专利名称：改善污秽潮湿环境下输电线路中绝缘子电位分布的方法
技术领域：
本发明涉及高压输电领域，具体地，涉及ー种基于架空输电线路历史数据、仿真和试验相结合的、用于改善污秽潮湿状态下架空输电线路中有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串电位分布的方法。
背景技术：
近年来，电网内各电压等级的输电线路尤其是西北电网多次发生绝缘子闪络跳闸事故，对电网供电可靠性造成了重大影响，经济损失很大；据闪络事故分析，绝缘子表面聚集的污秽是引起闪络的主要原因之一，对绝缘子电位分布进行研究，是预防输电线路闪络事故的有效手段。鉴于污秽的随机性、易变性和多影响因素特点，截至目前还没有ー套完 整、合理的方法以有效应对输电线路绝缘子污秽闪络事故，输电线路的运行存在着重大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出ー种改善污秽潮湿环境下输电线路中绝缘子电位分布的方法，以降低输电线路因绝缘子污染造成的闪络事故、实现供电可靠性高、安全性好与经济效益好优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是
ー种改善污秽潮湿环境下输电线路中绝缘子电位分布的方法，包括
a、基于所述架空输电线路的历史数据，选取所述架空输电线路的闪络频发段，并从该闪络频发段中选取使用量最大的杆塔、导线、以及有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串；
b、在洁净干燥的理想环境下，采用三维模型作为有限元模型，并将步骤a所选取的杆塔和导线纳入所述三维模型，并且通过零阶渐近边界条件设置人工边界将无线大范围截断为有限区域，其中人工边界的尺寸以所述有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串的周围电场几乎不再随场域边界的扩大而改变为准，从而利用有限元数值计算方法(I)仿真分析步骤a所选取的有机复合绝缘子的表面电位沿泄漏距离的分布、表面电位分布云图、表面电场强度沿泄漏距离的分布、表面电场强度分布云图、表面最大电场强度随均压环管径变化的规律、均压环表面最大电场强度随均压环管径变化的规律，和表面电场强度最大值与均压环环径及均压环罩入深度之间的关系，以及平均电场强度沿泄漏距离的分布；(2)对于所述步骤a所选取的钢化玻璃绝缘子串，仿真分析当取不同片数的所述钢化玻璃绝缘子串时，在靠近高、低压侧的电压承担率与片数的关系；当取不同片数的所述钢化玻璃绝缘子串时，钢化玻璃绝缘子串的电位分布云 C、在覆盖有均匀污层且各处受潮程度相同的理想污秽潮湿环境下，基于步骤b所采用的所述有限元模型和设置的所述人工边界，进一歩为所述有限元模型添加一个ニ维表面单元，用以模拟所述理想污秽潮湿环境，其中，所述ニ维表面単元被赋予污层电导率，在整个有限元模型中忽略所述ニ维表面単元的物理厚度，从而利用有限元数值计算方法(I)仿真分析不同污层电导率下，步骤a所选取的有机复合绝缘子的表面电位沿泄漏距离的分布同污层电导率之间的关系、表面电场强度法向分量沿泄漏距离的分布同污层电导率之间的关系、表面电场强度切向分量沿泄漏距离的分布同污层电导率之间的关系、不同污层电导率时表面电场强度的分布云图，和表面电场强度的最大值及其法向、切向分量最大值同污层电导率之间的关系；(II)对于所述步骤a所选取的钢化玻璃绝缘子串，仿真分析当取不同片数的所述钢化玻璃绝缘子串时，在不同污层电导率时，在靠近高、低压侧的电压承担率与片数和污层电导率的关系；当取不同片数的所述钢化玻璃绝缘子串时，在不同污层电导率时，钢化玻璃绝缘子串的电位分布云 d、搭建物理试验平台以便分别在洁净干燥和人工覆着均匀污秽状态下对所述有机复合绝缘子、钢化玻璃绝缘子串进行试验，所述物理试验平台如下试验变压器一次侧连接交流电源，试验变压器二次侧连接保护电阻和试品绝缘子串联组成的电路，其中试品绝缘子并联有交流电容分压器；试验过程中所述试品绝缘子的两端电压通过交流电容分压器测量；所述试品绝缘子包括所述有机复合绝缘子和所述钢化玻璃绝缘子串；所述试品绝缘子 悬吊于模拟金属塔架，所述模拟金属塔架按照所述架空输电线路中的杆塔做1:1模拟，所述试品绝缘子悬吊位置按照所述架空输电线路实际情况做1:1模拟；
e、对比步骤d中的物理试验平台在洁净干燥和人工覆着均匀污秽状态下所得模拟结果和步骤b、c所得的在理想环境和理想污秽潮湿环境下的仿真分析结果，基于模拟结果与仿真分析结果的吻合程度，确定上述步骤b、c所得仿真分析结果和步骤d所得模拟结果的权重系数，综合步骤b、c和d所得的结果，调用相应的改善电位策略。根据本发明的优选实施例，步骤b和c中的有限元模型均采用如下剖分法先对所述有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串纵向界面进行面剖分，再以所述有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子中心线为轴环绕整个有机复合绝缘子、钢化玻璃绝缘子串进行体剖分。根据本发明的优选实施例，模型中杆塔的參数设置以实际线路中參数为准，模型中导线长度的取值以减小导线两端对绝缘子周围电场的影响为准。根据本发明的优选实施例，步骤e中的所述改善电位策略，至少包括以下任一策略
策略I :依据历史过电压数据，在过电压较高杆塔处增加钢化玻璃绝缘子串绝缘子片
数；
策略2 :在钢化玻璃绝缘子串瓷体上增设硅橡胶增爬裙；
策略3 :在钢化玻璃绝缘子串上涂刷RTV涂料；
策略4 :优化有机复合绝缘子伞裙结构；
策略5 :优化有机复合绝缘子均压环结构；
策略6 :优化有机复合绝缘子憎水特性。根据本发明的优选实施例，调用步骤e中的所述改善电位策略之前，还综合如下额外仿真分析的结果
1)假设污秽潮湿状态下，步骤a中选取的所述有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串电场为纯阻性场；
2)对所述有机复合绝缘子的表面电位采用离散电阻模型进行仿真分析
i)当污秽沿绝缘子轴向不均匀分布吋，设绝缘子某ー轴向位置h的污层电导率为Kh,并用轴向位置h的最高点hmax处的污层电导率Khmax与最低点hmin处的污层电导率Khmin的比值Khmax:Khmin来表示污移沿绝缘子轴向整体分布的不均勻程度；当KhmaXS Khmin 以及 Khmax i Khmin 时，
分别仿真分析a)不同Khmax:Khmin比值下、所述有机复合绝缘子表面电位分布与泄漏距离的关系；b)不同Khmax:Khmin比值下、所述有机复合绝缘子表面电场强度切向分量和平均电场强度的比值同泄漏距离的关系；c)不同Khmax:Khmin比值下、所述有机复合绝缘子污层上任一点単位面积的功率面密度与泄漏距离的关系；
)当污秽沿绝缘子伞裙上下表面不均匀分布，设伞裙上、下表面污层电导率分别为KT、KB，并用二者比值KT:KB来表示污秽沿绝缘子伞裙上下表面分布的不均匀程度；当ΚΤ KB以及KT < KB吋，分别仿真分析(I)不同KT:KB比值下、所述有机复合绝缘子表面电位分布与泄漏距离的关系；(2)不同KT:KB比值下、所述有机复合绝缘子表面电场强度切向分量和平均电场强度的比值同泄漏距离的关系；(3)不同KT:KB比值下、所述有机复合绝缘 子污层上任一点単位面积的功率面密度与泄漏距离的关系；
3)进ー步的，对所述钢化玻璃绝缘子串采用串联电阻模型进行仿真分析
i)在直角坐标系中将所述钢化玻璃绝缘子串的单片钢化玻璃绝缘子表面污层沿泄漏路径划分为数个小段，并假定每个小段内的污层电导率相同，从而简化仿真分析，设KTS、KBS分别表示单片钢化玻璃绝缘子上、下表面污层电导率，当KTS 2 KBS以及KTSrS KBS时，分别仿真分析a)不同KTS:KBS比值下、所述单片钢化玻璃绝缘子表面电位分布与泄漏距离的关系山)不同KTS:KBS比值下、所述单片钢化玻璃绝缘子下表面电压承担率的分布； )设泄漏电流是在没有干燥带或局部电弧产生时、在单片钢化玻璃绝缘子表面污层连续分布，且流过单片钢化玻璃绝缘子污层的阻性电流，进ー步仿真分析不同KTS:KBS比值下、泄漏电流的分布。根据本发明的优选实施例，所述方法应用于330kV架空输电线路，其中步骤d中的试验变压器额定电压为1000kV，额定容量为2000kVA，交流电容分压器高压臂和低压臂电容分别为458pF和4581nF，交流电容分压器额定容量为lOOOkVA，交流电源和保护电阻依试验电压等级要求确定，此外，所述物理试验平台还包括双分裂导线，该双分裂导线一端悬空连接变压器，另一端连接绝缘子串。本发明的技术方案，利用有限元数值计算方法，采用三维有限元模型，分别在理想洁净干燥环境与理想污秽潮湿环境下，计算相应有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串的电场和电位分布參数，进行仿真分析；并搭建物理试验平台用于试验，基于所得仿真分析和试验结果，调用相应的改善电位策略。改善电位分布的方法，实现了电网供电可靠性高、安全性好与经济效益好的优点。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进ー步的详细描述。
附图用来提供对本发明的进ー步理解，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I为本发明实施例所述的搭建的物理实验平台的电气原理图。结合附图，本发明实施例中附图标记如下S :交流电源；T :试验变压器；R0 :保护电阻；F :交流电容分压器；T. O.:试品绝缘子。
具体实施例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。实施例一
根据本发明实施例，提供了ー种改善污秽潮湿环境下输电线路中绝缘子电位分布的方法，其特征在于，包括
a、基于架空输电线路的历史数据，选取架空输电线路的闪络频发段，并从该闪络频发段中选取使用量最大的杆塔、导线、以及有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串； b、在洁净干燥的理想环境下，采用三维模型作为有限元模型，并将步骤a所选取的杆塔和导线纳入三维模型，并且通过零阶渐近边界条件设置人工边界将无线大范围截断为有限区域，其中人工边界的尺寸以有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串的周围电场几乎不再随场域边界的扩大而改变为准，从而利用有限元数值计算方法(I)仿真分析步骤a所选取的有机复合绝缘子的表面电位沿泄漏距离的分布、表面电位分布云图、表面电场强度沿泄漏距离的分布、表面电场强度分布云图、表面最大电场强度随均压环管径变化的规律、均压环表面最大电场强度随均压环管径变化的规律，和表面电场强度最大值与均压环环径及均压环罩入深度之间的关系，以及平均电场强度沿泄漏距离的分布；(2)对于步骤a所选取的钢化玻璃绝缘子串，仿真分析当取不同片数的钢化玻璃绝缘子串时，在靠近高、低压侧的电压承担率与片数的关系；当取不同片数的钢化玻璃绝缘子串时，钢化玻璃绝缘子串的电位分布云 C、在覆盖有均匀污层且各处受潮程度相同的理想污秽潮湿环境下，基于步骤b所采用的有限元模型和设置的人工边界，进ー步为有限元模型添加一个ニ维表面単元，用以模拟理想污秽潮湿环境，其中，ニ维表面単元被赋予污层电导率，在整个有限元模型中忽略ニ维表面単元的物理厚度，从而利用有限元数值计算方法(I)仿真分析不同污层电导率下，步骤a所选取的有机复合绝缘子的表面电位沿泄漏距离的分布同污层电导率之间的关系、表面电场强度法向分量沿泄漏距离的分布同污层电导率之间的关系、表面电场强度切向分量沿泄漏距离的分布同污层电导率之间的关系、不同污层电导率时表面电场强度的分布云图，和表面电场强度的最大值及其法向、切向分量最大值同污层电导率之间的关系；(II)对于步骤a所选取的钢化玻璃绝缘子串，仿真分析当取不同片数的钢化玻璃绝缘子串吋，在不同污层电导率吋，在靠近高、低压侧的电压承担率与片数和污层电导率的关系；当取不同片数的钢化玻璃绝缘子串吋，在不同污层电导率吋，钢化玻璃绝缘子串的电位分布云 d、搭建物理试验平台以便分别在洁净干燥和人工覆着均匀污秽状态下对有机复合绝缘子、钢化玻璃绝缘子串进行试验，物理试验平台如下试验变压器一次侧连接交流电源，试验变压器二次侧连接保护电阻和试品绝缘子串联组成的电路，其中试品绝缘子并联有交流电容分压器；试验过程中试品绝缘子的两端电压通过交流电容分压器测量；试品绝缘子包括有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串；试品绝缘子悬吊于模拟金属塔架，模拟金属塔架按照架空输电线路中的杆塔做1:1模拟，试品绝缘子悬吊位置按照架空输电线路实际情况做I: I模拟；
e、对比步骤d中的物理试验平台在洁净干燥和人工覆着均匀污秽状态下所得模拟结果和步骤b、c所得的在理想环境和理想污秽潮湿环境下的仿真分析结果，基于模拟结果与仿真分析结果的吻合程度，确定上述步骤b、c所得仿真分析结果和步骤d所得模拟结果的权重系数，综合步骤b、c和d所得的结果，调用相应的改善电位策略。基于上述实施例，本领域技术人员能够完整了解本发明的技术路径，这样的技术方案本质上属于ー种仿真和试验的方法，其涉及仿真分析结果和试验模拟结果的权重系数，这一点本发明通过模拟结果与仿真分析结果的吻合程度来确定权重系数例如，如果是2个因素对比，当2者越接近时,其权重系数越接近于O. 5 :0. 5,权重系数和为I,类似地,如果是3个因素对比，当3者越接近时，其权重系数越接近于1/3:1/3:1/3，权重系数之和依然为I ;至于仿真而言，基于仿真的原理，自然是所纳入的因素越多，仿真的效果越好，但是对于本发明而言，由于所涉及的參数众多，为了平衡计算量和技术效果，本实施例的基本特点在于有效利用了历史数据和现实中所采用的具有代表意义的杆塔、导线、有机复合绝缘子 和钢化玻璃绝缘子串，并创新性地将杆塔和导线纳入到相关有限元模型中，从而形成了一个新颖的、较为完备的、基于历史数据和三维有限元仿真的、用以调用改善电位策略的技术方案；另外，就上述步骤c中的理想污秽潮湿环境由于污层为均匀污层、且各处受潮程度相同，所以此时污层为均匀导电层，不同的污层电导率就对应了不同的理想污秽潮湿环境，正是基于此，本实施例额外使用一个ニ维表面单元来模拟绝缘子表面污层，ニ维表面単元在建立过程中被赋予潮湿污层的电导属性，在整个有限元模型中忽略物理厚度，这样ー来，本实施例就实现了在有限元计算中既计及了污层同时又避免了剖分小尺寸几何体。上述实施例，不仅形成了不同于现有技术的仿真思路和技术特点，也最終通过各步骤的衔接形成了一个完整的、有机的技术方案用于改善污秽潮湿环境下架空输电线路中有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串的电位分布，提高了输电线路的安全性。实施例ニ
与上述实施例不同的是，在本实施例中，上述实施例一的步骤b和c中的有限元模型均采用如下剖分法先对所述有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串纵向界面进行面剖分，再以所述有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子中心线为轴环绕整个有机复合绝缘子、钢化玻璃绝缘子串进行体剖分。发明人发现，采用一般的方法对绝缘子进行剖分，不但剖分时间长，计算量大，且剖分后的有限元模型与原几何模型之间的误差较大，而本实施例则有效降低了仿真的计算量。实施例三
与上述实施例不同的是，在本实施例中，上述实施例一的模型中杆塔的參数设置以实际线路中參数为准，模型中导线长度的取值以减小导线两端对绝缘子周围电场的影响为准。对于本领域技术人员而言，仿真中的部件的參数设置原则，有倾向于现实中实际參数的，也有倾向于理想建模的，还有另ー种倾向，意图结合前两种倾向的优点。以上參数设置原则，目的都在于希望平衡实践中的參数和理想建模中的參数，但是就本实施例而言，本实施例只是意在限定ー种具体的、关于模型中杆塔和导线的參数设置原则，本领域技术人员当然也可以基于前述几种參数设置原则的倾向。实施例四与上述实施例不同的是，在本实施例中，上述实施例一的步骤e中的改善电位策略,至少包括以下任一策略
策略I :依据历史过电压数据，在过电压较高杆塔处增加钢化玻璃绝缘子串绝缘子片
数；
策略2 :在钢化玻璃绝缘子串瓷体上增设硅橡胶增爬裙；
策略3 :在钢化玻璃绝缘子串上涂刷RTV涂料；
策略4 :优化有机复合绝缘子伞裙结构；
策略5 :优化有机复合绝缘子均压环结构； 策略6 :优化有机复合绝缘子憎水特性。就该实施例而言，上述策略有针对有机复合绝缘子的，也有针对钢化玻璃绝缘子串的，有的偏重于进ー步的优化设计，有的则偏重于技术支持人员的现场工作。具体调用哪种策略，取决于仿真分析结果，因为仿真分析既涉及了有机复合绝缘子，也涉及了钢化玻璃绝缘子串。实施例五
与上述实施例不同的是，在本实施例中，上述实施例一中调用步骤e中的改善电位策略之前，还综合如下额外仿真分析的结果
1)假设污秽潮湿状态下，步骤a中选取的有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串电场为纯阻性场；
2)对有机复合绝缘子的表面电位采用离散电阻模型进行仿真分析
i)当污秽沿绝缘子轴向不均匀分布吋，设绝缘子某ー轴向位置h的污层电导率为Kh，并用轴向位置h的最高点hmax处的污层电导率Khmax与最低点hmin处的污层电导率Khmin的比值Khmax = Khmin来表示污秽沿绝缘子轴向整体分布的不均匀程度；当Khmaj^ Khmin以及Ktaax￡
KhminW，分别仿真分析a)不同Khmax = Khmin比值下、有机复合绝缘子表面电位分布与泄漏距离的关系；b)不同Khmax = Khmin比值下、有机复合绝缘子表面电场强度切向分量和平均电场强度的比值同泄漏距离的关系；c)不同Khmax = Khmin比值下、有机复合绝缘子污层上任一点単位面积的功率面密度与泄漏距离的关系；
)当污秽沿绝缘子伞裙上下表面不均匀分布，设伞裙上、下表面污层电导率分别为KT、KB，并用二者比值KT:KB来表示污秽沿绝缘子伞裙上下表面分布的不均匀程度；当K1 ^ Kb
以及Kt ^Kb时，分别仿真分析(I)不同KT:KB比值下、有机复合绝缘子表面电位分布与泄漏
距离的关系；(2)不同KT:KB比值下、有机复合绝缘子表面电场强度切向分量和平均电场强度的比值同泄漏距离的关系；(3)不同KT:KB比值下、有机复合绝缘子污层上任一点単位面积的功率面密度与泄漏距离的关系；
3)进ー步的，对钢化玻璃绝缘子串采用串联电阻模型进行仿真分析
i)在直角坐标系中将钢化玻璃绝缘子串的单片钢化玻璃绝缘子表面污层沿泄漏路径划分为数个小段，并假定每个小段内的污层电导率相同，从而简化仿真分析，设KTS、Kbs分别表示单片钢化玻璃绝缘子上、下表面污层电导率，当Kls > Kbs以及Kls < Kbs吋，分别仿真分
析a)不同KTS:KBS比值下、单片钢化玻璃绝缘子表面电位分布与泄漏距离的关系；b)不同KTS:Kbs比值下、单片钢化玻璃绝缘子下表面电压承担率的分布；ii)设泄漏电流是在没有干燥带或局部电弧产生时、在单片钢化玻璃绝缘子表面污层连续分布，且流过单片钢化玻璃绝缘子污层的阻性电流，进ー步仿真分析不同KTS:KBS比值下、泄漏电流的分布。就本实施例而言，毫无疑问的是，将不均匀污层的仿真分析納入其中，有助于更接近真实的误会潮湿环境，更精准地改善污秽潮湿环境下架空输电线路中的有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串的电位分布。实施例六
与上述实施例不同的是，在本实施例中，上述实施例一方法应用于330kV架空输电线路，其中步骤d中的试验变压器额定电压为1000kV，额定容量为2000kVA，交流电容分压器高压臂和低压臂电容分别为458pF和4581nF，交流电容分压器额定容量为lOOOkVA，交流电源和保护电阻依试验电压等级要求确定，此外，物理试验平台还包括长40米的双分裂导线，所述物理试验平台还包括双分裂导线，该双分裂导线一端悬空连接变压器，另一端连接绝缘子串。 就该实施例而言，其针对性的用于330kV架空输电线路及其物理试验模拟。综上所述，本发明公开了基于架空输电线路历史数据的、用于改善污秽潮湿状态下架空输电线路中有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串的电位分布的方法，通过对架空输电线路中有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串在洁净干燥、覆盖均匀污层，乃至不均匀污层下的电位和电场强度等分布的仿真分析，结合洁净干燥和覆盖均匀污秽下的试验結果，寻求ー种用以改善绝缘子防污特性的方案；本发明中的方法能用于系统设备的优化设计，可以保证输电系统在正常运行期间、故障期间及故障后的安全。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，尽管參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。
权利要求
1.一种改善污秽潮湿环境下输电线路中绝缘子电位分布的方法，其特征在于，包括a、基于所述架空输电线路的历史数据，选取所述架空输电线路的闪络频发段，并从该闪络频发段中选取使用量最大的杆塔、导线、以及有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串；b、在洁净干燥的理想环境下，采用三维模型作为有限元模型，并将步骤a所选取的杆塔和导线纳入所述三维模型，并且通过零阶渐近边界条件设置人工边界将无限大范围截断为有限区域，其中人工边界的尺寸以所述有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串的周围电场几乎不再随场域边界的扩大而改变为准，从而利用有限元数值计算方法(1)仿真分析步骤a所选取的有机复合绝缘子的表面电位沿泄漏距离的分布、表面电位分布云图、表面电场强度沿泄漏距离的分布、表面电场强度分布云图、表面最大电场强度随均压环管径变化的规律、均压环表面最大电场强度随均压环管径变化的规律，和表面电场强度最大值与均压环环径及均压环罩入深度之间的关系，以及平均电场强度沿泄漏距离的分布；(2)对于所述步骤a所选取的钢化玻璃绝缘子串，仿真分析当取不同片数的所述钢化玻璃绝缘子串时，在靠近高、低压侧的电压承担率与片数的关系；当取不同片数的所述钢化玻璃绝缘子串时，钢化玻璃绝缘子串的电位分布云图；C、在覆盖有均匀污层且各处受潮程度相同的理想污秽潮湿环境下，基于步骤b所采用的所述有限元模型和设置的所述人工边界，进一步为所述有限元模型添加一个二维表面单元，用以模拟所述理想污秽潮湿环境，其中，所述二维表面单元被赋予污层电导率，在整个有限元模型中忽略所述二维表面单元的物理厚度，从而利用有限元数值计算方法(I)仿真分析不同污层电导率下，步骤a所选取的有机复合绝缘子的表面电位沿泄漏距离的分布同污层电导率之间的关系、表面电场强度法向分量沿泄漏距离的分布同污层电导率之间的关系、表面电场强度切向分量沿泄漏距离的分布同污层电导率之间的关系、不同污层电导率时表面电场强度的分布云图，和表面电场强度的最大值及其法向、切向分量最大值同污层电导率之间的关系；(II)对于所述步骤a所选取的钢化玻璃绝缘子串，仿真分析当取不同片数的所述钢化玻璃绝缘子串时，在不同污层电导率时，在靠近高、低压侧的电压承担率与片数和污层电导率的关系；当取不同片数的所述钢化玻璃绝缘子串时，在不同污层电导率时，钢化玻璃绝缘子串的电位分布云图；d、搭建物理试验平台以便分别在洁净干燥和人工覆着均匀污秽状态下对所述有机复合绝缘子、钢化玻璃绝缘子串进行试验，所述物理试验平台如下试验变压器一次侧连接交流电源，试验变压器二次侧连接保护电阻和试品绝缘子串联组成的电路，其中试品绝缘子并联有交流电容分压器；试验过程中所述试品绝缘子的两端电压通过交流电容分压器测量；所述试品绝缘子包括所述有机复合绝缘子和所述钢化玻璃绝缘子串；所述试品绝缘子悬吊于模拟金属塔架，所述模拟金属塔架按照所述架空输电线路中的杆塔做1:1模拟，所述试品绝缘子悬吊位置按照所述架空输电线路实际情况做1:1模拟；e、对比步骤d中的物理试验平台在洁净干燥和人工覆着均匀污秽状态下所得模拟结果和步骤b、c所得的在理想环境和理想污秽潮湿环境下的仿真分析结果，基于模拟结果与仿真分析结果的吻合程度，确定上述步骤b、c所得仿真分析结果和步骤d所得模拟结果的权重系数，综合步骤b、c和d所得的结果，调用相应的改善电位策略。
2.根据权利要求I所述的改善污秽潮湿环境下输电线路中绝缘子电位分布的方法，其特征在于，步骤b和c中的有限元模型均采用如下剖分法先对所述有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串纵向界面进行面剖分，再以所述有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子中心线为轴环绕整个有机复合绝缘子、钢化玻璃绝缘子串进行体剖分。
3.根据权利要求I所述的改善污秽潮湿环境下输电线路中绝缘子电位分布的方法，其特征在于，模型中杆塔的参数设置以实际线路中参数为准，模型中导线长度的取值以减小导线两端对绝缘子周围电场的影响为准。
4.根据权利要求I所述的改善污秽潮湿环境下输电线路中绝缘子电位分布的方法，其特征在于，步骤e中的所述改善电位策略,至少包括以下任一策略策略I :依据历史过电压数据，在过电压较高杆塔处增加钢化玻璃绝缘子串绝缘子片数；策略2 :在钢化玻璃绝缘子串瓷体上增设硅橡胶增爬裙；策略3 :在钢化玻璃绝缘子串上涂刷RTV涂料；策略4 :优化有机复合绝缘子伞裙结构；策略5 :优化有机复合绝缘子均压环结构；策略6 :优化有机复合绝缘子憎水特性。
5.根据权利要求I所述的改善污秽潮湿环境下输电线路中绝缘子电位分布的方法，其特征在于，调用步骤e中的所述改善电位策略之前，还综合如下额外仿真分析的结果.1)假设污秽潮湿状态下，步骤a中选取的所述有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串电场为纯阻性场；.2)对所述有机复合绝缘子的表面电位采用离散电阻模型进行仿真分析i)当污秽沿绝缘子轴向不均匀分布时，设绝缘子某一轴向位置h的污层电导率为Kh， 并用轴向位置h的最高点hmax处的污层电导率Khmax与最低点hmin处的污层电导率Khmin的比值Khmax = Khmin来表示污秽沿绝缘子轴向整体分布的不均匀程度；当Khmaj^ Khmin以及Ktaax￡KhminW，分别仿真分析a)不同Khmax = Khmin比值下、所述有机复合绝缘子表面电位分布与泄漏距离的关系；b)不同Khmax: Khmin比值下、所述有机复合绝缘子表面电场强度切向分量和平均电场强度的比值同泄漏距离的关系；c)不同Khmax = Khmin比值下、所述有机复合绝缘子污层上任一点单位面积的功率面密度与泄漏距离的关系； )当污秽沿绝缘子伞裙上下表面不均匀分布，设伞裙上、下表面污层电导率分别为 KT、KB，并用二者比值KT:KB来表示污秽沿绝缘子伞裙上下表面分布的不均匀程度；当K1 & Kb以及Kt^Kb时，分别仿真分析(I)不同KT:KB比值下、所述有机复合绝缘子表面电位分布与泄漏距离的关系；(2)不同KT:KB比值下、所述有机复合绝缘子表面电场强度切向分量和平均电场强度的比值同泄漏距离的关系；(3)不同KT:KB比值下、所述有机复合绝缘子污层上任一点单位面积的功率面密度与泄漏距离的关系；.3)进一步的，对所述钢化玻璃绝缘子串采用串联电阻模型进行仿真分析i)在直角坐标系中将所述钢化玻璃绝缘子串的单片钢化玻璃绝缘子表面污层沿泄漏路径划分为数个小段，并假定每个小段内的污层电导率相同，从而简化仿真分析，设KTS、Kbs 分别表示单片钢化玻璃绝缘子上、下表面污层电导率，当Kts > Kbs以及Kts < Kbs时，分别仿真分析a)不同KTS:KBS比值下、所述单片钢化玻璃绝缘子表面电位分布与泄漏距离的关系； b)不同KTS:KBS比值下、所述单片钢化玻璃绝缘子下表面电压承担率的分布；ii)设泄漏电流是在没有干燥带或局部电弧产生时、在单片钢化玻璃绝缘子表面污层连续分布，且流过单片钢化玻璃绝缘子污层的阻性电流，进一步仿真分析不同KTS:KBS比值下、泄漏电流的分布。
6.根据权利要求I所述的改善污秽潮湿环境下输电线路中绝缘子电位分布的方法， 其特征在于所述方法应用于330kV架空输电线路，其中步骤d中的试验变压器额定电压为lOOOkV，额定容量为2000kVA，交流电容分压器高压臂和低压臂电容分别为458pF和 4581nF，交流电容分压器额定容量为lOOOkVA，交流电源和保护电阻依试验电压等级要求确定，此外，所述物理试验平台还包括双分裂导线，该双分裂导线一端悬空连接变压器，另一端连接绝缘子串。
全文摘要
本发明公开了改善污秽潮湿环境下输电线路中绝缘子电位分布的方法，包括基于架空输电线路的历史数据，选取闪络频发段，并从中选取使用量最大的杆塔、导线、有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串；利用有限元数值计算方法，采用三维有限元模型，分别在理想洁净干燥环境与理想污秽潮湿环境下，计算相应有机复合绝缘子和钢化玻璃绝缘子串的电场和电位分布参数，进行仿真分析；并搭建物理试验平台用于试验，基于所得仿真分析和试验结果，调用相应的改善电位策略。本发明所述改善电位分布的方法，可以实现电网供电可靠性高、安全性好与经济效益好的优点。
文档编号H02G7/00GK102694358SQ20121018638
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者乔立凤, 吕景顺, 张凯, 杨志华, 温定筠 申请人:甘肃省电力公司电力科学研究院