摘要：

在我国"西电东输"的战略背景下,大量的输电线路需穿越西北地区,而西北地区草木稀少,由于近几年来荒漠化加剧,更是造成了沙尘暴的频繁发生,沙尘暴对输电线路的安全运行已经造成了严重的影响.沙尘天气不仅加速了沙尘在绝缘子表面上的沉积,同时也使得绝缘子四周纯净的空气,变成一种空气与悬浮沙尘的混合介质,并在空间中形成强沙尘电场.而绝缘子运行环境的改变会使得绝缘子沿面电位以及电场的分布规律发生变化,由此会造成闪络的危险,因此研究沙尘环境下输电线路中的绝缘子沿面电位与电场的分布变化规律可为沙尘环境下绝缘子的相关研究提供理论参考依据.本文以输电线路中常用的XP-70型悬式瓷绝缘子与FXBW4-110/100型悬式复合绝缘子为研究对象,将处于沙尘环境下的绝缘子细分为沙尘覆盖绝缘子表面与悬浮沙尘环境中的绝缘子这两种情况,基于静电场有限元法,利用有限元仿真软件,建立了两种绝缘子串沿面覆沙的仿真模型与悬浮沙尘环境下XP-70型悬式瓷绝缘子串的仿真模型,采用人工截断法,设定了合理的空气域边界,从无限域转化为有限域,进而实现了对绝缘子串沿面电位与电场分布问题的求解,并设置了无限元域以解决电场的远场耗散问题.对于绝缘子串沿面覆沙的仿真模型,利用其对称性,以二维对称轴模型代替了三维绝缘子的覆沙模型,在保留计算精度的同时大幅度提高了计算效率.而对于悬浮沙尘环境下瓷绝缘子串的仿真模型,针对空气中悬浮沙尘数量巨大,一般的计算机无法进行计算和求解的问题,利用绝缘子模型的轴对称特性,同时结合了网格剖分的可操作性,制作了完整模型的简化模型,将计算量减小为完整模型的1/180,在保留计算精度的同时,大幅度提高了计算效率.利用有限元仿真软件计算分析了两种绝缘子表面覆盖沙层,以及悬浮沙尘环境下瓷绝缘子沿面电位与电场的分布特性,最后提出了绝缘子在沙尘环境下的运维建议.仿真结果表明:绝缘子沿面电位和电场的分布与几何形状以及所处媒介材质有关;在瓷绝缘子伞裙上下表面与金具交界处,电场强度将出现局部峰值;绝缘子伞裙表面沉积的沙层对电位没有影响,但均会降低伞裙覆沙处的场强,且降低幅度与沙层厚度无关,但与单片绝缘子在绝缘子串中所处的位置有关;随着沙层厚度的增加,在瓷绝缘子伞裙上表面与金具交界处,场强会先大幅度增大随后再减小到一个稳定值,且此交界处场强的大小也与单片绝缘子在绝缘子串中所处的位置有关;当绝缘子表面覆盖的沙层中出现无沙带时,无沙带处的场强将会增大,且增大的幅度与单片绝缘子在绝缘子串中所处的位置,沙层的厚度以及无沙带的宽度都相关;悬浮的电中性沙粒会小幅度抬高瓷绝缘子沿面电位与电场,抬高幅度与沙粒的粒径以及浓度成正比;当瓷绝缘子周围的沙粒带电时,其沿面电位与电场会大幅度畸变,畸变幅度与沙粒的粒径,浓度,荷质比都相关;当瓷绝缘子处于混合沙粒环境中时,其电位与电场的畸变幅度受沙粒中所带电荷的沙粒影响明显,悬浮沙粒带电是瓷绝缘子沿面电位与电场畸变的重要原因.

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