基于110kV输电线路防风绝缘护套仿真模型应用研究.docx

    基于110kV输电线路防风绝缘护套仿真模型应用研究    摘要：文章使用有限元的分析软件建立典型110kV铁塔、绝缘子、输电线路和地线实际三维模型，通过对绝缘护套对空间电场分布影响仿真研究，安装防风偏绝缘护套区段线路运行情况良好关键词：110kV；输电线路;绝缘护套;仿真模型;应用引言输电线路在以大风为特征的气象条件下发生的闪络跳闸称为输电线路的风偏闪络受架空输电线路自身结构影响，灾害性大风常引起线路扰动和闪络，严重影响输电线路的安全运行，导致电弧烧伤、倒塔、断股、断线、杆塔损坏、防振锤或间隔棒损坏、跳闸等事故目前，在输电线路绝缘子悬垂端两端包裹一定厚度的氟硅橡胶绝缘护套成为解决风偏跳闸问题的手段之一为了深入研究防风偏绝缘护套的防护特性，文中基于有限元方法，根据典型铁塔模型建立了110kV输电线路绝缘护套仿真模型，计算了不同绝缘护套厚度以及不同风偏状态下导线的空间电场分布，并对绝缘护套的特性进行了分析最后通过总结绝缘护套在风偏风险严重区段的试点应用效果，讨论了绝缘护套对于风偏跳闸的治理效果1仿真模型建立使用有限元的分析软件建立典型110kV铁塔、绝缘子、输电线路和地线实际三维模型，输电线路施加运行电压，铁塔及地线接地，调整输电线路与铁塔的不同间距，模拟风偏影响情况，通过给绝缘子悬挂点两端设置一定长度的绝缘护套，计算获得沿导向方向绝缘护套空间电场。

三维仿真模型图如图1所示，输电线路包裹绝缘护套模型图如图2所示图1三维仿真模型图2输电线路包裹绝缘护套模型仿真模型考虑铁塔、地线以及大地的影响，模型求解空间取10m×10m×10m的立方体，求解域内介质填充空气，铁塔选用典型酒杯塔，导线距铁塔间距1.6m，导线运行电压取110kV线路相电压峰值89.8kV对导线沿绝缘子挂点向两侧分别包裹4m长度绝缘护套，绝缘护套的材料参数见表1表1氟硅橡胶绝缘护套材料参数2绝缘护套对空间电场分布影响仿真通过施加电压条件下仿真导线电极间隙在加入绝缘护套后的空间电场变化，可以获得包裹绝缘护套对导线空间电场强度分布的影响2.1绝缘护套厚度对导线空间电场影响由于目前各厂家绝缘护套产品厚度由2mm至5mm存在多种类型，为了研究绝缘护套厚度对防风偏性能的影响，首先对各种绝缘护套厚度下的导线空间电场进行仿真由仿真结果可看出，当导线表面不包覆绝缘护套时，导线表面最大场强为1671.3kV/m，当导线表面包覆2mm绝缘护套后，高场强区域转移至复合绝缘护套表面，且最大场强显著降低至1372kV/m;当复合绝缘护套厚度由2mm分别增加至3mm，4mm和5mm时，导线表面最大场强分别降至1341kV/m，1229kV/m和1220kV/m，导线表面最大场强对套厚度变化曲线如图4所示。

从图3可以看出，导线表面加装绝缘护套后，空间电场强度显著降低，且导线空间电场强度随着绝缘护套厚度的增加而减小，表明间隙击穿电压与绝缘护套的厚度呈反向相关关系同时由图3可看出，电场强度随着绝缘护套厚度的变化呈现逐渐饱和的趋势由于绝缘护套厚度增加会增加安装难度和成本，综合考虑安装及绝缘性能，推荐采用3～4mm厚的绝缘护套图4导线表面最大场强随护套厚度变化曲线图4导线表面最大场强随塔线间距变化曲线2.2导线与塔间距对空间电场影响架空输电线路导线会在局部强风的作用下向铁塔方向发生偏移，为了研究导线风偏下绝缘护套的影响，本文对不同风偏状态下导线空间电场进行仿真计算导线距塔间距取0.8m，1.0m，1.2m，分别对无护套包裹和包裹3mm护套状态下的导线表面空间电场进行计算，计算结果如图4所示如图4所示，导线表面空间电场强度随塔、线间距的减小而增大，当包裹3mm绝缘护套后，导线表面最大电场在0.8m，1.0m和1.2m三种间距下分别降低了18.1%，17.5%和19.0%表明导线表面包覆复合绝缘护套后，在风偏作用下其表面最大场强相较无护套包裹情况下降约20%3防风偏绝缘护套应用以上仿真分析表明，绝缘护套通过减小导线表面空间电场，提高导线起晕电压，从而提高了导线与铁塔空气间隙的击穿电压。

为了验证防风偏绝缘护套的实际效果，将绝缘护套试点安装于某110kV输电线路上面该条线路设计标准较低，同时由于该地区地势相对较高，常年有5级以上大风，近几年该线路已发生2次风偏跳闸，给电网及周边居民带来重大的安全隐患为提高该区段的防风偏性能，使用氟硅橡胶绝缘护套对该110kV线路#003—#004进行了防风偏改造该区段通过采用绝缘护套进行防风偏改造后，至今2年内该线路运行情况良好，未发生风偏跳闸同时，氟硅橡胶导线护套材料设计使用寿命为20年，且具有较强的抗磨损性能，保证了其防风偏的长期有效性4结束语综上所述，文章采用有限元的计算方法，建立典型110kV铁塔及线路三维等值模型，通过模型中导线包覆绝缘护套，对包裹不同厚度绝缘护套和不同风偏状态下导线的空间电场分布进行了计算计算结果表明，包覆绝缘护套后，导线空间电场强度随之降低，提高了导线的起晕电压，从而提高了导线与铁塔空气间隙的击穿电压由于电场强度随着绝缘护套厚度的变化呈现逐渐饱和的趋势，综合考虑安装及绝缘性能，推荐采用3～4mm厚的绝缘护套进行安装导线表面包覆复合绝缘护套后，在风偏作用下其表面最大场强相较无护套包裹情况下降约20%参考文献〔1〕赵文元，杨保东．输电线路风偏故障的预防和抑制〔J〕．电力学报，2004，19(1):59-61．〔2〕卢刚，武爱民．110kV线路故障分析及应对措施〔J〕．电力学报，2001，16(2):109-110，124．〔3〕刘焕明．500kV侯武线286号风偏故障分析〔J〕．山西电力，2004(6):14-15．〔4〕弓建新，秦润生，贾雷亮，等．220kV输电线路JG1塔型中相跳线风偏问题的探讨〔J〕．山西电力技术，2001，(4):7-9．〔5〕国家能源局.DL/T741—2010架空输电线路运行规程[S].北京：中国电力出版社，2010.  -全文完-。