CN103914598A - 一种复合绝缘子耐受试验仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合绝缘子耐受试验仿真方法，主要包括：构建750kV线路复合绝缘子工频1min耐受试验有限元分析实体模型；建立分段计算模型，确定各段施加电压和分段系数；基于确定的各段施加电压和分段系数，向各分段施加对应的分段耐受试验电压，记录不同分段情况下复合绝缘子电位、电场分布曲线；根据复合绝缘子电位、电场分布曲线重新计算分段系数，通过对绝缘子仿真计算，得到其电场分布和电位分布信息。本发明所述复合绝缘子耐受试验仿真方法，可以克服现有技术中操作难度大、适用范围小和成本高等缺陷，以实现操作难度小、适用范围广和成本低的优点。

Description

一种复合绝缘子耐受试验仿真方法

技术领域

本发明涉及输配电技术领域，具体地，涉及一种复合绝缘子耐受试验仿真方法。

背景技术

随着750kV电压等级电网成为我国西北地区电网主网架，运行现场对750kV复合绝缘子开展工频1min耐受电压试验提出了要求。但根据相关标准，海拔2000m时的750kV复合绝缘子的湿工频1min耐受电压值为1185kV；750kV复合支柱绝缘子湿工频1min耐受电压为1085kV；海拔2000m以上时，相应的湿工频1min耐受电压值还要升高。

要在现场开展这样高电压等级的工频1min耐压试验，对于试验设备和试验条件都有较高要求，很多单位都不具备现场开展这样试验的能力。或者个别单位有能力，但在现场开展时也面临各种困难，如设备运输、试验技术经济性等问题。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在操作难度大、适用范围小和成本高等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种复合绝缘子耐受试验仿真方法，以实现操作难度小、适用范围广和成本低的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种复合绝缘子耐受试验仿真方法，主要包括：

a、构建750kV线路复合绝缘子工频1min耐受试验有限元分析实体模型；

b、基于750kV线路复合绝缘子工频1min耐受试验有限元分析实体模型，建立分段计算模型，确定各段施加电压U_n和分段系数K_n；

c、基于确定的各段施加电压U_n和分段系数K_n，向各分段施加对应的分段耐受试验电压U_n，记录不同分段情况下复合绝缘子电位、电场分布曲线；

d、根据复合绝缘子电位、电场分布曲线重新计算分段系数，通过对绝缘子仿真计算，得到其电场分布和电位分布信息。

进一步地，在步骤b中，所述确定各段施加电压U_n的操作，具体包括：

$U_n=\frac{U_t}{n}{K}_n=\frac{1185\mathrm{kV}}{n}{K}_n,n=\mathrm{1,2},..,6;$

上式中，U_n为工频1min分段耐受试验电压，U_t为工频1min耐受试验电压，n为分段试验段数，K_n为分段系数。

进一步地，在步骤b中，所述确定分段系数K_n的操作，具体为：

将试品平均分为6段进行工频耐受试验，以平均干闪电压乘以0.85，作为规定耐受电压；其中平均干闪电压为351kV，相应的分6段耐受试验电压为298.35kV；相应的分段系数为：

$K_n=\frac{298.35\mathrm{kV}}{197.5\mathrm{kV}}=1.52.$

进一步地，所述步骤d具体包括：

根据分段绝缘子加压段中部最小平均电场值和整段试验时的最小平均电场值重新计算分段系数。

本发明各实施例的复合绝缘子耐受试验仿真方法，由于主要包括：构建750kV线路复合绝缘子工频1min耐受试验有限元分析实体模型；建立分段计算模型，确定各段施加电压U_n和分段系数K_n；基于确定的各段施加电压U_n和分段系数K_n，向各分段施加对应的分段耐受试验电压U_n，记录不同分段情况下复合绝缘子电位、电场分布曲线；根据复合绝缘子电位、电场分布曲线重新计算分段系数，通过对绝缘子仿真计算，得到其电场分布和电位分布信息；可以采用有限元法，通过对绝缘子计算模型的离散、组合、加上给定边界条件等，即可得到其电场分布和电位分布；从而可以克服现有技术中操作难度大、适用范围小和成本高的缺陷，以实现操作难度小、适用范围广和成本低的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明复合绝缘子耐受试验仿真方法的流程示意图；

图2为本发明复合绝缘子耐受试验仿真方法中实体模型图；

图3为本发明复合绝缘子耐受试验仿真方法中实体模型局部放大图；

图4为本发明复合绝缘子耐受试验仿真方法中分段计算模型图；

图5为本发明复合绝缘子耐受试验仿真方法中是分段耐受仿真试验电位分布曲线图；

图6为本发明复合绝缘子耐受试验仿真方法中分段耐受仿真试验电场分布曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，如图1-图6所示，提供了一种复合绝缘子耐受试验仿真方法。该复合绝缘子耐受试验仿真方法，可以采用有限元法，通过对绝缘子计算模型的离散、组合、加上给定边界条件等，即可得到其电场分布和电位分布。

本实施例的复合绝缘子耐受试验仿真方法，包括以下步骤：

S101：构建750kV线路复合绝缘子工频1min耐受试验有限元分析实体模型；

S102：建立分段计算模型，确定各段施加电压U_n；其中，

$U_n=\frac{U_t}{n}{K}_n=\frac{1185\mathrm{kV}}{n}{K}_n,n=\mathrm{1,2},..,6;$

上式中，U_n为工频1min分段耐受试验电压，U_t为工频1min耐受试验电压，n为分段试验段数，K_n为分段系数；

S103：确定分段系数K_n；步骤S103具体为：

将试品平均分为6段进行工频耐受试验，以平均干闪电压乘以0.85，作为规定耐受电压；其中平均干闪电压为351kV，相应的分6段耐受试验电压为298.35kV；相应的分段系数：

$K_n=\frac{298.35\mathrm{kV}}{197.5\mathrm{kV}}=1.52.$

S104：向各分段施加对应的分段耐受试验电压U_n，记录不同分段情况下复合绝缘子电位、电场分布曲线；

S105：根据复合绝缘子电位、电场分布曲线重新计算分段系数，通过对绝缘子仿真计算、即可得到其电场分布和电位分布；步骤S105具体为：

根据分段绝缘子加压段中部最小平均电场值和整段试验时的最小平均电场值重新计算分段系数。

例如，具体应用中，上述实施例的复合绝缘子耐受试验仿真方法，可以包括以下步骤：

S101：构建750kV线路复合绝缘子工频1min耐受试验有限元分析实体模型。

根据《国家电网公司物资采购标准高海拔外绝缘配置技术规范》（2009版），海拔2000m时的750kV复合绝缘子的湿工频1min耐受电压值为1185kV。选取750kV复合绝缘子为仿真分析对象，构建750kV线路复合绝缘子工频1min耐受试验有限元分析实体模型如图2、图3所示。图2和3分别是750kV线路复合绝缘子工频1min耐受试验实体模型侧视图、局部放大图。

要在现场开展750kV复合绝缘子工频1min耐压试验，对于试验设备和试验条件都有较高要求，很多单位都不具备现场开展这样试验的能力。或者个别单位有能力，但在现场开展时也面临各种困难，如设备运输、试验技术经济性等问题。为了便于开展750kV复合绝缘子现场工频1min耐受电压试验，可以通过750kV复合绝缘分段试验来等效整段工频耐压试验。

S102：建立分段计算模型，确定各段施加电压。

本发明以750kV复合绝缘子为研究对象，分别仿真计算其在2分段、3分段、4分段、5分段、6分段时的电位电场分布，仿真计算实体模型如图5-1所示。为了便于后面分析，对复合绝缘子分段子杆塔侧从上向下编号，本别记为1段，2段，…，n段，如图4所示。

对750kV复合绝缘子工频1min分段耐受试验进行仿真分析时，每段施加的电压为 $U_n=\frac{U_t}{n}{K}_n=\frac{1185\mathrm{kV}}{n}{K}_n,n=\mathrm{1,2},..,6;$

上式中，U_n为工频1min分段耐受试验电压，U_t为工频1min耐受试验电压，n为分段试验段数，K_n为分段系数；

S103：确定分段系数。

考虑到长气隙绝缘的击穿电压随长度增加具有饱和效应，如果简单按照式分段系数K_n=1进行试验，有可能出现分段试验能通过的试品但在整段试验时通不过的情况。

对于750kV复合绝缘子进行分段试验时按照如下方法进行：试品平均分为6段进行工频耐受试验，以平均干闪电压乘以0.85，作为规定耐受电压；其中平均干闪电压为351kV，相应的分6段耐受试验电压为298.35kV；相应的分段系数：

$K_n=\frac{298.35\mathrm{kV}}{197.5\mathrm{kV}}=1.52.$

S104：向各分段施加对应的分段耐受试验电压U_n，记录不同分段情况下复合绝缘子电位、电场分布曲线。

本发明上述各实施例的复合绝缘子耐压分析计算方法，采用经过二次开发的有限元数值计算方法，并应用具有强大的实体造型、计算、数据分析和后处理功能的软件及工作站，对处于运行状态、整段工频耐压试验、分段工频耐压试验情况下的750kV线路复合绝缘子，分别进行了电场数值分析；对处于整段工频耐压试验、分段工频耐压试验情况下的750kV复合支柱绝缘子，分别进行了电场数值分析。

为了更清楚的分析工频1min耐受试验中复合绝缘子的电位、电场分布规律，自复合绝缘子高压侧起沿绝缘子轴向，作出750kV复合绝缘子护套表面在工频1min整段耐受试验和分1-6段耐受试验中的电位、电场分布对比曲线，如图5-6所示。图5是750kV复合绝缘子工频1min整段和分段耐受仿真试验电位分布曲线。从图中可以看出，整体上分段时沿复合绝缘子轴向的电位分布没有整段试验的电位曲线陡。图6是复合绝缘子护套表面在工频1min整段和分段耐受试验中沿绝缘子轴向的电场分布曲线。从图5和图6中可以看出，由于分段试验时没有配置均压环，在加压段的两端电场强度很高。在1段试验时，高压端附近护套表面的电场强度超过了3000V/mm。对于加压段，其两端电场强度比整段分布相同位置的电场强度高。由于在获取沿护套表面电场分布曲线时，经过了护套和空气两种介质，因此之前的护套表面的电场分布曲线均波动较大。整段试验和分段试验的电场分布曲线下部都较为平缓。其中整段试验时其曲线下部电场平均最小值约为100V/mm；分段时，1段曲线下部电场平均最小值约为75V/mm；2段曲线下部电场平均最小值约为100V/mm。

S105：根据复合绝缘子电位、电场分布曲线重新计算分段系数。

通过前面对不同分段情况下工频耐受试验的仿真分析可以看出，不同分段数时，每段都是首末两端电场强度较高，中间电场强度低；并且除2分段中的第2段外，其余的每段试验中绝缘子护套表面最低电场强度几乎都相同，均为75V/mm左右。由于相同分段数时，每段的加压部分的电场分布几乎相同，因此为了比较不同分段数对于绝缘子表面电场分布的影响，只需每种分段情况各选一段来做对比即可。

对复合绝缘子做整段工频耐受试验是为了考核绝缘子在长期工作中的可靠性，避免出现绝缘子在运行中发生沿面闪络。而影响绝缘子的沿面闪络的因素较多，但主要受3个条件影响：（1）绝缘子两端电场值是否够大以引起初始放电；（2）绝缘子整段平均电场强度是否足够大以支持闪络的发展；（3）绝缘子伞形结构。对于不同伞形结构的复合绝缘子其工频1min耐受试验电压是相同的，这说明绝缘子伞形结构不应该是影响分段系数的考虑因素。

从图6中可以看出，在分段试验仿真分析中，分段绝缘子两端的电场强度均比整段试验中绝缘子的最大电场强度大。这说明按照仿真分析中的绝缘子加压方式，其对绝缘两端的考核是足够的，满足了第（1）个条件。分段试验中，分段绝缘子加压段中部最小平均电场值均为75V/mm，小于整段试验时的最小平均电场值100V/mm。这说明仿真中分段试验对于绝缘子整段平均电场强度考核是不够的。

为了达到对绝缘子绝缘强度的考核目的，满足第（2）条件，在分段试验中必须使绝缘子中部的电场强度也要足够大。简单起见，为满足第（2）个条件，以分段绝缘子护套表面加压段中间部分的最小平均电场强度和整段试验时护套表面最小平均电场强度相等为分段系数确定标准。

按照上述分析，根据静电场求解的线性特点，750kV复合绝缘子工频1min分段耐受试验的分段系数应取为：

$K_n=\frac{100/\mathrm{mm}}{75V/\mathrm{mm}}=1.33.$

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种复合绝缘子耐受试验仿真方法，其特征在于，主要包括：

a、构建750kV线路复合绝缘子工频1min耐受试验有限元分析实体模型；

b、基于750kV线路复合绝缘子工频1min耐受试验有限元分析实体模型，建立分段计算模型，确定各段施加电压U_n和分段系数K_n；

c、基于确定的各段施加电压U_n和分段系数K_n，向各分段施加对应的分段耐受试验电压U_n，记录不同分段情况下复合绝缘子电位、电场分布曲线；

d、根据复合绝缘子电位、电场分布曲线重新计算分段系数，通过对绝缘子仿真计算，得到其电场分布和电位分布信息。

2.根据权利要求1所述的复合绝缘子耐受试验仿真方法，其特征在于，在步骤b中，所述确定各段施加电压U_n的操作，具体包括：

$U_n=\frac{U_t}{n}{K}_n=\frac{1185\mathrm{kV}}{n}{K}_n,n=\mathrm{1,2},..,6;$

上式中，U_n为工频1min分段耐受试验电压，U_t为工频1min耐受试验电压，n为分段试验段数，K_n为分段系数。

3.根据权利要求2所述的复合绝缘子耐受试验仿真方法，其特征在于，在步骤b中，所述确定分段系数K_n的操作，具体为：

将试品平均分为6段进行工频耐受试验，以平均干闪电压乘以0.85，作为规定耐受电压；其中平均干闪电压为351kV，相应的分6段耐受试验电压为298.35kV；相应的分段系数为：

$K_n=\frac{298.35\mathrm{kV}}{197.5\mathrm{kV}}=1.52.$

4.根据权利要求1-3中任一项所述的复合绝缘子耐受试验仿真方法，其特征在于，所述步骤d具体包括：

根据分段绝缘子加压段中部最小平均电场值和整段试验时的最小平均电场值重新计算分段系数。