复杂的棱槽外形，使得气流出现了严重的紊流，因此棱槽内部将严重积污，相比较而言，气流流经双伞形绝缘子时受流场干扰最轻。由于复合绝缘子弹性模量远远小于瓷质、玻璃绝缘子，因此颗粒物和复合绝缘子表面相互碰撞后更加容易在其表面沉降。因此在风沙环境下，双伞形瓷质绝缘子具有最好的耐污特性
实验三强风环境下复合绝缘子历经磨蚀后增水特性
利用实验一的模拟平台，进行复合绝缘子在强风沙环境下的表面磨蚀实验，重点考察历经磨蚀后复合绝缘子表面的材质变化和增水性变化。
实验条件
风速范围：35m/s
送风模式：稳定风速
模拟时间：45-60分钟
送沙方式：现场采集沙尘，敷设于模拟系统地面，不同风速下，由风速自行调节沙尘浓度。
加电方式：不加电
模拟实验完成后，取出绝缘子，用去离子水清洁绝缘子表面，凉干后进行憎水性分级测试、憎水性丧失特性测试，憎水性恢复特性测试
结果表明历经强风沙磨蚀以后，复合绝缘子伞群护套部位最先出现磨蚀，表现为变白，局部破损。此外，由于磨蚀原因，复合绝缘子表面的憎水性丧失严重。
本专利主要通过3个实验，从专业的角度出发，从多个方面综合考察对比了复合绝缘子，瓷质、玻璃绝缘子在沙尘环境下的绝缘特性，或者和绝缘特性密切相关的其它特性(积污特性，憎水特性)。其最终目的是针对沙尘暴环境这一特殊气候条件下线路绝缘子的选型，提出更优的选型方法。本专利所使用的研究方法以及最终选型结论，比现有选型方法更加合理，能够起到增强线路抵御沙尘暴能力的作用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.沙漠干旱区域高压输电线路绝缘子选型方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)进行人工模拟沙尘环境下不同伞形复合绝缘子，瓷质、玻璃绝缘子的积污实验和积污后耐受实验，将污闪特性综合比对；
(2)进行绝缘子串沙尘流体场仿真计算，分析伞形对流场的影响；
(3)复合绝缘子经强风沙磨蚀后表面憎水性测试，获得复合绝缘子磨蚀特性；
(4)根据步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)的结果，选择具有最好的耐污特性和憎水性的绝缘子。
2.如权利要求1所述沙漠干旱区域高压输电线路绝缘子选型方法，其特征在于，所述步骤(1)的实验条件是：
风速范围：0-20m/s；
送风模式：稳定风速或者按照时间编程控制风速；
模拟时间：120分钟；
送沙方式：现场采集沙尘，敷设于模拟系统地面，不同风速下，由风速自行调节沙尘浓度；
加电方式：根据绝缘子类型施加额定电压，由高压试验大厅的无游离高压实验变压器引入；
模拟实验完成后，取出绝缘子，完成绝缘子表面NSDD、ESDD的测量；
进行积污后绝缘子污湿耐受电压测量
综合对比复合复合绝缘子、瓷质、玻璃绝缘子的测试结果，具有最高污湿耐受电压的绝缘子是最适合该气候环境下现场使用的型号。
3.如权利要求1所述沙漠干旱区域高压输电线路绝缘子选型方法，其特征在于，所述步骤(2)的实验条件是：
利用fluent仿真软件，求取沙尘-空气混合流体流经绝缘子串过程中流场特性和气压特性，并据此分析不同类型绝缘子的动力学特性，由此推测其电绝缘特性；
仿真条件为：
模型选用：离散相模型；
输入参数：进风口处各相速度，浓度；
求解参数：相对雷诺数、各相体积分数、压力场分布，各相运行速度场；
参数运用：根据求解参数分析紊流分布，并推测积污情况；
结果表明气流流经双伞形绝缘子时受流场干扰最轻，由于复合绝缘子弹性模量远远小于瓷质、玻璃绝缘子，因此颗粒物和复合绝缘子表面相互碰撞后更加容易在其表面沉降，因此在风沙环境下，双伞形瓷质绝缘子具有最好的耐污特性。
4.如权利要求1所述沙漠干旱区域高压输电线路绝缘子选型方法，其特征在于，所述步骤(3)的实验条件是：
进行复合绝缘子在强风沙环境下的表面磨蚀实验，考察历经磨蚀后复合绝缘子表面的材质变化和增水性变化；
实验条件
风速范围：35m/s；
送风模式：稳定风速；
模拟时间：45-60分钟；
送沙方式：现场采集沙尘，敷设于模拟系统地面，不同风速下，由风速自行调节沙尘浓度；
加电方式：不加电；
模拟实验完成后，取出绝缘子，用去离子水清洁绝缘子表面，凉干后进行憎水性分级测试、憎水性丧失特性测试，憎水性恢复特性测试；
结果表明历经强风沙磨蚀以后，复合绝缘子伞群护套部位最先出现磨蚀，表现为变白，局部破损。此外，由于磨蚀原因，复合绝缘子表面的憎水性丧失严重。
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