一种不同大小水珠硅橡胶表面电场预测方法与流程

本发明涉及一种电场预测方法，具体为一种不同大小水珠硅橡胶表面电场预测方法，属于绝缘材料表面电场预测方法领域。

背景技术：

1、在输变电设备中，绝缘子需要同时满足机械和电气性能要求。随着我国特高压线路工程的建设，对绝缘子的性能要求越来越高。传统的瓷和玻璃绝缘子已经很难满足电力系统的绝缘要求。而复合绝缘子以其良好的憎水性、质量轻、成本低等优势在电力系统中得到了广泛应用。

2、复合绝缘子长期裸露在大气中运行，并且我国地形复杂多样，输电线路难免经过重污染地区，复合绝缘子表面会积累大量的污秽。当遇到毛毛雨、大雾、融雪、露等天气条件下，污秽物会溶于水珠中从而在绝缘子表面形成一层导电水膜，水膜的存在会大大降低绝缘子绝缘性能。严重时，会引起复合绝缘子闪络事故。同时不同年限的绝缘子的电气性能和机械性能千差万别，复合绝缘子的老化会导致其憎水性下降，机械性能也大大降低，这都是导致绝缘子闪络的因素。复合绝缘子污闪事故占电网事故中50％，污闪事故发生次数仅少于雷击事故发生次数。

3、目前，输电线路污闪事故发生很难杜绝，只能做到提前监测。针对于频发的绝缘子污闪事故，电力行业也有一些预防绝缘子污闪的措施，如增加复合绝缘子伞裙个数，对复合绝缘子进行清扫，对绝缘子增加较大爬裙等，但是这些措施不能从根本上消除绝缘子污闪事故产生。

技术实现思路

1、绝缘子发生闪络的原因不明，且污闪发生过程较为复杂。复合绝缘子表面附有水珠时，水珠与复合绝缘子表面接触处经常会产生局部放电。并且复合绝缘子发生闪络过程是由其表面局部放电慢慢发展起来的。本发明的目的在于明确复合绝缘子发生闪络的原因，研究硅橡胶表面存在水珠时放电过程以及对水珠运动特性，然后对不同大小水珠硅橡胶表面电场进行预测。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种不同大小水珠硅橡胶表面电场预测方法，其中，所述不同大小水珠硅橡胶包括：

3、硅橡胶表面水珠运动特性，硅橡胶表面存在水珠时，给硅橡胶两端施加电压，水珠会受到电场力而运动。硅橡胶表面具有憎水性，选定试样使得水珠在其表面呈现半球形形态。当给硅橡胶两端电极施加电压时，其间隙之间会有一定的电场产生。水珠在硅橡胶表面会受电场力，与此同时，水珠与硅橡胶表面之间存在表面张力。两个力同时施加在水珠上，作用在水珠上合力使其产生变形。

4、不同大小水珠，水珠附着在硅橡胶表面大小不一，水珠与水珠随机分布在硅橡胶表面。

5、硅橡胶，复合绝缘子质量轻、成本低，有良好的憎水性，复合绝缘子表面会产生放电现象，形成局部电弧。电弧对硅橡胶表面有一定的烧蚀作用，使得绝缘子表面憎水性下降。

6、所述表面电场预测方法包括：

7、1)材料试品准备，将硅橡胶切片进行清洁，除去污物，将其置于温度23℃、相对湿度为50％环境24h。

8、2)开展硅橡胶表面水珠直流放电试验。同时记录泄漏电流、硅橡胶表面电场以及拍摄图片。

9、3)建立硅橡胶表面分离水珠模型，研究硅橡胶表面水珠电场分布。

10、4)绝缘子表面水珠随机分布，水珠大小不一，在硅橡胶板上布置水珠模拟计算。选取不同半径大小的水珠，进行电场仿真计算。

11、5)研究不同水珠半径以及不同电导率情况下硅橡胶表面电场分布情况。根据数据进行曲线拟合。

12、6)通过无人机拍摄得到复合绝缘子表面水珠图片，得到水珠半径，最后通过拟合曲线进行预测。

13、作为本发明的技术方案：开展硅橡胶表面水珠直流放电试验；用有限元法计算工程电磁场问题；基于有限元法静电场仿真。

14、作为本发明的技术方案：所述步骤4)中，有限元法是指把一个连续体分割成有限个单元，单元与单元之间通过节点连接组成整体，以得到复杂问题的近似数值解。通过ansys软件前处理建立相应的方程并最后求解。用ansys建立硅橡胶表面分离水珠模型，研究硅橡胶表面水珠电场分布。

15、作为本发明的技术方案：有限元方法能够计算非线性问题，它建立的方程的系数矩阵有正定、稀疏等特点，容易求解，收敛性较好。常用有限元法计算工程电磁场问题。有限单元法可将静电场场域和边值问题变换为场域能量泛函取极值的变分问题，然后通过插值计算，即可得到场域内各点的电位，最后求出电场强度和电位移等多个参量。

16、作为本发明的技术方案：所述步骤5)中，通过对硅橡胶表面水珠电场仿真计算，研究了在不同水珠半径以及不同电导率情况下，硅橡胶表面电场分布情况。分析硅橡胶表面电场分布，得到表面电场预测方法。

17、本发明的有益效果是：明确复合绝缘子发生闪络的原因，研究硅橡胶表面存在水珠时放电过程以及对水珠运动特性，得出硅橡胶表面电场分布与水珠半径关系，然后对不同大小水珠硅橡胶表面电场进行预测。

技术特征：

1.一种不同大小水珠硅橡胶表面电场预测方法，其特征在于，所述不同大小水珠硅橡胶包括：

2.根据权利要求1所述的一种不同大小水珠硅橡胶表面电场预测方法，其特征在于：开展硅橡胶表面水珠直流放电试验；用有限元法计算工程电磁场问题；基于有限元法静电场仿真。

3.根据权利要求2所述的一种不同大小水珠硅橡胶表面电场预测方法，其特征在于：所述步骤4)中，有限元法是指把一个连续体分割成有限个单元，单元与单元之间通过节点连接组成整体，以得到复杂问题的近似数值解；通过ansys软件前处理建立相应的方程并最后求解；用ansys建立硅橡胶表面分离水珠模型，研究硅橡胶表面水珠电场分布。

4.根据权利要求3所述的一种不同大小水珠硅橡胶表面电场预测方法，其特征在于：有限元方法能够计算非线性问题，它建立的方程的系数矩阵有正定、稀疏等特点，容易求解，收敛性较好；常用有限元法计算工程电磁场问题；有限单元法可将静电场场域和边值问题变换为场域能量泛函取极值的变分问题，然后通过插值计算，即可得到场域内各点的电位，最后求出电场强度和电位移等多个参量。

5.根据权利要求1所述的一种不同大小水珠硅橡胶表面电场预测方法，其特征在于：所述步骤5)中，通过对硅橡胶表面水珠电场仿真计算，研究了在不同水珠半径以及不同电导率情况下，硅橡胶表面电场分布情况；分析硅橡胶表面电场分布，得到表面电场预测方法。

技术总结
本发明公开了一种不同大小水珠硅橡胶表面电场预测方法，包括硅橡胶表面水珠直流放电试验、有限元法静电场仿真和表面电场预测。水珠直流放电试验获取硅橡胶表面电场与水珠半径的关系，在有限元法静电场仿真中建立硅橡胶表面分离水珠模型，研究硅橡胶表面水珠电场分布，研究不同水珠半径以及不同电导率情况下，硅橡胶表面电场分布情况并进行不同大小水珠硅橡胶表面电场预测。复合绝缘子表面附有水珠时，水珠与复合绝缘子表面接触处经常会产生局部放电。并且复合绝缘子发生闪络过程是由其表面局部放电慢慢发展起来的。本发明明确复合绝缘子发生闪络的原因，研究硅橡胶表面存在水珠时放电过程以及对水珠运动特性，然后对不同大小水珠硅橡胶表面电场进行预测。

技术研发人员：封琰,夏星宇,薛田良,方春华,梁珑,董立文,岳昕
受保护的技术使用者：国网青海省电力公司海南供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8