500kV輸電線路玻璃絕緣子劣化對(duì)V串絕緣子電場(chǎng)分布影響仿真分析

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局 廣東 廣州 510405）

摘 要：玻璃絕緣子因具有不用檢測(cè)零值、機(jī)械強(qiáng)度高、耐雷水平高等特點(diǎn)，而被大量使用在500kV超高壓輸電線路中，長期運(yùn)行后會(huì)造成絕緣性能和機(jī)械性能下降缺陷，嚴(yán)重危害電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。文章利用有限元分析軟件，對(duì)交流500 kV懸垂V串玻璃絕緣子中無缺陷絕緣子和不同部位存在缺陷絕緣子情況進(jìn)行了對(duì)比仿真分析，分析不同部位缺陷絕緣子對(duì)絕緣子串空間電場(chǎng)分布特性的影響，為絕緣子及時(shí)更換檢修提供一定的理論支撐。

關(guān)鍵詞：500kV；玻璃絕緣子；有限元分析；電場(chǎng)分布

隨著工業(yè)化進(jìn)程的日益加快以及人民生活水平的逐步提高，我國的電力需求日漸旺盛，電能輸送量以及供電質(zhì)量必須得到保證，這對(duì)我國電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了越來越高的要求。超高壓輸電公司廣州局主要承擔(dān)“西電東送”主網(wǎng)架受端輸變電設(shè)施以及海南聯(lián)網(wǎng)工程的運(yùn)行維護(hù)工作。一直以來，我局都將維護(hù)主網(wǎng)架輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行工作作為重中之重。

由于玻璃絕緣子具有不用檢測(cè)零值、機(jī)械強(qiáng)度高、耐雷水平高等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用到超特高壓輸電線路的耐張雙串及V串中。為探究缺陷玻璃絕緣子對(duì)線路電場(chǎng)的影響，文章利用有限元分析軟件，對(duì)交流500 kV交流線路懸垂V串玻璃絕緣子中無缺陷絕緣子和不同部位存在缺陷絕緣子進(jìn)行了對(duì)比仿真分析，研究不同部位玻璃絕緣子缺陷對(duì)懸垂V串電場(chǎng)分布影響，評(píng)估有缺陷絕緣子的運(yùn)行可靠性。

1 500kV交流輸電線路酒杯塔玻璃絕緣子V串模型

1.1 模型的建立

本文選取了500kV賀羅Ⅰ線中較典型的直線酒杯塔，中相為V串玻璃絕緣子，根據(jù)對(duì)稱性建立三維靜電場(chǎng)1/2模型。模型中每聯(lián)絕緣子串使用28片F(xiàn)C210P/170型玻璃絕緣子，模型中包括導(dǎo)線、玻璃絕緣子串、聯(lián)接金具、酒杯塔等。所有實(shí)體被兩個(gè)空氣體包圍，第一層空氣體為長34m，寬30m，高47m的長方體；第二層空氣體為半徑150m、厚30m的半圓柱體。模型整體部分在Solidworks中建立并導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行計(jì)算。

1.2 模型參數(shù)說明

1.2.1 桿塔

500kV酒杯桿塔采用型號(hào)為ZB1V直線塔，模型中只建立了其1/2模型，如圖1-2所示。

1.2.2 玻璃絕緣子

絕緣子選用V型串FC210P/170型玻璃絕緣子，單串絕緣子28片，絕緣子結(jié)構(gòu)高度170mm，公稱直徑280mm。

1.2.3 聯(lián)接金具

聯(lián)接金具主要是連接絕緣子和導(dǎo)線，在模型中進(jìn)行了簡化。

1.2.4 導(dǎo)線

500kV酒杯塔采用四分裂導(dǎo)線，分裂間距450mm，正四邊形排列，子導(dǎo)線直徑為26.82mm。

1.2.5 均壓環(huán)

只在高壓端加裝均壓環(huán)，均壓環(huán)為馬鞍形，環(huán)管半徑為30mm。

1.2.6 加載

對(duì)于玻璃絕緣子串，根據(jù)情況對(duì)一相絕緣子串最下端鋼腳、導(dǎo)線、聯(lián)接金具加載高電位Um=500×1.1× =449.073kV，另外兩相高壓端加載電位為-0.5Um，對(duì)最上端絕緣子鐵帽和桿塔加載0電位。對(duì)絕緣子串上下相連的鐵帽和鋼腳也進(jìn)行電位自由度耦合，正常玻璃絕緣子傘裙的介電常數(shù)取7。在仿真計(jì)算中，為模擬玻璃傘裙缺陷的情況，對(duì)單串絕緣子串中的第1、14、28片（自高壓端編號(hào)）絕緣子傘裙的介電常數(shù)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，值為1，與空氣的介電常數(shù)相同，其他的取為7。

2 電位分布曲線對(duì)比

為便于比較不同位置缺陷絕緣子對(duì)其附近的電位以及電場(chǎng)分布的影響，在仿真時(shí)按照路徑取出電位值和電場(chǎng)值。為方便對(duì)比，路徑取的是與右串絕緣子軸心等徑處且與兩串絕緣子軸心同平面上的節(jié)點(diǎn)值，不同的路徑依次自右絕緣子串中心向著靠近左絕緣子串方向。

下面分別繪出離右串絕緣子中心0、5、20cm處的電位曲線圖，如圖2-1所示。

由電位分布曲線可以看到，自高壓端往上，絕緣子串上電位畸變最嚴(yán)重的地方發(fā)生在缺陷絕緣子附近，在缺陷傘裙下表面電位被抬高，穿過傘裙后電位又突然降低，離右絕緣子串中心越遠(yuǎn)，變化的值越低，從圖中可以看到，到離中心20cm時(shí)，變化的幅值不超過10kV，相比而言很小。

下面從不同的缺陷位置和離絕緣子中心位置d分析其電位變化率。計(jì)算式為б=（V-V）/V，其中V為發(fā)生缺陷后的各絕緣子處的電位值，V為正常情況下各良好絕緣子處的電位值。圖2-2為當(dāng)d為5cm、20cm時(shí)絕緣子附近的電位變化率。

表2-3所示為第1、14、28片分別為缺陷絕緣子時(shí)在離絕緣子中心不同距離處等徑上的最大電位變化百分比，最大值都出現(xiàn)在缺陷絕緣子附近。

d/cm 5 14 20 25

第1片缺陷 10.3 5.0 3.4 2.8

第14片缺陷 6.6 3.2 2.5 1.9

第28片缺陷 148.5 78.3 39.5 28.9

綜上分析可知：電位變化率最大的地方出現(xiàn)在缺陷絕緣子附近，離它較遠(yuǎn)的地方變化率基本為零。由表2-3可看出，當(dāng)缺陷絕緣子發(fā)生在絕緣子串中間部位時(shí)，其變化率是最小的，而當(dāng)發(fā)生在低壓端變化率最大。

3 電場(chǎng)分布曲線對(duì)比

下面分別給出四種不同缺陷情況下，在離右絕緣子串軸心5、14、20、25cm處的合成場(chǎng)強(qiáng)分布曲線圖，如圖3-1所示。

下面給出在距右串中心14（即傘裙邊沿）、20cm處不同位置缺陷絕緣子對(duì)整串絕緣子的電場(chǎng)畸變率，如圖3-2所示，以及分別在5、14、20、25cm含有1片缺陷絕緣子時(shí)的最大電場(chǎng)變化百分比，如表3-3所示。

14cm處電場(chǎng)變化率

20cm處電場(chǎng)變化率

d/cm 5 14 20 25

第1片缺陷 3199.6 323.7 21.7 8.5

第8片缺陷 5328.2 385.3 42.2 25.4

第15片缺陷 707.6 70.8 32.3 19.5

由于d=5cm小于傘裙半徑，d=14cm為傘裙邊沿處，路徑都幾乎穿過傘裙，因此在傘裙的上、下表面可能會(huì)產(chǎn)生較大的電場(chǎng)畸變率。

綜上所述：高壓端的絕緣子劣化時(shí)，整串絕緣子中各絕緣子位置處的空間電場(chǎng)變化明顯；當(dāng)劣化絕緣子位于中部和低壓端時(shí)，其他絕緣子位置處的電場(chǎng)變化較小。隨著離絕緣子中心距離的增大，缺陷絕緣子對(duì)空間電場(chǎng)的影響越小。

5 結(jié)語

（1）500kV酒杯塔V串玻璃絕緣子中有1片絕緣子出現(xiàn)缺陷傘裙時(shí)，會(huì)對(duì)其附近的電位和電場(chǎng)分布產(chǎn)生較大影響，同樣而對(duì)較遠(yuǎn)處的其他絕緣子附近的電位和電場(chǎng)分布影響較小。隨著離絕緣子中心距離的增大，產(chǎn)生的影響越來越小，當(dāng)離絕緣子串軸心距離達(dá)到20cm時(shí)，電位變化的幅值不超過10kV。

（2）對(duì)于電位分布來說，缺陷絕緣子出現(xiàn)高壓端或低壓端產(chǎn)生的影響比出現(xiàn)在中間位置要大。而對(duì)電場(chǎng)分布來說，缺陷絕緣子出現(xiàn)在絕緣子串中間位置時(shí)產(chǎn)生的影響是最大的。

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作者簡介：

吳陽陽（1988-），男，助理工程師，主要從事超特高壓輸電線路運(yùn)行維護(hù)工作。