特高压直流线路复合绝缘子均压环优化研究

论文摘要

复合绝缘子的结构特点导致其电位分布不均匀,两端金具附近具有强电场区。随着电压等级和复合绝缘子结构高度的增大,这种现象愈加严重。强电场将导致外绝缘介质和金具表面发生电晕放电,降低绝缘子的运行寿命,对电力安全运行造成严重威胁。世界第一条±800kV云-广特高压直流输电工程,其电压等级高,电场强度大,复合绝缘子电场分布更不均匀,因此改善复合绝缘子电场分布是超/特高压工程外绝缘设备研制及其安全运行的关键技术之一。论文在总结电场计算方法的基础上,针对特高压输电线路中铁塔-导线-绝缘子这种复杂局部结构的无界电场问题,将分域和迭代计算的思想引入有限元电场模型中,提出了一种电场分域迭代计算方法。利用分域思想将结构复杂的绝缘子及其附近空间区域作为细剖分区域,铁塔、导线及外部空间区域作为辅助计算区域。对细剖分区域和辅助计算区域分别进行迭代计算以求得最终的电场分布。这种方法克服了大型有限元模型剖分难度大及计算时间长的缺点,具有更高的计算精度。通过绝缘子的仿真计算结果和实测结果的比较,证明该方法的正确性和准确性。基于有限元分域迭代计算方法,建立了±800kV特高压直流线路复合绝缘子三维电场仿真模型,研究复合绝缘子表面电位和电场分布特性。为控制复合绝缘子表面电场,研究均压环的环径,管径和抬高距离对绝缘子电场分布的影响规律,从控制电场角度得出合理的均压环结构参数。针对特高压复合绝缘子电场分布特点,提出一种应用于±800kV线路直流复合绝缘子的大、小双均压环结构,即在复合绝缘子端部金具与硅橡胶外套连接处增加一个小均压环以改善此处的电场分布。结果表明,双均压环结构有效改善了绝缘子端部电场分布,更好的控制端部起晕,确保绝缘子长期稳定可靠的运行。研究结果为±800kV直流特高压线路的外绝缘设计提供参考。

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
• 1.2.1 绝缘子电场计算研究现状
• 1.2.2 均压环的国内外研究概况
• 1.3 论文的研究目的和内容
• 2 复合绝缘子电场分布的有限元分域迭代法原理
• 2.1 概述
• 2.2 电场数值分析的有限元法
• 2.2.1 有限元基本原理
• 2.2.2 有限元法求解静电场电场分布
• 2.3 有限元分域迭代计算方法
• 2.4 有限元分域迭代法的实现
• 2.4.1 COMSOL Multiphysics 有限元软件
• 2.4.2 有限元分域迭代法的软件实现
• 2.5 计算方法的验证分析
• 2.6 小结
• 3 ±800KV 线路复合绝缘子三维电场计算模型
• 3.1 概述
• 3.2 ±800KV 线路塔-线-绝缘子三维电场仿真模型
• 3.2.1 模型的建立
• 3.2.2 塔-线-复合绝缘子三维电场仿真模型的优越性
• 3.2.3 ±800kV 输电线路三维电场计算模型的优化
• 3.3 小结
• 4 ±800KV 线路复合绝缘子均压环结构优化研究
• 4.1 概述
• 4.2 复合绝缘子均压环选择和优化的判据研究
• 4.3 均压环对复合绝缘子沿面电场分布的影响研究
• 4.3.1 均压环对复合绝缘子沿面电场分布的改善
• 4.3.2 均压环结构对复合绝缘子沿面电场分布的影响
• 4.3.3 均压环对输电线路耐雷水平的影响
• 4.4 复合绝缘子均压环结构参数的优化设计
• 4.4.1 复合绝缘子配置传统单均压环结构优化研究
• 4.4.2 特高压复合绝缘子采用单均压环结构存在的问题
• 4.5 双均压环结构的提出及其参数优化
• 4.5.1 双均压环结构的提出
• 4.5.2 复合绝缘子配置双均压环结构优化研究
• 4.6 单I 串特高压复合绝缘子双均压环设计的实验室验证
• 4.7 小结
• 5 不同悬挂方式下复合绝缘子均压环结构研究
• 5.1 概述
• 5.2 普通V 型串800KV 复合绝缘子均压环结构选择
• 5.3 多联800KV 复合绝缘子均压环结构选择
• 5.3.1 双联垂串复合绝缘子均压环结构选择
• 5.3.2 四联悬垂串复合绝缘子均压环结构选择
• 5.4 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录:
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研工作: