覆冰绝缘子沿面电场特性和放电模型研究

论文摘要

我国地形地貌复杂,覆冰面广,输电线路绝缘子冰闪事故时有发生。随着“西电东送、南北互供、全国联网”电力发展战略的实施和特高压交直流输电线路的开工建设,超特高压输电线路走廊必然要通过冰雪、高海拔、污秽等复杂的大气环境地区。国内外的运行统计和研究表明,由覆冰引起输电线路绝缘子串的绝缘子特性下降是导致电网事故的重要原因之一。由于影响绝缘子覆冰的因素很多,其放电过程比污秽放电更为复杂,因此,国内外对绝缘子覆冰放电机理的研究滞后于放电特性的试验研究,目前尚处于探讨阶段。本论文在深入分析国内外关于覆冰绝缘研究的基础上,阐述了覆冰绝缘子沿面电场分布的数值计算原理,建立了绝缘子在不同覆冰状态下的交直流沿面电场分布有限元计算模型,并利用渐近边界条件和虚拟材料参数法对有限元电场数值计算中的开域问题和悬浮导体问题进行处理。在此基础上,对空气间隙、冰特性、伞裙结构影响覆冰绝缘子沿面电场特性机理进行了系统的研究,比较了覆冰合成绝缘子和覆冰瓷绝缘子串的沿面电场特性,并提出了基于覆冰沿面电场特性的合成绝缘子伞裙结构优化思想。基于覆冰绝缘子的电场数值计算模型,本论文首次提出了覆冰绝缘子的交直流场路结合动态闪络模型,该模型将覆冰绝缘子的闪络过程分为高压端或低压端空气间隙击穿前电弧的起始、空气间隙击穿后电弧的发展和最终闪络判定三个阶段,对空气间隙击穿前和击穿后的覆冰绝缘子分别建立了交直流沿面电场计算模型,结合覆冰绝缘子电弧的交直流E-I特性对绝缘子闪络过程中泄漏电流的变化和最终闪络电压进行动态计算,通过人工覆冰试验研究验证了该场路结合闪络模型的正确性。此外,本论文还建立了预测复杂覆冰环境下绝缘子闪络电压的神经网络模型,指出了复杂覆冰环境信息和绝缘子闪络电压之间是多维、非线性映射关系。通过人工覆冰闪络试验,对该模型进行了训练和验证,并应用该模型对复杂覆冰环境下外绝缘的选择进行了探索。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究的重要意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究目的与内容
• 2 覆冰绝缘子沿面电场分布的有限元计算原理及模型
• 2.1 概述
• 2.2 电场数值分析的有限元法
• 2.3 覆冰绝缘子沿面电场计算模型
• 2.4 开域问题和悬浮导体问题的处理方法
• 2.5 覆冰绝缘子电场计算模型的验证
• 2.6 小结
• 3 覆冰绝缘子的沿面电场特性
• 3.1 概述
• 3.2 空气间隙对覆冰绝缘子沿面电场分布的影响
• 3.3 冰特性对覆冰绝缘子沿面电场分布的影响
• 3.4 不同类型覆冰绝缘子沿面电场特性的对比
• 3.5 伞形结构对覆冰合成绝缘子的影响
• 3.6 小结
• 4 基于动态电场分析的覆冰绝缘子交直流闪络模型
• 4.1 概述
• 4.2 覆冰绝缘子电路模型简介
• 4.3 基于电场分析的覆冰绝缘子直流闪络模型
• 4.4 基于电场分析的覆冰绝缘子交流闪络模型
• 4.5 小结
• 5 预测复杂覆冰条件下绝缘子闪络电压的神经网络模型
• 5.1 概述
• 5.2 BP 神经网络简介模型及计算步骤
• 5.3 预测覆冰绝缘子闪络电压的人工神经网络模型
• 5.4 XZP-160 直流绝缘子人工神经网络模型
• 5.5 绝缘子神经网络模型在外绝缘选择的应用
• 5.6 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录