CN103559961A - 一种110千伏电压等级防冰型复合绝缘子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种110千伏电压等级防冰型复合绝缘子，解决了覆冰严重地区110千伏电压等级的输电线路复合绝缘子相邻伞裙容易被覆冰桥接的问题。包括从低压侧碗头到高压侧球头均布设置的26个绝缘子伞是按以下顺序排列的：在低压侧碗头的右侧设置有第一绝缘子超大伞（1），在第一绝缘子超大伞（1）的右侧设置有第一绝缘子大伞（2），在第一绝缘子大伞（2）的右侧依次设置两个绝缘子小伞后设置有第二绝缘子大伞（3），按此规律设置的四个超大伞2(2,3)-2(1,2)-2(2,3)-1(2)结构型防冰型复合绝缘子，其中的括号外数字代表超大伞的数量，括号内数字代表小伞数量。保证了绝缘子的有效爬电距离，大大降低了覆冰闪络事故发生的频率。

Description

一种110千伏电压等级防冰型复合绝缘子

技术领域

本发明涉及一种输电线路上使用的复合绝缘子，特别涉及一种在重覆冰地区所使用的110千伏电压等级的防冰型复合绝缘子。

背景技术

在输电线路容易出现重覆冰，并且大气环境污秽程度严重的地区，输电线路上的绝缘子一般是选用复合绝缘子。但现有的复合绝缘子伞间距小，在覆冰期存在相邻伞裙容易被覆冰桥接的问题，覆冰将伞裙桥接直接导致绝缘子的有效爬电距离大幅缩短，诱发覆冰闪络事故。为了克服这些缺陷，有些复合绝缘子产品采用了加大伞形的插花结构，但对插花结构的伞形设计或者选型均处于探索阶段，还没有找到一个有实验数据支撑的合理的设计方案，有人建议对绝缘子采用人工覆冰试验的方法，但该种方法存在费时费力，成本高昂和实验持续时间长的缺点。

发明内容

本发明提供了一种110千伏电压等级防冰型复合绝缘子，解决了覆冰严重地区110千伏电压等级的输电线路复合绝缘子相邻伞裙容易被覆冰桥接的技术问题。

一种110千伏电压等级防冰型复合绝缘子，包括低压侧碗头和高压侧球头，在低压侧碗头与高压侧球头之间均布设置有26个绝缘子伞，从低压侧碗头到高压侧球头均布设置的26个绝缘子伞是按以下顺序排列的：在低压侧碗头的右侧设置有第一绝缘子超大伞，在第一绝缘子超大伞的右侧设置有第一绝缘子大伞，在第一绝缘子大伞的右侧依次设置两个绝缘子小伞后设置有第二绝缘子大伞，在第二绝缘子大伞的右侧依次设置三个绝缘子小伞后设置有第二绝缘子超大伞，在第二绝缘子超大伞的右侧设置有第三绝缘子大伞，在第三绝缘子大伞的右侧设置一个绝缘子小伞后设置有第四绝缘子大伞，在第四绝缘子大伞的右侧设置两个绝缘子小伞后设置有第三绝缘子超大伞，在第三绝缘子超大伞的右侧设置有第五绝缘子大伞，在第五绝缘子大伞的右侧设置两个绝缘子小伞后设置有第六绝缘子大伞，在第六绝缘子大伞的右侧设置三个绝缘子小伞后设置有第四绝缘子超大伞，在第四绝缘子超大伞的右侧设置有第七绝缘子大伞，在第七绝缘子大伞的右侧依次设置有两个绝缘子小伞。

所述的15个绝缘子小伞的伞裙直径均为100毫米，所述的第一绝缘子大伞、第二绝缘子大伞、第三绝缘子大伞、第四绝缘子大伞、第五绝缘子大伞、第六绝缘子大伞和第七绝缘子大伞的伞裙直径均为150毫米，第一绝缘子超大伞、第二绝缘子超大伞、第三绝缘子超大伞和第四绝缘子超大伞的伞裙直径均为300毫米。

本发明克服了110千伏电压等级的复合绝缘子的覆冰容易将伞裙桥接的缺陷，保证了绝缘子的有效爬电距离，大大降低了覆冰闪络事故发生的频率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

即四个超大伞2(2,3)-2(1,2)-2(2,3)-1(2)结构型防冰型复合绝缘子的结构示意图；

图2是一大一小伞常规结构型复合绝缘子的结构示意图；

图3是三个超大伞4-4-2结构型防冰型复合绝缘子的结构示意图；

图4是四个超大伞3-2-3-1结构型防冰型复合绝缘子的结构示意图；

图5是四个超大伞2-2-3-2结构型防冰型复合绝缘子的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

图1是本发明的防冰型复合绝缘子的结构示意图，本发明的这种结构也称为：四个超大伞2(2,3)-2(1,2)-2(2,3)-1(2)结构型；即在两金具之间间隔地设置4个超大伞，在第一个超大伞与第二个超大伞之间间隔地设置有2个大伞，在2个大伞之间设置有2个小伞，在第二个大伞与第二个超大伞之间设置有3个小伞，这就是前述的2(2,3)的含义；2(1,2)、2(2,3)和1(2)是分别指第二个超大伞与第三个超大伞之间，第三个超大伞与第四个超大伞之间和第四个超大伞右侧的大伞与小伞的布置数量，这里就不再赘述。本发明的具体结构如下：一种110千伏电压等级防冰型复合绝缘子，包括低压侧碗头和高压侧球头，在低压侧碗头与高压侧球头之间均布设置有26个绝缘子伞，从低压侧碗头到高压侧球头均布设置的26个绝缘子伞是按以下顺序排列的：在低压侧碗头的右侧设置有第一绝缘子超大伞1，在第一绝缘子超大伞1的右侧设置有第一绝缘子大伞2，在第一绝缘子大伞2的右侧依次设置两个绝缘子小伞后设置有第二绝缘子大伞3，在第二绝缘子大伞3的右侧依次设置三个绝缘子小伞后设置有第二绝缘子超大伞4，在第二绝缘子超大伞4的右侧设置有第三绝缘子大伞5，在第三绝缘子大伞5的右侧设置一个绝缘子小伞后设置有第四绝缘子大伞6，在第四绝缘子大伞6的右侧设置两个绝缘子小伞后设置有第三绝缘子超大伞7，在第三绝缘子超大伞7的右侧设置有第五绝缘子大伞8，在第五绝缘子大伞8的右侧设置两个绝缘子小伞后设置有第六绝缘子大伞9，在第六绝缘子大伞9的右侧设置三个绝缘子小伞后设置有第四绝缘子超大伞10，在第四绝缘子超大伞10的右侧设置有第七绝缘子大伞11，在第七绝缘子大伞11的右侧依次设置有两个绝缘子小伞。

所述的15个绝缘子小伞的伞裙直径均为100毫米，所述的第一绝缘子大伞2、第二绝缘子大伞3、第三绝缘子大伞5、第四绝缘子大伞6、第五绝缘子大伞8、第六绝缘子大伞9和第七绝缘子大伞11的伞裙直径均为150毫米，第一绝缘子超大伞1、第二绝缘子超大伞4、第三绝缘子超大伞7和第四绝缘子超大伞10的伞裙直径均为300毫米。

本发明是根据防冰型复合绝缘子在带电条件下冰棱生长与电场强度之间的作用关系，结合试验测量结果，采用连续动态的数值计算方法，对110kV电压等级的复合绝缘子进行了结构优化设计的结果。

本发明是通过以下几个关键技术来实现复合绝缘子的选型设计的：（1）根据实际覆冰工况，在人工覆冰环境中，模拟带电覆冰条件下冰棱的生长规律。数值计算模型中需要使用带电条件下的冰棱生长曲线，该曲线的绘制是以实际覆冰工况为基准，在人工覆冰实验室中开展等效性试验后的测量曲线。用于数值计算中确定每一个时间步长下的冰棱生长长度。（2）以冰棱尖端的电场强值作为冰棱生长终止的判据。实际覆冰工况下，冰棱长度生长至一定程度后不再伸长，此时，冰棱尖端场强达到临界值，通过试验模拟发现这一临界场强值具有统计规律，维持在25kV/cm。当冰棱长度生长至尖端场强达到这一临界值时，冰棱长度达到饱和值。（3）统计冰棱终止生长后的伞间间隙值与仿真步长时间。人工覆冰试验发现，复合绝缘子上沿串伞裙间隙的增大有利于提高覆冰闪络电压，提升复合绝缘子的防覆冰性能。数值计算模型的输出结果包含有两个评判指数，分别是覆冰达到稳态后的沿串空气间隙总和，以及达到稳态所需要的仿真时间步长。前者直接反应覆冰闪络电压的高低，后者反应该类型防冰绝缘子延缓覆冰的效果。

本发明所公开的技术方案是在对110kV电压等级防冰型复合绝缘子的五种典型结构，如图1-图5所示的形式，进行全过程仿真，通过数值计算的模拟方法，所得到的结论。在这五种典型结构中的超大伞直径均为300毫米，大伞直径均为150毫米，小伞直径均为100毫米。数值计算时，下方无伞群的超大伞和大伞上的冰棱增长速度保持不变，其余冰棱均按照尖端最大场强值确定下次仿真时的冰棱长度，冰棱生长速度依据以下规则确定：（1）根据试验结果，超大伞冰棱增长速度是普通大伞（如图3中的编号3的大伞）的2倍，是超大伞保护下相邻大伞（如图3中的编号2的大伞）的4倍；（2）冰棱尖端最大场强Emax<15kV/cm时，冰棱生长速度保持基值；（3）冰棱尖端最大场强15kV/cm ≤Emax<25kV/cm时，冰棱生长速度减为基值的一半；（4）冰棱尖端最大场强Emax≥25kV/cm时，冰棱停止生长。冰棱尖端最大场强Emax<15kV/cm时，普通大伞保护的大伞冰棱生长1cm所需的标幺时间为1，以此为标准确定某一时间各伞冰棱长度。依次对以上各种伞形结构绝缘子进行全过程仿真，得到以下各表中的结果。表1列出了不同伞形结构，包括一大一小伞、加插三个超大伞（4-4-2）、加插四个超大伞（3-2-3-1、2-2-3-2）和加插四个超大伞并改变大小伞布置（2(2,3)-2(1,2)-2(2-3)-1(2)）五种结构复合绝缘子冰棱停止生长时，各冰棱与下伞间空气间隙长度（表中用各伞在对应附图中标注的序号加＃加b来表示，其单位为毫米）及生长总时间的对比（表中的时间是以在普通大伞保护的大伞冰棱生长1厘米所需的标幺时间为1个单位进行测定记录的）：

五种结构的绝缘子冰棱停止生长时间隙长度及生长时间对比表

从以上表中可以看出，由于超大伞的伞间距大，冰棱桥接速度慢，且较大的伞间距使冰棱尖端空气间隙承担大多数压降，超大伞能够提供大量的冰棱前段间隙。冰棱生长至稳态时，采用加大伞结构的复合绝缘子，总间隙长度和总生长时间两个指标都优于常规一大一小伞结构（图2所示）。三插花（图3所示）与四插花（图1、图4、图5所示）结构相比，加插三个超大伞时超大伞间距更大，冰棱生长至稳态耗时更长；加插四个超大伞时超大伞冰棱数量更多，可以提供更多的空气间隙数量和距离，增加了电弧沿冰棱发展的难度。加插四个超大伞并改变大小伞分布（图1所示）后，大伞间距的增大使得对应冰棱尖端间隙距离增大，气隙总长度是所有伞形结构中最大的，且所需时间更长。数值计算结果表明，图1所示的复合绝缘子具有最优的防冰性能。

本发明的实验方法采用冰棱生长的数值计算模型，模拟了覆冰过程中电场与冰棱生长之间的动态变化过程，提出了以覆冰达到稳态时的空气间隙及时间步长作为反映复合绝缘子覆冰闪络电压性能的关键技术指标，该方法可用于多种类型复合绝缘子之间的选型和设计，设计思路明确，选型效率高，相对于传统人工覆冰试验选型设计而言，可大幅减少人力物力，提高工作效率，具有显著的工程实用性和经济效益。

Claims (2)

1. 一种110千伏电压等级防冰型复合绝缘子，包括低压侧碗头和高压侧球头，在低压侧碗头与高压侧球头之间均布设置有26个绝缘子伞，其特征在于，从低压侧碗头到高压侧球头均布设置的26个绝缘子伞是按以下顺序排列的：在低压侧碗头的右侧设置有第一绝缘子超大伞（1），在第一绝缘子超大伞（1）的右侧设置有第一绝缘子大伞（2），在第一绝缘子大伞（2）的右侧依次设置两个绝缘子小伞后设置有第二绝缘子大伞（3），在第二绝缘子大伞（3）的右侧依次设置三个绝缘子小伞后设置有第二绝缘子超大伞（4），在第二绝缘子超大伞（4）的右侧设置有第三绝缘子大伞（5），在第三绝缘子大伞（5）的右侧设置一个绝缘子小伞后设置有第四绝缘子大伞（6），在第四绝缘子大伞（6）的右侧设置两个绝缘子小伞后设置有第三绝缘子超大伞（7），在第三绝缘子超大伞（7）的右侧设置有第五绝缘子大伞（8），在第五绝缘子大伞（8）的右侧设置两个绝缘子小伞后设置有第六绝缘子大伞（9），在第六绝缘子大伞（9）的右侧设置三个绝缘子小伞后设置有第四绝缘子超大伞（10），在第四绝缘子超大伞（10）的右侧设置有第七绝缘子大伞（11），在第七绝缘子大伞（11）的右侧依次设置有两个绝缘子小伞。

2. 根据权利要求1所述的一种110千伏电压等级防冰型复合绝缘子，其特征在于，所述的15个绝缘子小伞的伞裙直径均为100毫米，所述的第一绝缘子大伞（2）、第二绝缘子大伞（3）、第三绝缘子大伞（5）、第四绝缘子大伞（6）、第五绝缘子大伞（8）、第六绝缘子大伞（9）和第七绝缘子大伞（11）的伞裙直径均为150毫米，第一绝缘子超大伞（1）、第二绝缘子超大伞（4）、第三绝缘子超大伞（7）和第四绝缘子超大伞（10）的伞裙直径均为300毫米。

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