防冰闪复合绝缘子的温升计算方法与流程

本发明具体涉及一种防冰闪复合绝缘子的温升计算方法。

背景技术：

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。

绝缘子是电气系统的重要部件。由于复合绝缘子具备良好的防污闪性能、高机械强度、低成本等优点，我国复合绝缘子在超高压和特高压输电线路上的使用量还在逐年增多，针对南方冰冻灾害天气更是研究出了防冰闪复合绝缘子。

防冰闪复合绝缘子在工作中经常出现温升的问题。一旦出现防冰闪复合绝缘子在工作中温升过高等情况，绝缘子的性能将受到严重威胁，从而进一步会影响电力系统的安全稳定可靠运行。因此，对防冰闪复合绝缘子在工作中的温升量进行计算和预测，是电力系统的重要任务之一。

但是，目前对于电力系统中的防冰闪复合绝缘子的温升计算方法，往往采用的是经验方法进行预测，或者实验室检测等方式，并无一套完整、科学和可靠的计算过程，从而使得防冰闪复合绝缘子的温升计算过程相对不准，而且可靠性和科学性均不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种科学可靠且准确性高的防冰闪复合绝缘子的温升计算方法。

本发明提供的这种防冰闪复合绝缘子的温升计算方法，包括如下步骤：

s1.获取防冰闪复合绝缘子的性能参数和应用环境参数；

s2.计算防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总发热量；

s3.计算防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总散热量；

s4.根据步骤s2得到的防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总发热量和步骤s3得到的防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总散热量，以能量守恒为准则，得到防冰闪绝缘子的温升计算式；

s5.采用步骤s4得到的防冰闪绝缘子的温升计算式，计算防冰闪复合绝缘子的温升数据。

步骤s1所述的防冰闪复合绝缘子的性能参数和应用环境参数，具体包括绝缘子极间电压u、运行频率ω、绝缘子极间电容c0、介质损耗正切角tanδ、吸热涂料表面电阻率ρws、吸热涂层泄露电流is、爬电距离微段到绝缘子回转轴的距离r(l)、对应微段的爬电距离l、爬电距离l、绝缘子材料导热系数λt、对流传热系数h、辐射系数ε、绝缘子表面任一点处的绝对温度t、环境温度t0、绝缘子实体平均温度对于环境温度的温升δt、风速vf、绝缘子盘面厚度2e、uf为绝缘子分布电压。

步骤s2所述的计算防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总发热量，具体为采用如下算式计算单位面积总发热量：

a.采用如下算式计算介质损耗所产生的发热量qc：

qc＝u²ωc0tanδ

式中u为绝缘子极间电压，ω为运行频率，c0为绝缘子极间电容，tanδ为介质损耗正切角；

b.采用如下算式计算表面爬电泄露电流所产生的发热量qs：

式中ρws为吸热涂料表面电阻率，is为吸热涂层泄露电流，r(l)为爬电距离微段到绝缘子回转轴的距离，uf为绝缘子分布电压，f为形状系数且l为对应微段的爬电距离；

c.采用如下公式计算吸热涂层的发热量q0：

式中ε为辐射系数，t0为环境温度，σ为玻耳兹曼常数；

d.采用如下公式计算单位面积总发热量qf：

qf＝qc+qs+q0

式中qc为介质损耗所产生的发热量，qs为表面爬电泄露电流所产生的发热量，q0为吸热涂层的发热量。

步骤s3所述的计算防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总散热量，具体为采用如下步骤计算单位面积总散热量：

a.采用如下算式计算单位面积在单位时间内传导散失的热量qλ：

式中λt为绝缘子材料导热系数，t为绝缘子表面任一点处的绝对温度；

b.采用如下算式计算对流散失的热量qh：

qh＝h(t-t0)

式中t为绝缘子表面任一点处的绝对温度，t0为环境温度，h为系数且h＝5.8+4vf，vf为风速；

c.采用如下算式计算辐射散失的热量qσ：

qσ＝εσt⁴

式中ε为辐射系数，t为绝缘子表面任一点处的绝对温度，σ为玻耳兹曼常数；

d.采用如下算式计算单位面积总散热量qs：

qs＝qλ+qh+qσ

式中qλ为单位面积在单位时间内传导散失的热量，qh为对流散失的热量，qσ为辐射散失的热量。

步骤s4所述的以能量守恒为准则，得到防冰闪绝缘子的温升计算式，具体为根据步骤s2得到的防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总发热量等于步骤s3得到的防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总散热量，从而得到防冰闪绝缘子的温升计算式。

所述的防冰闪绝缘子的温升计算式，具体为如下算式：

式中ε为辐射系数，σ为玻耳兹曼常数，t为绝缘子表面任一点处的绝对温度，t0为环境温度，h为对流传热系数，λt为绝缘子材料导热系数，e为绝缘子盘面厚度的一半，δt为绝缘子实体平均温度对于环境温度的温升，uf为绝缘子分布电压，ρws为吸热涂料表面电阻率，f为形状系数且l为对应微段的爬电距离，r(l)为爬电距离微段到绝缘子回转轴的距离，u为绝缘子极间电压，ω为运行频率，c0为绝缘子极间电容，tanδ为介质损耗正切角。

本发明提供的这种防冰闪复合绝缘子的温升计算方法，通过能量守恒原理，根据防冰闪绝缘子性能参数及环境参数建立防冰闪复合绝缘子的温升计算方程式，从而能够准确的对防冰闪复合绝缘子的温升数据进行预测和计算，从而能够得到防冰闪复合绝缘子的温升情况，进而得知防冰闪绝缘子对于冰冻灾害天气防御效果。

附图说明

图1为本发明方法的方法流程图。

具体实施方式

如图1所述为本发明方法的方法流程图：本发明提供的这种防冰闪复合绝缘子的温升计算方法，包括如下步骤：

s1.获取防冰闪复合绝缘子的性能参数和应用环境参数，具体包括绝缘子极间电压u、运行频率ω、绝缘子极间电容c0、介质损耗正切角tanδ、吸热涂料表面电阻率ρws、吸热涂层泄露电流is、爬电距离微段到绝缘子回转轴的距离r(l)、对应微段的爬电距离l、爬电距离l、绝缘子材料导热系数λt、对流传热系数h、辐射系数ε、绝缘子表面任一点处的绝对温度t、环境温度t0、绝缘子实体平均温度对于环境温度的温升δt、风速vf、绝缘子盘面厚度2e和uf为绝缘子分布电压等；

s2.计算防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总发热量；具体为采用如下算式计算单位面积总发热量：

a.采用如下算式计算介质损耗所产生的发热量qc：

qc＝u²ωc0tanδ

式中u为绝缘子极间电压，ω为运行频率，c0为绝缘子极间电容，tanδ为介质损耗正切角；

b.采用如下算式计算表面爬电泄露电流所产生的发热量qs：

式中ρws为吸热涂料表面电阻率，is为吸热涂层泄露电流，r(l)为爬电距离微段到绝缘子回转轴的距离，uf为绝缘子分布电压，f为形状系数且l为对应微段的爬电距离；

c.采用如下公式计算吸热涂层的发热量q0：

式中ε为辐射系数，t0为环境温度，σ为玻耳兹曼常数；

d.采用如下公式计算单位面积总发热量qf：

qf＝qc+qs+q0

式中qc为介质损耗所产生的发热量，qs为表面爬电泄露电流所产生的发热量，q0为吸热涂层的发热量；

在具体实施时，对于表面洁净且完善的吸热性防冰闪复合绝缘子，其由于内部穿透性泄漏电流所引起的发热量极少，所以在本步骤的计算中予以了忽略；

s3.计算防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总散热量；具体为采用如下步骤计算单位面积总散热量：

a.采用如下算式计算单位面积在单位时间内传导散失的热量qλ：

式中λt为绝缘子材料导热系数，t为绝缘子表面任一点处的绝对温度；

b.采用如下算式计算对流散失的热量qh：

qh＝h(t-t0)

式中t为绝缘子表面任一点处的绝对温度，t0为环境温度，h为系数且h＝5.8+4vf，vf为风速；

c.采用如下算式计算辐射散失的热量qσ：

qσ＝εσt⁴

式中ε为辐射系数，t为绝缘子表面任一点处的绝对温度，σ为玻耳兹曼常数；

d.采用如下算式计算单位面积总散热量qs：

qs＝qλ+qh+qσ

式中qλ为单位面积在单位时间内传导散失的热量，qh为对流散失的热量，qσ为辐射散失的热量；

s4.根据步骤s2得到的防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总发热量和步骤s3得到的防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总散热量，以能量守恒为准则，根据步骤s2得到的防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总发热量等于步骤s3得到的防冰闪绝缘子在正常工作时的单位面积总散热量，从而得到防冰闪绝缘子的温升计算式；具体为如下算式：

式中ε为辐射系数，σ为玻耳兹曼常数，t为绝缘子表面任一点处的绝对温度，t0为环境温度，h为对流传热系数，λt为绝缘子材料导热系数，e为绝缘子盘面厚度的一半，δt为绝缘子实体平均温度对于环境温度的温升，uf为绝缘子分布电压，ρws为吸热涂料表面电阻率，f为形状系数且l为对应微段的爬电距离，r(l)为爬电距离微段到绝缘子回转轴的距离，u为绝缘子极间电压，ω为运行频率，c0为绝缘子极间电容，tanδ为介质损耗正切角；

s5.采用步骤s4得到的防冰闪绝缘子的温升计算式，计算防冰闪复合绝缘子的温升数据。

通过步骤s4得到的算式可以知道，防冰闪绝缘子的温升主要与材料导热系数λt、绝缘子周围风速vf(以参数h体现)、吸热涂料表面电阻率ρws以及环境温度t0、辐射系数ε有关，因此在实验室阶段，可以通过仿真软件调整上述参数，从而观察不同情况下防冰闪绝缘子的温升情况，从而对防冰闪绝缘子的温升情况进行系统性的、综合性的评价。