CN112051487B - 一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，包括：A、搭建多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台；B、试验得到原始设定条件下的单串普通绝缘子、单串防雷绝缘子、多串并联绝缘子的覆冰闪络电压；C、多串并联绝缘子中并联的普通绝缘子的数量为一串；D、试验得到全部的不同绝缘子串间距的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压；E、试验得到全部的不同大伞裙片数的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压，曲线拟合得到函数关系；F、若并联的普通绝缘子的数量低于m，则数量增加一串，返回步骤D；G、对多串并联绝缘子的串长或伞形结构进行重新设计。本发明针对多串并联绝缘子的覆冰闪络特性，根据杆塔窗口尺寸对多串并联绝缘子重新设计。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路技术领域，尤其涉及一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法。
背景技术
随着输电线路输送容量、跨越档距和电压等级的增加，输电导线截面积、分裂数也逐渐提高，杆塔受力随之增加，因此对线路绝缘子串的机械强度要求也越来越高；在输电线路工程建设中，常采用多串绝缘子并联以满足上述情况下的机械强度受力要求。与此同时，输电线路出于防雷的需要常采用防雷绝缘子或避雷器与普通绝缘子串并联，在覆冰条件下，上述组合式多串并联绝缘子结构的覆冰闪络特性是影响其绝缘耐受能力的重要因素。
目前，国内外对输电线路绝缘子串覆冰闪络特性的研究主要集中在“I”型单串、“II”或“V”型双串上，而由于放电路径和闪络概率的增加，多串并联绝缘子的覆冰闪络特性与单串绝缘子确实存在差异，且现有技术中未对大于2的多串普通绝缘子并联防雷绝缘子结构进行覆冰闪络试验。国内也有对多串并联绝缘子交直流污秽闪络特性开展研究的报导，但由于覆冰闪络与污秽闪络在放电路径和临界闪络电流上存在显著差异，且对于运行条件下的绝缘子串，其覆冰闪络时绝缘子表面为“污秽+覆冰”的组合形式，因此现有技术中多串并联绝缘子的污秽闪络特性规律无法应用于绝缘子的覆冰闪络。对于多串并联绝缘子设计方法，现有技术中也有采用增加多串并联绝缘子绝缘距离来补偿相对于单串绝缘子的闪络电压降低，但在实际工程应用中，受杆塔窗口尺寸限制，以及串长增加易引起风偏闪络影响，因此增加绝缘子串绝缘距离往往难以实施。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本发明提供一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，解决现有技术的不足，针对多串并联绝缘子的覆冰闪络特性试验，根据杆塔窗口尺寸对多串并联绝缘子重新设计。
(二)技术方案
基于上述的技术问题，本发明提供一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，包括以下方法：
A、在人工覆冰气候室搭建一串防雷绝缘子并联至少一串普通绝缘子的多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台；
B、在所述多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台，试验得到原始设定条件下的单串普通绝缘子、单串防雷绝缘子、多串并联绝缘子的覆冰闪络电压，分别为U普通、U防雷、U多串；
C、所述多串并联绝缘子中并联的所述普通绝缘子的数量为一串；
D、在原始设定条件下，依次改变为全部的不同绝缘子串间距，试验得到对应的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压U′多串；
E、在原始设定条件下，依次改变为全部的不同大伞裙片数，试验得到对应的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压，通过曲线拟合得到多串并联绝缘子覆冰闪络电压u与大伞裙片数n的函数关系u＝f(n)；
F、若并联的所述普通绝缘子的数量低于m，则所述多串并联绝缘子中并联的所述普通绝缘子的数量增加一串，返回步骤D；
G、对多串并联绝缘子的串长或伞形结构进行重新设计：
G1、根据步骤D的试验结果计算多串并联绝缘子覆冰闪络电压相对于单串普通绝缘子、单串防雷绝缘子覆冰闪络电压的降低值：
G2、判断杆塔窗口尺寸是否满足增加绝缘子串长要求，若是，则进入步骤G3，若否，则进入步骤G4；
G3、对多串并联绝缘子串长L重新设计为：
式中，L0为多串并联绝缘子初始串长；
G4、对多串并联绝缘子伞形结构重新设计为：在多串并联绝缘子中的普通绝缘子和防雷绝缘子绝缘段中等间距的设置n片大伞裙，
n＝f-1(max{U普通，U防雷})，
上式中，n＝f-1(u)为步骤E所述的u＝f(n)的反函数。
进一步的，步骤D中所述的全部的不同的子串间距均在多串并联绝缘子串间距Ds的最小值和最大值之间，所述多串并联绝缘子串间距Ds的最小值和最大值分别为：
Dsmax＝Max{d普通，d防雷}，
其中，d普通、d防雷分别为普通绝缘子和防雷绝缘子的伞裙直径。
进一步的，步骤E包括以下步骤：
E1、获取多串并联绝缘子中的普通绝缘子和防雷绝缘子的干弧距离，记为h普通、h防雷；
E2、根据覆冰厚度b时的最大冰凌长度l计算普通绝缘子、防雷绝缘子绝缘段中设置的大伞裙片数最大值Nmax,普通、Nmax,防雷，取最大值为多串并联绝缘子设置的大伞裙片数的最大值：
c≥kl,
式中，c为大伞裙间距、k为伞间距配合系数；
E3、在所述大伞裙片数最大值Nmax,普通、Nmax,防雷范围内取全部的不同的大伞裙片数，试验得到全部的不同的大伞裙片数对应的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压；
E4、由所述大伞裙片数n与对应的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压u，曲线拟合得到多串并联绝缘子覆冰闪络电压u与大伞裙片数n的函数关系u＝f(n)。
进一步的，步骤A中所述的多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台包括：依次串接的调压器与升压变压器，保护电阻，分压器，人工覆冰气候室，穿过所述人工覆冰气候室的侧面墙的穿墙套管，分别安装在人工覆冰气候室内的顶部电动葫芦上或侧面墙上的挂接装置与覆冰喷淋系统，以及与挂接装置相连的多串并联绝缘子串，所述升压变压器的一端连接保护电阻的一端，所述升压变压器的另一端与分压器的一端均接地，所述保护电阻的另一端与分压器的另一端均经所述穿墙套管与所述多串并联绝缘子串的高压端相连，所述覆冰喷淋系统喷出的水滴以45度角喷淋在所述多串并联绝缘子上。
进一步的，步骤B、D、E中得到所述的覆冰闪络电压的试验方法为：
S1、根据被测绝缘子应用线路污秽等级选择伞裙表面等值附盐密度参数，采用固体涂层法对其进行预染污；
S2、开启人工覆冰气候室的制冷系统，降低人工覆冰气候室的温度至覆冰温度，采用喷壶在被测绝缘子伞裙表面喷洒一层水膜，使水膜冻结成一薄层覆冰：
S3、设置人工覆冰气候室的环境参数和覆冰水电导率，开启覆冰喷淋系统，对被测绝缘子进行覆冰，直至被测绝缘子的表面覆冰厚度b达到要求值，记录被测绝缘子表面覆冰形态、被测绝缘子的冰凌长度l；
S4、关闭人工覆冰气候室的覆冰喷淋系统，通过降低人工覆冰气候室的温度对被测绝缘子表面覆冰层进行冻结，然后开启人工覆冰气候室的融冰灯系统，对被测绝缘子加热升温至覆冰层表面出现水膜；
S5、通过人工覆冰气候室外的调压器和升压变压器，逐步升高施加给被测绝缘子的电压数值，当被测绝缘子发生闪络时，记录闪络电压数值、闪络放电路径；
S6、若测试次数小于N次，则所述测试次数加一，返回步骤S1，否则，将N次试验的所述闪络电压数值的算术平均值作为被测绝缘子在设定条件下的覆冰闪络电压。
进一步的，步骤S3中所述的被测绝缘子的表面覆冰厚度b的测量方法为：
S3.1、在被测绝缘子覆冰之前，在被测绝缘子上、中、下选择三片伞裙，测量每片伞裙前、后、左、右四个方向的伞裙厚度得到未覆冰时的伞裙边缘厚度；
S3.2、被测绝缘子覆冰后，先将施加在被测绝缘子上电压降至0，对被测绝缘子充分放电并接地后，测量与S3.1中被测绝缘子相同测量位置的伞裙厚度得到覆冰后的伞裙边缘厚度；
S3.3、将所述覆冰后的伞裙边缘厚度减去对应的所述未覆冰时的伞裙边缘厚度作为对应位置的覆冰厚度，取前、后、左、右冰厚的平均值作为该片伞裙覆冰厚度，取上、中、下三片伞裙覆冰厚度的平均值为被测绝缘子的覆冰厚度b。
进一步的，步骤S3中所述的被测绝缘子的冰凌长度l的测量方法为：
S3.4、用游标卡尺测量被测绝缘子伞裙边缘的最长冰凌长度得到被测绝缘子的冰凌长度l。
进一步的，步骤S5所述的闪络电压数值的获取方法为：
S5.1、将施加给被测绝缘子的电压升高至被测绝缘子的伞裙表面出现局部电弧，此时电压为U，并在电压U下维持时间T；
S5.2、判断在电压U下维持时间T过程中，被测绝缘子是否发生闪络放电，若发生闪络放电，则被测绝缘子的闪络电压数值Un＝U，否则转入S5.3；
S5.3、将U升高5％的数值，即U＝(1+5％)U，回到步骤S5.2。
进一步的，步骤S1中所述等值附盐密度参数包括等值附盐密度ESDD和等值灰密NSDD。
进一步的，所述步骤E还包括：
E5、普通绝缘子和防雷绝缘子的所述大伞裙的直径D普通、D防雷为：
Uf＝k1x+k2，
D普通＝d普通+2×(b+x)，D防雷＝d防雷+2×(b+x)，
式中，Uf为多串并联绝缘子应用线路额定电压，x为覆冰后冰凌间隙距离，k1、k2为常数，d普通、d防雷为普通绝缘子和防雷绝缘子的伞裙直径，b为被测绝缘子的表面覆冰厚度。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
(1)本发明针对多串并联绝缘子进行覆冰闪络试验，按杆塔窗口尺寸分情况对多串并联绝缘子进行重新设计，即通过改变串长或大伞裙片数进行重新设计，使得多串并联绝缘子仍能满足覆冰闪络电压要求；
(2)本发明通过多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台进行被测绝缘子的覆冰闪络电压的试验，模拟了绝缘子表面为“污秽+覆冰”的组合形式、覆冰厚度、冰凌长度，模拟得到实际覆冰条件下的覆冰闪络电压的真实数据，为改进方案提供了可靠支持；
(3)本发明提高了应用多串并联绝缘子线路在覆冰条件下的运行安全和可靠性，为考虑绝缘子间电离空气和覆冰闪络概率影响的多串并联绝缘子外绝缘结构设计提供了解决方案，也适用于不同电压等级的交直流多串并联绝缘子覆冰闪络特性及其串长、伞形结构设计。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明实施例一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法的流程图；
图2为本发明实施例的多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台示意图；
图3为本发明实施例的多串并联绝缘子的悬挂方式示意图；
图4为本发明实施例的双串并联绝缘子的结构示意图；
图5为本发明实施例的被测绝缘子的覆冰闪络电压的试验方法的流程图；
图6为本发明实施例的被测绝缘子的闪络电压数值的获取方法的流程图；
图中：1：调压器；2：升压变压器；3：保护电阻；4：分压器；5：穿墙套管；6：挂接装置；7：110kV多串并联绝缘子串；8：覆冰喷淋系统；9：人工覆冰气候室；10：输电导线；11：挂板；12：三角联板；13：U型挂板；14：球头挂环；15：防雷防冰绝缘子；16：普通复合绝缘子；17：防雷防冰绝缘子防雷段；18：防雷防冰绝缘子绝缘段；19：绝缘段放电间隙；20：线夹。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，如图1所示，以110kV多串并联绝缘子为例，包括以下步骤：
A、在人工覆冰气候室9搭建一串防雷绝缘子并联至少一串普通绝缘子的多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台：
在人工覆冰气候室搭建110kV多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台，如图2所示，该试验平台包括调压器1、升压变压器2、保护电阻3、分压器4、穿墙套管5、挂接装置6、110kV多串并联绝缘子串7、覆冰喷淋系统8、人工覆冰气候室9，其中调压器1与升压变压器2依次串接，所述升压变压器2的一端连接保护电阻3的一端，所述升压变压器2的另一端与分压器4的一端均接地，所述保护电阻3的另一端与分压器4的另一端均经穿墙套管5与110kV多串并联绝缘子串7高压端相连；即分压器4并联在保护电阻3输出端，用于测量施加在110kV多串并联绝缘子串7上的电压；所述穿墙套管5穿过所述人工覆冰气候室9的侧面墙，多串并联绝缘子串7经挂接装置6吊挂在人工覆冰气候室9的电动葫芦上，挂接装置6下方还吊有并联的110kV单“I”串普通绝缘子、110kV单“I”串防雷绝缘子；覆冰喷淋系统8安装在人工覆冰气候室9侧面墙上，喷出的水滴以45度角喷淋在多串并联绝缘子7上。
所述110kV多串并联绝缘子串7为单串防雷绝缘子与至少一串普通绝缘子并联，一般最多并联6串绝缘子，因此试验1-5串并联的普通绝缘子，相邻两串绝缘子间距相等，其在挂接装置6上的悬挂方式如附图3所示：A表示防雷绝缘子，B表示普通绝缘子，Ds表示绝缘子间距，2串并联绝缘子为附图3的a所示的“一”字型排列，3串并联绝缘子为附图3的b所示的等边三角形排列，4串并联绝缘子为附图3的c所示的正方形排列，5串并联绝缘子为附图3的d所示的防雷绝缘子与正方形排列的普通绝缘子的一边成等三角形排列，6串并联绝缘子为附图3的e所示的倒“日”字型排列。
本实施例以110kV多串并联绝缘子串7为双串并联时的结构示意图为例，如附图4，所述挂接装置6包括依次相连的挂板11，三角联板12，U型挂板13，球头挂环14，每个防雷防冰绝缘子15或普通复合绝缘子16通过球头挂环14、U型挂板13挂接在三角联板12上，并通过线夹20与输电导线10连接，所述防雷防冰绝缘子15包括防雷段17和绝缘段18，以及位于绝缘段18两端的绝缘段放电间隙19。
B、在所述多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台，试验得到原始设定条件下的单串普通绝缘子、单串防雷绝缘子、多串并联绝缘子的覆冰闪络电压，分别为U普通、U防雷、U多串；
运用所述多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台，试验得到被测绝缘子的覆冰闪络电压的试验方法如下，如图5所示，在步骤B中，被测绝缘子分别为多串并联绝缘子、单串普通绝缘子或单串防雷绝缘子：
S1、根据被测绝缘子应用线路污秽等级选择伞裙表面等值附盐密度参数，采用固体涂层法对其进行预染污，所述等值附盐密度参数包括等值附盐密度ESDD和等值灰密NSDD，与污秽等级的对应关系如表1所示：
表1污秽等级与等值附盐密度和等值灰密的对应关系
本实施例中，110kV多串并联绝缘子串应用线路污秽等级为III级、设计覆冰厚度15mm，根据表1选择伞裙表面等值附盐密度ESDD为0.25mg/cm2、等值灰密NSDD为1.5mg/cm2；首先采用固体涂层法对110kV双串并联绝缘子(1串110kV防雷绝缘子并联1串110kV普通绝缘子，串间距为100mm)进行染污。
S2、开启人工覆冰气候室9的制冷系统，降低人工覆冰气候室9的温度至覆冰温度，采用喷壶在被测绝缘子伞裙表面喷洒一层水膜，使水膜冻结成一薄层覆冰：
本实施例中，降低人工覆冰气候室9的覆冰温度为-1.0℃，110kV双串并联绝缘子伞裙表面冻结成的薄层覆冰大约0.2mm。
S3、设置人工覆冰气候室9的环境参数和覆冰水电导率，开启覆冰喷淋系统8，对被测绝缘子进行覆冰，直至被测绝缘子的表面覆冰厚度b达到要求值，记录被测绝缘子表面覆冰形态、被测绝缘子的冰凌长度l，其中，所述的被测绝缘子的表面覆冰厚度b和被测绝缘子的冰凌长度l的测量方法为：
S3.1、在被测绝缘子覆冰之前，在被测绝缘子上、中、下选择三片伞裙，用游标卡尺测量每片伞裙前、后、左、右四个方向的伞裙厚度得到未覆冰时的伞裙边缘厚度；
S3.2、被测绝缘子覆冰后，先将施加在被测绝缘子上电压降至0，对被测绝缘子充分放电并接地后，用游标卡尺测量与S3.1中被测绝缘子相同测量位置的伞裙厚度得到覆冰后的伞裙边缘厚度；
S3.3、将所述覆冰后的伞裙边缘厚度减去对应的所述未覆冰时的伞裙边缘厚度作为对应位置的覆冰厚度，取前、后、左、右冰厚的平均值作为该片伞裙覆冰厚度，取上、中、下三片伞裙覆冰厚度的平均值为被测绝缘子的覆冰厚度b；
S3.4、用游标卡尺测量被测绝缘子伞裙边缘的最长冰凌长度得到被测绝缘子的冰凌长度l。
本实施例中，人工覆冰气候室9的环境参数为：人工覆冰气候室9的覆冰温度为-5.0℃，风速为3m/s，覆冰水量为1.5mm/min，覆冰水电导率为300μs/cm；对110kV双串并联绝缘子，普通绝缘子和防雷绝缘子在覆冰前测得的未覆冰时的伞裙边缘厚度如表2所示，开启覆冰喷淋系统，对110kV双串并联绝缘子进行覆冰，覆冰2.0小时后，测得的覆冰后的伞裙边缘厚度如表2所示，从而计算得到110kV防雷绝缘子和110kV普通绝缘子的覆冰厚度b分别为15.32mm、14.76mm；选取110kV防雷绝缘子和110kV普通绝缘子的伞裙边缘最长冰凌，用游标卡尺测得冰凌长度l为275.5mm。
表2 110kV双串并联绝缘子覆冰厚度测量数据单位：mm
S4、关闭人工覆冰气候室9的覆冰喷淋系统8，通过降低人工覆冰气候室9的温度对被测绝缘子表面覆冰层进行冻结，然后开启人工覆冰气候室9的融冰灯系统，对被测绝缘子加热升温至覆冰层表面出现水膜。
本实施例中，关闭人工覆冰气候室9的覆冰喷淋系统8，降低人工覆冰气候室9的温度至-10℃并持续时间40min，对双串并联绝缘子表面覆冰层进行冻结，然后开启人工覆冰气候室9的融冰灯系统，对绝缘子加热升温，持续时间20min后，覆冰层表面出现水膜。
S5、通过人工覆冰气候室9外的所述调压器1和升压变压器2，逐步升高施加给被测绝缘子的电压数值，当被测绝缘子发生闪络时，记录闪络电压数值、闪络放电路径等数据，其中，被测绝缘子的闪络电压数值的获取方法如图6所示，为：
S5.1、将施加给被测绝缘子的电压升高至被测绝缘子的伞裙表面出现局部电弧，此时电压为U，并在电压U下维持时间T；
S5.2、判断在电压U下维持时间T过程中，被测绝缘子是否发生闪络放电，若发生闪络放电，则被测绝缘子的闪络电压数值Un＝U，否则转入S5.3；
S5.3、将U升高5％的数值，即U＝(1+5％)U，回到步骤S5.2，直到待测试绝缘子发生闪络，从而分别得到被测绝缘子的闪络电压数值。
本实施例中，在15mm覆冰厚度下，逐步升高施加给110kV双串并联绝缘子的电压，当电压升至66kV时，绝缘子伞裙表面出现局部电弧，在U＝66kV下维持时间T＝3min，若在U＝66kV电压维持过程中，110kV双串并联绝缘子没有发生闪络放电，因此将施加电压升高至66×1.05＝69.3kV；然后在U＝69.3kV电压维持过程中，110kV双串并联绝缘子发生了闪络放电，因此得到待测试110kV双串并联绝缘子覆冰闪络电压为69.3kV，同理测试得到110kV单“I”串普通绝缘子、110kV单“I”串防雷绝缘子的覆冰闪络电压分别为71.5kV、83.2kV。
S6、若测试次数小于N次，则测试次数加一，返回步骤S1，否则，将N次试验的所述闪络电压数值的算术平均值作为被测绝缘子在设定条件下的覆冰闪络电压。
本实施例中，测试次数N＝5次，在环境温度-5℃、风速3m/s、覆冰厚度15mm条件下的重复五次测试110kV双串并联绝缘子、110kV单“I”串普通绝缘子、110kV单“I”串防雷绝缘子冰闪电压的覆冰闪络电压的试验数据如表3所示，得到110kV双串并联绝缘子、110kV单“I”串普通绝缘子、110kV单“I”串防雷绝缘子覆冰闪络电压分别为62.2kV、66.3kV、72.3kV。
表3 110kV双串并联绝缘子覆冰闪络电压数据单位：kV
C、所述多串并联绝缘子中并联的所述普通绝缘子的数量为一串；
D、在原始设定条件下，依次改变为全部的不同绝缘子串间距，试验得到全部的不同子串间距对应的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压U′多串；
D1、获取防雷绝缘子和普通绝缘子的伞裙直径d普通、d防雷；
D2、得到多串并联绝缘子串间距Ds的最小值和最大值分别为
Dsmax＝Max{d普通，d防雷} (2)
D3、在多串并联绝缘子串间距Ds的最小值和最大值之间根据实际取全部的不同的子串间距，试验得到全部的不同的子串间距对应的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压，试验方法如上所述的S1-S6，步骤D中被测绝缘子为全部的不同的子串间距的多串并联绝缘子。
本实施例中，获取110kV防雷绝缘子和110kV普通绝缘子伞裙直径，得到d普通＝180mm、d防雷＝255mm，从而得到110kV多串并联绝缘子串间距Ds的最小值和最大值分别为：
Dsmax＝Max{d普通，d防雷}＝255mm (2)
将与110kV防雷绝缘子并联的普通绝缘子数量设置为1～5，即2-6串并联绝缘子，同时将110kV多串并联绝缘子串间距设置为65mm、100mm、150mm、200mm、255mm等不同值，重复步骤S2-S7，得到110kV多串并联绝缘子在不同子串间距、不同并联的普通绝缘子数量条件下的覆冰闪络电压如表4所示。
表4 110kV多串并联绝缘子覆冰闪络电压数据单位：kV
| 串间距 | 65mm | 100mm | 150mm | 200mm | 255mm |
| 1串普通 | 59.7 | 62.2 | 64.6 | 64.9 | 64.5 |
| 2串普通 | 60.2 | 59.1 | 61.6 | 61.1 | 62.5 |
| 3串普通 | 54.4 | 57.2 | 58.1 | 59.8 | 58.4 |
| 4串普通 | 53.8 | 56.0 | 57.8 | 58.3 | 58.7 |
| 5串普通 | 52.6 | 55.3 | 54.4 | 56.0 | 55.8 |
E、在多串并联绝缘子中的普通绝缘子和防雷绝缘子绝缘段等间距的设置不同片数大伞裙，重复步骤S2-S7，直到完成全部大伞裙片数下的多串并联绝缘子覆冰闪络电压。通过曲线拟合得到多串并联绝缘子冰闪电压与大伞裙片数n的函数关系，记作u＝f(n)。
E1、获取多串并联绝缘子中的普通绝缘子和防雷绝缘子的干弧距离，记为h普通、h防雷，获取绝缘子伞裙直径，记为d普通、d防雷；
E2、根据覆冰厚度b时的最大冰凌长度l计算普通绝缘子、防雷绝缘子绝缘段中设置的大伞裙片数最大值Nmax,普通、Nmax,防雷，取最大值为多串并联绝缘子设置的大伞裙片数的最大值：
c≥kl，
式中，c为大伞裙间距、k为伞间距配合系数。
E3、在所述大伞裙片数最大值Nmax,普通、Nmax,防雷范围内取全部的不同的大伞裙片数，试验得到全部的不同的大伞裙片数对应的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压,试验方法如上所述的S1-S6，步骤E中被测绝缘子为全部的不同的大伞裙片数的多串并联绝缘子；
E4、由所述大伞裙片数n与对应的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压u，曲线拟合得到多串并联绝缘子覆冰闪络电压u与大伞裙片数n的函数关系u＝f(n)；
E5、根据覆冰后冰棱间隙距离x计算大伞裙直径D普通、D防雷为：
Uf＝k1x+k2，
D普通＝d普通+2×(b+x)，D防雷＝d防雷+2×(b+x)，
式中，Uf为多串并联绝缘子应用线路额定电压，x为覆冰后冰凌间隙距离，k1、k2为常数。
本实施例中，获取得到干弧距离h普通＝1000mm、h防雷＝1050mm，伞裙直径d普通＝180mm、d防雷＝255mm；根据覆冰厚度b＝15mm时的最大冰凌长度(l＝275.5mm)计算普通绝缘子、防雷绝缘子绝缘段中设置的大伞裙片数最大值Nmax,普通、Nmax,防雷，伞间距配合系数k取1.4：
c≥kl＝1.4×275.5＝385.7，
Nmax,普通、Nmax,防雷中的最大值即多串并联绝缘子设置的大伞裙片数的最大值等于3，覆冰后绝缘子主要由冰凌空气间隙承担电压，冰闪电压与间隙长度成正比,取常数k1＝18.9，k2＝36，对于110kV绝缘子，其应用线路额定电压Uf＝121kV，代入Uf＝k1x+k2，得到覆冰后冰凌间隙距离x＝4.5cm，从而得到大伞裙直径D普通、D防雷为：
D普通＝180+2×(15+45)＝300mm，
D防雷＝255+2×(15+45)＝375mm，
在110kV双串、三串、四串、五串、六串并联绝缘子中的普通绝缘子和防雷绝缘子绝缘段等间距的设置0-3片大伞裙，重复步骤S2-S7，完成全部大伞裙片数下的110kV多串并联绝缘子覆冰闪络电压，如表5所示。
表5不同大伞裙片数下110kV多串并联绝缘子覆冰闪络电压单位：kV
| 大伞裙片数 | 0 | 1 | 2 | 3 |
| 2串并联 | 62.2 | 69.5 | 72.7 | 70.2 |
| 3串并联 | 59.1 | 65.2 | 67.8 | 64.9 |
| 4串并联 | 57.2 | 62.5 | 64.5 | 62.9 |
| 5串并联 | 56.0 | 60.8 | 62.6 | 61.2 |
| 6串并联 | 55.3 | 60.4 | 61.8 | 61.0 |
通过曲线拟合得到110kV多串并联绝缘子覆冰闪络电压与大伞裙片数n的函数关系式如下：
对于110kV双串并联绝缘子：
u2(n)＝62.12+10.07n-2.45n2，
对于110kV绝缘子：
u3(n)＝59.00+8.75n-2.25n2，
u4(n)＝57.19+7.08n-1.73n2，
u5(n)＝55.99+6.39n-1.55n2，
u6(n)＝55.38+6.28n-1.48n2。
F、若并联的所述普通绝缘子的数量低于m，则所述多串并联绝缘子中并联的所述普通绝缘子的数量增加一个，返回步骤D；
一般并联的绝缘子数量为2-6串，其中并联的普通绝缘子数量为1-5串，因此，m取5，改变不同的并联的普通绝缘子数量，重复试验步骤D和E，不同的并联的普通绝缘子数量的试验数据见上述表4和表5。
G、对多串并联绝缘子的串长或伞形结构进行重新设计：
G1、根据步骤D的试验结果计算多串并联绝缘子覆冰闪络电压相对于单串普通绝缘子、单串防雷绝缘子覆冰闪络电压的降低值；
本实施例中，110kV双串并联绝缘子覆冰闪络电压相对于110kV单“I”串普通绝缘子、110kV单“I”串防雷绝缘子覆冰闪络电压的降低值为：
G2、判断杆塔窗口尺寸是否满足增加绝缘子串长要求，若是，则进入步骤G3，若否，则进入步骤G4；
G3、即杆塔窗口尺寸满足增加绝缘子串长要求时，对多串并联绝缘子串长L重新设计为：
本实施例中，对110kV双串并联绝缘子串长L重新设计为：
式中，L0为多串并联绝缘子初始串长，也就是将110kV双串并联绝缘子串长增加16％。
G4、即杆塔窗口尺寸不满足增加绝缘子串长要求时，对多串并联绝缘子伞形结构重新设计为：在多串并联绝缘子中的普通绝缘子和防雷绝缘子绝缘段中等间距的设置n片大伞裙；
本实施例中，通过在110kV双串绝缘子中的普通绝缘子和防雷绝缘子绝缘段中等间距的设置n片大伞裙，以提高多串并联绝缘子覆冰闪络电压。
将u＝max{U普通、U防雷}＝72.3kV代入步骤E中的u2(n)公式，得到：
上式中，
为u2(n)的反函数，取整数，也就是在110kV双串并联绝缘子绝缘段中等间距的设置2片大伞裙。
综上可知，通过上述的一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，具有以下优点：
(1)本发明针对多串并联绝缘子进行覆冰闪络试验，按杆塔窗口尺寸分情况对多串并联绝缘子进行重新设计，即通过改变串长或大伞裙片数进行重新设计，使得多串并联绝缘子仍能满足覆冰闪络电压要求；
(2)本发明通过多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台进行被测绝缘子的覆冰闪络电压的试验，模拟了绝缘子表面为“污秽+覆冰”的组合形式、覆冰厚度、冰凌长度，模拟得到实际覆冰条件下的覆冰闪络电压的真实数据，为改进方案提供了可靠支持；
(3)本发明提高了应用多串并联绝缘子线路在覆冰条件下的运行安全和可靠性，为考虑绝缘子间电离空气和覆冰闪络概率影响的多串并联绝缘子外绝缘结构设计提供了解决方案，也适用于不同电压等级的交直流多串并联绝缘子覆冰闪络特性及其串长、伞形结构设计。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，其特征在于，包括以下方法：
A、在人工覆冰气候室搭建一串防雷绝缘子并联至少一串普通绝缘子的多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台；
B、在所述多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台，试验得到原始设定条件下的单串普通绝缘子、单串防雷绝缘子、多串并联绝缘子的覆冰闪络电压，分别为U普通、U防雷、U多串；
C、所述多串并联绝缘子中并联的所述普通绝缘子的数量为一串；
D、在原始设定条件下，依次改变为全部的不同绝缘子串间距，试验得到对应的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压U′多串；
E、在原始设定条件下，依次改变为全部的不同大伞裙片数，试验得到对应的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压，通过曲线拟合得到多串并联绝缘子覆冰闪络电压u与大伞裙片数n的函数关系u＝f(n)；
F、若并联的所述普通绝缘子的数量低于m，则所述多串并联绝缘子中并联的所述普通绝缘子的数量增加一串，返回步骤D；
G、对多串并联绝缘子的串长或伞形结构进行重新设计：
G1、根据步骤D的试验结果计算多串并联绝缘子覆冰闪络电压相对于单串普通绝缘子、单串防雷绝缘子覆冰闪络电压的降低值：
G2、判断杆塔窗口尺寸是否满足增加绝缘子串长要求，若是，则进入步骤G3，若否，则进入步骤G4；
G3、对多串并联绝缘子串长L重新设计为：
式中，L0为多串并联绝缘子初始串长；
G4、对多串并联绝缘子伞形结构重新设计为：在多串并联绝缘子中的普通绝缘子和防雷绝缘子绝缘段中等间距的设置n片大伞裙，
n＝f-1(max{U普通，U防雷})，
上式中，n＝f-1(u)为步骤E所述的u＝f(n)的反函数。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，其特征在于，步骤D中所述的全部的不同的子串间距均在多串并联绝缘子串间距Ds的最小值和最大值之间，所述多串并联绝缘子串间距Ds的最小值和最大值分别为：
Dsmax＝Max{d普通，d防雷}，
其中，d普通、d防雷分别为普通绝缘子和防雷绝缘子的伞裙直径。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，其特征在于，步骤E包括以下步骤：
E1、获取多串并联绝缘子中的普通绝缘子和防雷绝缘子的干弧距离，记为h普通、h防雷；
E2、根据覆冰厚度b时的最大冰凌长度l计算普通绝缘子、防雷绝缘子绝缘段中设置的大伞裙片数最大值Nmax,普通、Nmax,防雷，取最大值为多串并联绝缘子设置的大伞裙片数的最大值：
c≥kl,
式中，c为大伞裙间距、k为伞间距配合系数；
E3、在所述大伞裙片数最大值Nmax,普通、Nmax,防雷范围内取全部的不同的大伞裙片数，试验得到全部的不同的大伞裙片数对应的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压；
E4、由所述大伞裙片数n与对应的多串并联绝缘子的覆冰闪络电压u，曲线拟合得到多串并联绝缘子覆冰闪络电压u与大伞裙片数n的函数关系u＝f(n)。
4.根据权利要求1所述的一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，其特征在于，步骤A中所述的多串并联绝缘子覆冰闪络试验平台包括：依次串接的调压器与升压变压器，保护电阻，分压器，人工覆冰气候室，穿过所述人工覆冰气候室的侧面墙的穿墙套管，分别安装在人工覆冰气候室内的顶部电动葫芦上或侧面墙上的挂接装置与覆冰喷淋系统，以及与挂接装置相连的多串并联绝缘子串，所述升压变压器的一端连接保护电阻的一端，所述升压变压器的另一端与分压器的一端均接地，所述保护电阻的另一端与分压器的另一端均经所述穿墙套管与所述多串并联绝缘子串的高压端相连，所述覆冰喷淋系统喷出的水滴以45度角喷淋在所述多串并联绝缘子上。
5.根据权利要求4所述的一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，其特征在于，步骤B、D、E中得到所述的覆冰闪络电压的试验方法为：
S1、根据被测绝缘子应用线路污秽等级选择伞裙表面等值附盐密度参数，采用固体涂层法对其进行预染污；
S2、开启人工覆冰气候室的制冷系统，降低人工覆冰气候室的温度至覆冰温度，采用喷壶在被测绝缘子伞裙表面喷洒一层水膜，使水膜冻结成一薄层覆冰：
S3、设置人工覆冰气候室的环境参数和覆冰水电导率，开启覆冰喷淋系统，对被测绝缘子进行覆冰，直至被测绝缘子的表面覆冰厚度b达到要求值，记录被测绝缘子表面覆冰形态、被测绝缘子的冰凌长度l；
S4、关闭人工覆冰气候室的覆冰喷淋系统，通过降低人工覆冰气候室的温度对被测绝缘子表面覆冰层进行冻结，然后开启人工覆冰气候室的融冰灯系统，对被测绝缘子加热升温至覆冰层表面出现水膜；
S5、通过人工覆冰气候室外的调压器和升压变压器，逐步升高施加给被测绝缘子的电压数值，当被测绝缘子发生闪络时，记录闪络电压数值、闪络放电路径；
S6、若测试次数小于N次，则所述测试次数加一，返回步骤S1，否则，将N次试验的所述闪络电压数值的算术平均值作为被测绝缘子在设定条件下的覆冰闪络电压。
6.根据权利要求5所述的一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，其特征在于，步骤S3中所述的被测绝缘子的表面覆冰厚度b的测量方法为：
S3.1、在被测绝缘子覆冰之前，在被测绝缘子上、中、下选择三片伞裙，测量每片伞裙前、后、左、右四个方向的伞裙厚度得到未覆冰时的伞裙边缘厚度；
S3.2、被测绝缘子覆冰后，先将施加在被测绝缘子上电压降至0，对被测绝缘子充分放电并接地后，测量与S3.1中被测绝缘子相同测量位置的伞裙厚度得到覆冰后的伞裙边缘厚度；
S3.3、将所述覆冰后的伞裙边缘厚度减去对应的所述未覆冰时的伞裙边缘厚度作为对应位置的覆冰厚度，取前、后、左、右冰厚的平均值作为该片伞裙覆冰厚度，取上、中、下三片伞裙覆冰厚度的平均值为被测绝缘子的覆冰厚度b。
7.根据权利要求5所述的一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，其特征在于，步骤S3中所述的被测绝缘子的冰凌长度l的测量方法为：
S3.4、用游标卡尺测量被测绝缘子伞裙边缘的最长冰凌长度得到被测绝缘子的冰凌长度l。
8.根据权利要求5所述的一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，其特征在于，步骤S5所述的闪络电压数值的获取方法为：
S5.1、将施加给被测绝缘子的电压升高至被测绝缘子的伞裙表面出现局部电弧，此时电压为U，并在电压U下维持时间T；
S5.2、判断在电压U下维持时间T过程中，被测绝缘子是否发生闪络放电，若发生闪络放电，则被测绝缘子的闪络电压数值Un＝U，否则转入S5.3；
S5.3、将U升高5％的数值，即U＝(1+5％)U，回到步骤S5.2。
9.根据权利要求5所述的一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，其特征在于，步骤S1中所述等值附盐密度参数包括等值附盐密度ESDD和等值灰密NSDD。
10.根据权利要求3所述的一种输电线路多串并联绝缘子覆冰闪络特性试验方法，其特征在于，所述步骤E还包括：
E5、普通绝缘子和防雷绝缘子的所述大伞裙的直径D普通、D防雷为：
Uf＝k1x+k2，
D普通＝d普通+2×(b+x)，D防雷＝d防雷+2×(b+x)，
式中，Uf为多串并联绝缘子应用线路额定电压，x为覆冰后冰凌间隙距离，k1、k2为常数，d普通、d防雷为普通绝缘子和防雷绝缘子的伞裙直径，b为被测绝缘子的表面覆冰厚度。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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