复合绝缘子鸟粪闪络的仿真计算
用_防鸟刺_防止线路绝缘子鸟粪闪络事故的研究
用“防鸟刺”防止线路绝缘子鸟粪闪络事故的研究ΞR esearch on P reven ting L ine In su lato rs from B ird FecesF lashover U sing B ird Feces2p roofing Sp lin ter唐山供电公司(河北唐山063000) 王 恒摘 要:详细介绍了唐山供电公司开展防止架空输电线路鸟粪闪络事故工作的全过程,包括鸟粪闪络的起源和发展,鸟粪闪络规律和机理的研究,防鸟措施的研制、试用,重点介绍了开发和大面积推广“防鸟刺”的成功经验。
关键词:架空线路;绝缘子;鸟粪闪络;防鸟刺中图分类号:TM852文献标识码:B文章编号:100329171(2004)0120028202近年来,随着社会环保意识的提高,自然环境得到了较大改善,加上国家对猎枪的管制,使得鸟类逐渐增多,但随之带来的输电线路鸟害,特别是鸟粪引起的绝缘子闪络事故不断增加。
因此,防止鸟粪引起输电线路绝缘子闪络事故,已成为输电线路防事故措施又一新的课题。
我公司自1993年开始发现在唐山南部地区输电线路上发生鸟粪引起的绝缘子闪络事故,以后形成逐年增多趋势。
为防止此类事故的发生,自1995年我们开始研究防鸟粪闪络事故的措施。
通过研究鸟类活动规律,研究曾采用过的几种防鸟粪措施失败的原因,结合有关理论分析[1]和不断实践,最后于2000年5月研制出防鸟刺,在我公司输电线路上广泛采用,取得了防鸟粪闪络事故的最佳效果,此成果的应用大大地提高了电网的安全运行水平。
华北电网几个兄弟单位借鉴我公司经验,采用防鸟刺措施也取得了很好的运行效果。
1 鸟粪闪络事故分析在我公司因鸟粪引起的输电线路绝缘子闪络事故,首先发生在唐山南部地区,这是因为该地区近海地带水鸟较多,造成这一带输电线路鸟粪闪络事故的几率也较高。
而近几年,在唐山北部山区一些水库附近的线路也发生鸟粪闪络事故;在唐山中部平原地带也不断发生鸟粪闪络事故。
500kV绝缘子鸟粪闪络实验研究
第1片
第2片
第4片
第6片
第8片
第 10 片
图 3 不同位置大伞盘遮挡下 500 kV 绝缘子串的鸟粪
闪络照片
3.3 500 kV 瓷绝缘子串空间击穿闪络 图 4 中给出了 500 kV 绝缘子串鸟粪空间
击穿闪络试验的照片。
图 4 500 kV 绝缘子串鸟粪空间击穿闪络试验 普通型瓷绝缘子 XP-160,盘径 260 mm,28 片,串长 4.4 m,均压环到横担 4.12 m。喷头在横担外沿,直径 10 mm。模拟鸟粪粘度 40 s,电导率 5000 µS/cm,试
图 2 500 kV 瓷绝缘子串的闪络过程
中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集
普通型瓷绝缘子 XP-160,外径 260 mm,28 片,串长 4.4 m,均压环到横担 4 m,模拟鸟粪粘度 50 s,电导
率 4300 µS/cm,试验电压 305 kV
图 2 给出了 500 kV 绝缘子串闪络过程的 照片,闪络电弧从高压端与鸟粪端部开始发 展,当鸟粪通道达到距离高压端约 1.3 m 处时, 开始起弧,电弧发展,直到贯穿整支绝缘子串, 完成沿面闪络。闪络过程中高压端飘弧较低压 端飘弧厉害。该种形式绝缘子串能够发生沿面 闪络,所需的鸟粪单次最小流量为 90 ml,在 有累积效应的前提下可能只需要 50 ml 就引起 闪络。 3.2 大伞盘绝缘子遮挡后 500 kV 瓷绝缘子 沿面闪络情况
喷头在绝缘子串正上方移动,V 型串闪络 的最小量是 75ml。在此鸟粪流量下,当喷头在 绝缘子串正上方不同的位置时闪络的概率不 同。从高压端计数,当喷头在第 3 片绝缘子上 方时,闪络概率相当高,基本达到了 100%; 当喷头在第 8 片绝缘子上方时,闪络概率下降 到了 50%;当喷头位置在第 9、10 片绝缘子上 方时,基本不发生闪络。
不同类型绝缘子在鸟粪影响下电场分布的仿真分析及防范建议
不同类型绝缘子在鸟粪影响下电场分布的仿真分析及防范建议摘要:随着人们对自然环境的保护意识加强,鸟类活动日益频繁,对输电线路的安全、稳定运行造成了极大的威胁。
近年来,人们对鸟害闪络故障的认识不断加深,也越来越重视对鸟害事故的防范和治理。
本文使用COMSOL Multiphysics软件,对输电线路不同类型绝缘子在鸟粪影响下的电场分布进行了仿真,并验证了鸟害闪络机理,分析了不同类型绝缘子的电场分布,并提出了相应的防范建议。
关键词:鸟害闪络故障;COMSOL Multiphysics;不同类型绝缘子;电场分布0 引言目前,引起输电线路跳闸故障的主要原因以雷害、覆冰、外力破坏、鸟害、山火等几种为主[1]。
随着国家对环境保护的重视,人们也逐渐提高了对环境的保护意识。
不断改善的生态环境,为鸟类提供了良好的生态栖息环境,使得鸟类的数量日益增加。
因此,输电线路的外绝缘在野外不可避免地会受到鸟类活动的影响而出现绝缘下降。
长期以来,国内外学者对鸟类活动引发的线路故障进行了一系列的观察、统计、试验及仿真分析的工作,提出了相应的鸟害闪络理论及放电机理,但对不同类型绝缘子的鸟害闪络特性缺乏具体地研究分析。
自上世纪20年代起,由美国加利福尼亚爱迪生电力公司首次提出将长串鸟粪当作不明闪络事故的原因[2]。
随后,70年代,由邦纳维尔电力局通过配制鸟粪模拟液对闪络事故进行了试验模拟,证明了鸟粪确实会引起输电线路闪络跳闸事故[3]。
90年代中期,Burnham J T根据大量生产实际数据提出了鸟害闪络故障的四种形式。
清华大学在2001年至2009年对110、220、500kV线路进行了交流线路模拟试验研究。
重庆大学在2013年对鸟粪引起的导线-塔窗间隙交流击穿以及110kV复合绝缘子的交流击穿特性进行了研究武汉大学在2014年通过使用铁丝模拟鸟粪通道进行了220kV瓷绝缘子的放电试验研究。
根据目前已有的研究分析可知,鸟粪下落对不同类型绝缘子的空间电场分布的分析还有待填补。
湿污环境中的复合绝缘子异物闪络
高电压技术 第36卷第8期2010年8月31日High Voltage Engineering,Vol.36,No.8,August 31,2010湿污环境中的复合绝缘子异物闪络贾志东1,张 威1,2,方 苏1,2,关志成1,朱可能3(1.清华大学深圳研究生院,深圳518055;2.清华大学电机系,北京100084;3.天津市电力科学研究院,天津300022)摘 要:鸟粪一直被认为是复合绝缘子不明原因闪络原因之一,但对其机理的认识一直有争议。
为此,以铁丝模拟鸟粪,研究湿污绝缘子在鸟粪临近时的闪络机理。
首先对硅橡胶材料的低温特性进行了研究,认为不明原因闪络发生时其表面污秽可能已经被充分湿润。
再以铁丝模拟鸟粪,对110kV湿污复合绝缘子在异物临近时的闪络过程进行了实验。
研究表明50~70cm的异物即可导致110kV污秽复合绝缘子闪络,其特点是空气击穿与沿面闪络的混合;同时进行的相同条件下的清洁复合绝缘子却没有发生闪络。
然后建立了电场仿真模型,从电场分布的角度对闪络机理进行分析,认为是异物端部的电场引发了复合绝缘子表面污秽的电弧,继而发生了污秽闪络。
最后以这些研究结果来解释复合绝缘子不明原因闪络。
关键词:复合绝缘子;憎水性;低温;湿污;不明原因闪络;铁丝;异物中图分类号:TM852文献标志码:A文章编号:1003-6520(2010)08-1893-07Foreign Body Caused Flashover on Composite Insulator in Wetand Contaminated ConditionJIA Zhi-dong1,ZHANG Wei 1,2,FANG Su1,2,GUAN Zhi-cheng1,ZHU Ke-neng3(1.Graduate School at Shenzhen,Tsinghua University,Shenzhen 518055,China;2.Department of Electrical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China;3.Tianjin Electrical Power Research Institute,Tianjin 300022,China)Abstract:We focused on the flashover mechanism on wet contaminated composite insulator when bird streamer drop-ping by the insulator using iron wires,and investigated the low temperature nature of silicon rubber.We think thatthe contamination layer on the insulator may be saturated when unexplained flashover typically occurs.The experi-ments on 110kV composite insulators were conducted in the laboratory to simulate the flashover process using ironwires.The results show that foreign bodies with length of 50~70cm can cause the flashover on 110kV compositeinsulators,and videos show that it is combination of surface discharge and air breakdown,while flashover won’t oc-cur on clean insulator in the same condition.Then simulation model is set up to investigate the mechanism of theflashover.It is believed that the electric field of the foreign body induces the flashover,and then pollution flashoveroccurs.Finally,these studies are used to explain unexplained flashover.Key words:composite insulators;hydrophobicity;low temperature;wet contamination;unexplained flashover;ironwire;foreign body0 引言根据国家电网公司资料,我国复合绝缘子的年平均故障率约为万分之一。
均压环对复合绝缘子运行的影响及鸟粪闪络分析
均压环对复合绝缘子运行的影响及鸟粪闪络分析乌兰察布电业局安平崔俊海冯德阅读次数:180我局引进复合绝缘子刚九年时间,起初只是对高污秽地区,如电厂出口、公路、铁路、盐碱潮湿及高耗能等地区进行了更换使用,运行经验表明,复合绝缘子以其重量轻,机械强度高表面增水性强,防污闪性能好和不测零值等方面均超过了瓷式绝缘子,而其显著的经济效益更是瓷式绝缘子无比拟的,往年对重污地区每年一度的瓷瓶清扫工作以及每两年一次的零值测试随着复合绝缘子的增加而逐年减少,对绝缘子的维修,更换工作也从次数,人员上也相应减少,从而大大降低了工人的工作强度,由于还处在试验阶段,所以有必要对其结构、性能以及处在北方特殊气候条件下的运行可靠性,耐老化等方面进行系统,深入的研究。
近年来由于天气逐渐变暖,各种大鸟开始出现在北方地区,鸟粪污秽故障也随着频频出现,给电网的可靠性造成了重大的威胁也越来越引起了人们的注视。
因此对复合绝缘子在加大第一片伞裙和均压环形状,位置上能否对防止鸟粪污闪事故方面进行分析,对有效防止事故保证电网安全可靠运行是极为必要的,本文针对目前复合绝缘子的运行状况、性能以及防止鸟粪污闪方面进行了较为详细的分析,使其在电力系统中得到广泛的应用。
一、复合绝缘子的电气性能与机械强度电气性能优越,机械强度高,内部承载的环氧玻璃纤维引拔棒抗弯曲强度比普通钢材高2倍,是高强度瓷材料10倍左右,更有效提高了安全运行的可靠性。
耐污性能好,抗污性能强,其湿耐受电压和污秽耐受电压为相同爬距瓷绝缘子的2—2.5倍,且不需清扫,能在重污秽地区安全运行。
具有很强的抗冲击性和防震性能,其良好的防脆性和抗蠕变性,不易破碎、抗弯曲、抗扭强度高,可承受内力强,防爆力强,可与瓷、玻璃绝缘子互换使用。
复合绝缘子由于其机械性能和电气性能均优于瓷绝缘子,运行幅度大,是电力线路的更新产品。
复合绝缘子以其优异的防污闪特性及轻便、不易破损、安装维修方便已在高压输电线路中得到广泛应用。
220kV线路复合绝缘子仿真分析
为2 2 0 k V f I I 对地 电 他的峰 仉I I 7 9 . 6 k V ~ 仿真O P G W导线 时 绝缘 于串问隙 I I l 场 分 们的影 响I l 1 f . 将 OP ( ; W处电位 没置为零 电位 在 仿 均 环 对电场 分 影u …寸 } 见 具体情况将 畦锤均 』 K 环 更换 为普通均 J 研: 及l 员 1 环 形 咀锤 J 匀 , 1 i 环
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纠7绝缘 下端 无均f K 环时绝缘
F 端 也场分 r f; ' E
! } I 2尢( ) P ( 带 ¨型重锤 电 分 ( 整体 )
3有 O P CW 带 牲 型 匝 锤
电压分l 布( 整体 )
8 绝缘 子下端带 普通均 环时绝缘 于串下端 【 乜 场 分布情况
图6 彳 『 OP G W带柱型 重任电场分市( 骼体 ) ( 2 ) 不 形式 均压环 埘电场 分布影响 无O P ( w情况 下 , 对绝缘 子半下端不 均 环 、 带 通 均压环 、 带 住型亟锤均J K 环及带 环形 蠹缍均压环 等不¨ I 况下的绝缘予 } l j 电 场分l 布情 况进 行 r仿真 , 不同 1 况_ F的 局部I 乜 场 分 布如陶 7 - 1 0所 示. 仿真结 果如表2 所 永:
技 盆
5 5. 9 % 。
錾 J 9绝缘 子下端带柱型 锤均J 环时绝缘子串下端电场分布情况
2 . 4仿真结果 分析 2 . 4 . 1 OP GW对电 及电场分布影 响分析 在有 O P G W 的情况下 , 蓖锤上 的电场 强度最 大值仅增』 J 【 l J 4 %, 整 个绝缘 间隙的绝缘距 离约 缩短 了不到 0 . 3 m, 此O P GW对绝缘 子串间 隙电场分布的影n 向基本可以忽略 2 . 4 . 2不 同形 式 均 门 环 时 电场 分 布影 响 分 析 由仿 真结 果 r — J - 知, 均压 环 的均 效 _ 粜 巾 【 二 半 部分 I l l l 率 半径 决 定 、曲率半径越大 , 即表 面越 圆滑 , 其 电场强度 就越小 , 『 f { l 牢半径越小 , 即表面越方 正 。 其 电场 强度就越大 。根据 实际情况 , 在仿真计算 中 , 柱 型重锤 型均 环 、 通 均f 环及 网环 型重锤均门 环 的I } l l 率半径 分别为 2 m m、 2 0 a r m和 3 0 a r m ( 估算值 ) , 1 4 1 于 三种 均 环 『 f n 率半 径依次增大 , 因 此其表面电场强度就依次降低 r } 1 此可 见在选择 重锤均 环 时在相同 电压等级及 量的前提下 , 应赆量选取 曲率半 径较大 缘子仿直分析
合成绝缘子鸟粪闪络与不明原因闪络
合成绝缘子鸟粪闪络与不明原因闪络摘要:在人工模拟鸟粪闪络现象的基础上,对鸟粪闪络机理及闪络条件进行了研究。
发现鸟粪闪络主要是空气间隙在瞬间电场畸变情况下的击穿,而不是以往认为的沿面闪络。
在以往认为的不明原因闪络中,有相当一部分实际上是属于鸟粪闪络,并对防止鸟粪闪络的措施进行了讨论。
关键词:鸟粪闪络;不明闪络;绝缘子1鸟粪闪络事故及闪络特点鸟粪闪络事故是指由栖息在杆塔上的鸟排泄物引起的闪络事故。
据统计到1998年为止,全国的合成绝缘子事故中雷击闪络事故占47%,不明闪络事故占24%,而已确认的鸟粪闪络事故就占16%,大大高于合成绝缘子污闪所占5%的比例[1]。
其他国家也有许多鸟粪事故的报道。
早在20世纪20年代就已发现有鸟粪导致闪络的事故。
鸟一般在凌晨觅食前排出大量的粪便,因此鸟粪闪络事故多出现在这段时间。
鸟粪闪络事故多数发生在110kV和220kV电压等级的线路中,35kV及以下和500kV的电网中此类事故较少。
鸟粪闪络是一种突发性事件,闪络前没有任何征兆,闪络时也极少为人见,只能事后进行判断。
由于以往一直认为鸟粪闪络是由鸟粪落在绝缘子表面而引发的沿面闪络事故,因此鸟粪痕迹的存在一直作为判断是否为鸟粪闪络的重要依据。
2模拟鸟粪闪络试验2.1试验装置鸟粪下落的方式根据鸟粪下落路径离绝缘子轴线横向距离的不同可以分为2种:①鸟粪落在绝缘子表面,然后沿绝缘子伞群边沿下滑;②鸟粪从绝缘子表面以外一定距离处下落。
鸟粪模拟试验装置如图1所示。
(2)模拟鸟粪的粘度模拟液中硅藻土的浓度决定了模拟鸟粪的粘度。
硅藻土浓度为零时就是盐水,粘度为1mm2/s。
这时,无论是第一种还是第二种鸟粪下落方式,也无论模拟鸟粪挤出量达到多少体积,局部闪络和贯通性闪络的概率都几乎为零。
在试验中可以观察到这时液体到达绝缘子高压端附近时,都变成了许多细小水滴,相当于一定电导率的淋雨试验,其闪络电压自然远高于绝缘子的运行电压。
当模拟液的硅藻土浓度为160g/l时,可以发生闪络,但在一定条件下,只发生局部空气间隙击穿,局部电弧没有发展成为闪络。
绝缘子标准波及短尾波冲击下的闪络模型修正计算方法
绝缘子标准波及短尾波冲击下的闪络模型修正计算方法绝缘子标准波及短尾波冲击下的闪络模型修正计算方法绝缘子是电力系统中常见的重要部件,负责将导线或电力设备与支撑结构等地电位隔离并支撑导线。
在电力系统运行中,绝缘子所受到的电力冲击是不可避免的,尤其是在雷击等恶劣环境下。
因此,研究绝缘子的耐受能力对于电力系统的正常运行至关重要。
闪络是指当绝缘子表面的绝缘油或绝缘子自身的绝缘材料不具备足够的绝缘能力来抵御电击时,电力冲击穿越绝缘子,并形成电弧放电或火花放电的现象。
这种情况下会造成绝缘子表面损坏,导致绝缘子失去正常功能,并可能引发系统故障。
因此,研究绝缘子在冲击下的闪络模型修正计算方法非常重要。
绝缘子的闪络模型修正计算方法基于绝缘子的物理特性和电力冲击的特点。
闪络模型修正计算方法主要包括以下几个步骤:1. 绝缘子材料特性的测试和分析:绝缘子的材料特性对于绝缘子的闪络性能有着重要的影响。
通过对绝缘子材料的特性测试和分析,可以了解材料的绝缘强度、绝缘介质的介电常数以及材料的结构特点等。
这些参数对于绝缘子的耐电击能力有着重要影响。
2. 电力冲击模型建立:电力冲击模型用于模拟电力系统中的电力冲击事件。
根据电力冲击的特点,可以建立合适的电力冲击模型。
常见的电力冲击模型包括雷电冲击、短尾波冲击等。
根据具体情况选择合适的电力冲击模型。
3. 闪络模型建立:通过对绝缘子的物理特性和电力冲击模型进行分析,可以建立绝缘子的闪络模型。
闪络模型是描述绝缘子在电力冲击下闪络特性的数学模型。
根据绝缘子材料的特性以及电力冲击的特点,可以建立适当的闪络模型。
4. 闪络模型修正计算:通过对闪络模型进行修正计算,可以得到绝缘子在电力冲击下的闪络性能。
闪络模型修正计算包括对闪络模型的参数进行校准和修正,以及对闪络特性进行计算和分析。
修正计算的目的是使得闪络模型能够更好地反映绝缘子在电力冲击下的实际情况。
绝缘子标准波及短尾波冲击下的闪络模型修正计算方法是基于绝缘子在标准波和短尾波冲击下的闪络性能进行修正的方法。
鸟粪下落对输电线路绝缘子周围电场分布的仿真分析
图9 d= 0 . 1 c m 时电场强度畸变随
鸟 粪 长 度 变 化 情 况
F i g . 9 Wh e n t h e e l e c t r i c i f e l d s t r e n g t h
i n g , 2 0 1 2 ;( O 9 ) : 2 1 7 8 -2 1 8 8
l 4期
徐
辉, 等: 鸟粪 下落对输电线路绝缘子周 围电场分 布的仿真分析
1 7 5
端 及 鸟粪 表 面 电场 发 生 畸变 , 使 高压 端 电场 强 度 畸
变不 严重 。
子高压 端 之 间发生 了空 气击 穿而 导致 闪络 。 ( 3 ) 仿 真计 算 表 明 , 在 鸟粪下 落过 程 中 , 鸟 粪前 端 和低 压端 的电场 强 度 均 会 超过 空气 击 穿 电压 值 , 且 随着 鸟粪 下落 通 道 与 绝缘 子 伞 裙 距 离 变 大 , 电场 强 度逐 渐 变小 。
,
鲁
>
鸟粪前端
( 4 )防止 鸟害 跳 闸的重 点为 阻止 鸟粪 在绝 缘子 周 围形 成下 落通 道 。
参 考 文 献
1 李乃一 , 彭宗仁 , 杜进桥 , 等. 特 高压变 电站工频 电场模拟计算及 其分布规律 .高 电压技术 , 2 0 1 2 ; ( 0 9 ) : 2 1 7 8 -2 1 8 8
( 2 )鸟 粪 闪络 的机理 基本 上是 鸟粪 倾 泻 的瞬 间 畸 变 了绝 缘 子 串附近 的 电场 分 布 , 鸟粪 通 道 与绝 缘
t i o n o n Ma g n e t i c s , 2 0 0 8 ; 4 4 ( 6 ) : 1 3 4 6 —1 3 4 9
鸟粪下落对输电线路绝缘子周围电场分布的仿真分析
鸟粪下落对输电线路绝缘子周围电场分布的仿真分析徐辉;王璋奇;王科;周仿荣;蒋雅婷;彭庆军;卢中西【摘要】输电线路的安全运行,对于整个电网的稳定性具有十分重要的意义.随着人们生态意识的提高,鸟类活动日益频繁,加剧了鸟害对于输电线路跳闸的影响.采用COMSOL Multiphysics对鸟粪下落时输电线路绝缘子周围电场分布进行仿真分析,得到了鸟粪下落对于绝缘子附近电场分布的影响.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)014【总页数】5页(P171-175)【关键词】鸟粪下落;COMSOL Multiphysics;电场分布;仿真分析【作者】徐辉;王璋奇;王科;周仿荣;蒋雅婷;彭庆军;卢中西【作者单位】华北电力大学机械工程系,保定071000;华北电力大学云南电网公司研究生工作站,昆明650000;华北电力大学机械工程系,保定071000;云南电网有限责任公司电力科学研究院,昆明065000;云南电网有限责任公司电力科学研究院,昆明065000;云南电网有限责任公司电力科学研究院,昆明065000;云南电网有限责任公司电力科学研究院,昆明065000;华北电力大学云南电网公司研究生工作站,昆明650000;华北电力大学电力工程系,保定071000【正文语种】中文【中图分类】TM852随着电网规模的不断发展,输电线路的安全稳定运行对于电网的整体性能评估以及人们的日常生活具有着十分重要的意义[1]。
近年来由于国家更加重视环境保护,生态环境不断改善,人们保护鸟类的意识也不断增强,使得鸟类的活动日益频繁,同时电网输电规模的不断攀升,都加剧了鸟害在电网的输电线路中引起的线路跳闸次数,鸟害已成为仅次于雷害、外力破坏、山火的第四大线路跳闸原因。
鸟害造成跳闸的主要原因有鸟粪闪络、鸟巢材料短路、鸟类身体短路、鸟啄复合绝缘子。
其中鸟粪闪络引起的跳闸是鸟害故障跳闸的主要原因。
因此研究鸟粪下落过程中绝缘子周围电场变化情况在防范和减少因鸟类活动引起的线路故障次数,确保电网安全稳定运行上具有十分重要的意义。
防闪络绝缘护套对鸟粪闪络防护效果的分析
防闪络绝缘护套对鸟粪闪络防护效果的分析马奎;王海龙;马波;杨光如;怡恺【摘要】As a new protection methord of bird' s dropping flashover in the overhead power transmission line, The anti-flashover insulation sheath takes effect by reducing the bearing voltage of the insulator. It is feasible theoretically, but the practical effects are not verified yet. So by analyzing the course of the bird ' s droppings flashover and establishing the simulation model and testing platform for bird' s dropping fiashover of the overhead power transmission line, verifies the protective effect of the anti-flashover insulation sheath for the bird' s dropping flashover. The result shows that when its thickness is enough, the insulation sheath can prevent the bird' s droppings flashover the overhead power transmission line effectively.%作为一种新型鸟粪闪络防护措施,防闪络绝缘护套是通过降低绝缘子所承受的电压达到防护效果的,这种方法虽然在理论上可行,但其实际效果却还没有得到有效验证。
含污秽薄层的高压复合绝缘子表面电场计算新方法
含污秽薄层的高压复合绝缘子表面电场计算新方法汪沨;廖平军;黄俊;罗勇;肖运军【摘要】To study the mechanism of composite insulator pollution flashover, electric field analysis of the polluted composite insulators is required. However, the thickness of the contamination layer is only a fraction of millimeter that is much smaller than the size of insulator itself. Consequently, neither the finite element method nor boundary element method can solve such field problems with multiple scales at present. Therefore, This paper proposes a new method to calculate the surface electric field of polluted insulator based on the digital image processing. First, binary image processing is applied to the image of insulator with sizem×n, and regional meshing is realized at each the pixel unit. Meanwhile, a mathematical model of impedance is established based on pixel unit. Then the node admittance matrix of size (m×n)×(m×n) is formed. The distribution of surface electric field of polluted insulator is calculated by electrical network analysis using node voltage method. The example shows that, compared with the existing algorithms, this method has significant advantages and improved effectiveness for modeling filthy layer which revealed contamination mechanism of composite insulator surface flashover, corona discharge, etc.%为研究复合绝缘子污闪机理,需对含污层的复合绝缘子进行电场分析,然而绝缘子表面污秽层厚度数量级达10?4m,甚至更小,远远小于绝缘子的尺寸.目前现有的有限元及边界元电场计算方法都无法解决此类多空间尺度的场域分析问题.为此,提出一种基于数字图像处理的污秽绝缘子表面电场计算新方法,该方法首先应用图像处理技术对m×n大小绝缘子图像二值化处理,利用像素单元实现区域的网格剖分,同时在像素单元基础上建立阻抗数学模型;然后形成(m×n)×(m×n)大小的节点导纳矩阵,采取节点电压法对其进行电网络分析,得到污秽绝缘子表面电场分布.实例计算表明,与其他算法相比,该方法对于含污层的复合绝缘子电场计算具有明显优势,为复合绝缘子表面污闪机理的研究提供了新的有效的电场计算方法.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2016(031)010【总页数】8页(P77-84)【关键词】绝缘子;矩阵;像素单元;图像处理;有限元法【作者】汪沨;廖平军;黄俊;罗勇;肖运军【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院长沙 410082;电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学)西安 710049;湖南大学电气与信息工程学院长沙410082;国网湖南省电力公司株洲供电分公司株洲 412000;国网湖南省电力公司株洲供电分公司株洲 412000;国网湖南省电力公司株洲供电分公司株洲 412000【正文语种】中文【中图分类】TM852复合绝缘子在高压输电线路中起着电气绝缘和机械连接作用,而工作于户外的复合绝缘子,经常置于各类沉积物、紫外线辐射和雨雪等恶劣环境之中,而且复合绝缘子在干燥和湿润条件下的电气性能影响着电力系统的安全稳定运行。
鸟粪闪络导致线路重合
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鸟粪闪络导致线路重合
【案例简述】
500kV某线于2002年3月6日发生跳闸重合成功的事故。
【案例评析】
巡视发现197号塔为故障点。
197号为杯型塔,中相复合绝缘子与横担挂点处两端均压环都有烧痕,高压端1~8片伞裙有鸟粪,且与放电痕迹吻合。
此次故障从放电通道看,是大鸟排泄的粪便顺复合绝缘子表面流下,形成放电通所致。
【案例警示】
1.对鸟类活动习性进行调查,科学合理规划鸟害区,摸索鸟害发生污闪的事故规律,建立鸟害台帐。
2.根据鸟类活动规律、鸟的类型、线路的重要程度、运行检修的实际需要,针对性地采取防鸟措施。
3.防鸟设施在杆塔上应安装牢固,因检修需要拆卸时要放置在可靠部位,检修结束后恢复原状,并紧固。
复合绝缘子鸟粪闪络过程分析
复合绝缘子鸟粪闪络过程分析王 平1、案例说明在很强的电场作用下,介质中的束缚电荷可能脱离分子而自由移动,这时电介质就丧失了它的绝缘性能,称作介质击穿。
某种介质材料所能承受的最大场强就称为该电介质的击穿场强,或称为该材料的电介质强度。
本案例通过绝缘子串在污秽条件下的闪络过程,详细介绍了介质击穿的物理过程,并结合数值计算方法对该问题进行了仿真研究,使学生对该物理过程有了进一步认识。
2、案例2.1 引言当鸟在绝缘子悬挂点附近的横担上排便时,高电导率的鸟粪将短接部分空气间隙,既使鸟粪并没有贯通全部通道,也可能造成闪络。
对于不同电压等级的线路,故障的特点也有所不同。
对于220kV及以下电压等级的线路,绝缘子串较短,大鸟的高电导鸟粪可行成较长的通道,使空气间隙的有效绝缘长度明显减小,空间电场严重畸变,在带电体与粪道末端之间的空气间隙中放电。
对于1500kV及以上电压等级的线路,相对于整个绝缘子串来说,鸟粪通道所占的空气间隙比例较小,直接导致其余的空气间隙闪络的概率较小。
但是,如果绝缘子上已存有一定污秽且在潮湿气候的作用下,由于绝缘子串的绝缘水平降低,放电就可能沿着“鸟粪通道—粪道末端与绝缘子串间的空气间隙—绝缘子串表面”这一通道形成。
绝缘子串鸟粪闪络是输电线路的外绝缘故障之一,其主要形式是鸟粪在绝缘子附近下落时,严重畸变了下落通道周围的电场分布,造成鸟粪通道与绝缘子高压均压环或金具之间发生的空气间隙击穿而导致的闪络。
文献1进行了长空气间隙的鸟粪闪络实验研究,成功地在实验室模拟出500kV 长空气间隙的鸟粪放电过程,并以每秒25 帧的速度拍摄了绝缘子闪络过程的照片,图1为截取的典型闪络照片示意图。
2图1绝缘子串闪络过程2.2 案例鸟粪闪络是一种突发性事件,闪络前没有任何征兆,闪络时也极少为人所见,只能事后以鸟粪痕迹作为判断。
鸟粪下落的瞬间畸变了绝缘子周围的电场分布,鸟粪通道与绝缘子高压端之间发生了空气间隙击穿而导致闪络。
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复合绝缘子鸟粪闪络的仿真计算聂琼1周远翔1崔吉峰2李震宇3于德明4袁亦超5陈原5梁曦东1关志成11清华大学电机系2国网运行有限公司3国网交流工程建设有限公司4北京超高压公司5华北电力科学研究院摘要绝缘子串的鸟粪闪络已经成为架空输电线路的主要故障形式之一。
过去,鸟粪闪络主要发生在220 kV和110kV线路上,但近年500kV线路鸟害事故也时有发生。
本文在模拟试验的基础上,对220kV和500kV 的复合绝缘子串的鸟粪闪络现象进行仿真计算。
结果表明,具有一定电导率的鸟粪在绝缘子周围下落时,会严重畸变绝缘子周围的电场分布,随着鸟粪长度的增加,鸟粪端部的电场强度逐渐增加。
为了达到同样的端部场强,500kV复合绝缘子串所需的鸟粪长度要比220kV绝缘子串长得多,所以,220kV复合绝缘子串比500 kV绝缘子串容易发生鸟粪闪络。
关键词鸟粪闪络,电场分布,复合绝缘子1引言输电线路鸟害掉闸问题日渐突出,而且其涉及范围较广,危害普遍[1]。
在国外,鸟害引起的故障比想象的情况要普遍、严重得多,每年由于鸟害造成电力系统直接损失达数百万美元。
在美国,配电线路近25%的故障都与鸟有关。
1990年IEEE调研报告显示,在回复的用户中,86%的用户认为鸟是引起变电站故障的最为主要的原因[2]。
因此,架空输电线路的鸟害故障已经成为电网的主要故障形式之一,而鸟害掉闸也已成为架空输电线路的主要掉闸形式之一。
输电线路鸟害掉闸机理的研究成为了一项非常重要的工作,针对鸟害的问题应开展必要的调查和分析工作,找出原因和规律,制定相应的防范措施,这是关系到电网安全运行的重要和紧迫的任务。
过去,鸟害掉闸主要发生在220kV和110kV线路上,但近年500kV线路鸟害事故也时有发生。
输电线路鸟害故障危害严重,鸟害事故预测困难,但实验室对输电线路鸟害故障机理的研究却并不多见。
清华大学曾进行过110kV电压等级输电线路绝缘子串的鸟粪闪络试验研究[3]。
针对新近出现的500 kV鸟粪闪络现象,清华大学和华北电力科学研究院一起开展了鸟粪闪络机理的研究工作。
研究主要由模拟试验和仿真计算两部分组成。
本文将对220kV和500kV复合绝缘子串的鸟粪闪络进行仿真计算,进而结合模拟试验结果,分析鸟粪闪络机理。
2仿真建模2.1鸟粪闪络模拟试验系统按照1:1比例制作500kV和220kV的试验模型。
500kV鸟粪闪络试验模拟正常分裂间距的四分裂导线,试验时模拟单相情况。
绝缘子串连同配套金具,均压环等。
图1给出了复合绝缘子串鸟粪闪络模拟装置示意图。
鸟粪的模拟采用鸡蛋、108胶、硅藻土和NaCl,将它们按一定比例混合为鸟粪模拟液。
为方便描述起见,本文将上述物质混合而成的污液流简称为鸟粪。
加入NaCl的作用是调整模拟液电导率,加入硅藻土和108胶的目的是调整粘度。
2.2鸟粪闪络类型根据现场调研和故障分析,鸟粪闪络主要有以下几类:第一类是鸟排便时,鸟粪沿绝缘子(串)外侧下落,不污染或少量污染绝缘子(串),直接造成导线侧(高压)与横担侧(地电位)之间的短路放电,导致线路跳闸。
第二类是鸟排便时,鸟粪附着于绝缘子(串)上,严重污染绝缘子(串),造成导线侧(高压)与横担侧(地电位)之间的短路放电,导致线路跳闸。
图1复合绝缘子串鸟粪闪络模拟装置示意图第三类是鸟排便时,鸟粪附着于绝缘子(串)上,污染绝缘子(串),但未立即造成闪络。
在潮湿气候条件下,鸟粪与绝缘子表面积累的其它污秽共同作用形成沿面闪络。
这种形式的鸟害掉闸类似于普通污闪,但对于硅橡胶复合绝缘子则有所区别:对于普通污秽,憎水性易于迁移至污秽上;但由于鸟粪成团出现,憎水性也不易迁移至鸟粪表面,因此,其耐污性能也得不到发挥。
本文主要对前两种类型进行仿真计算。
2.3仿真计算模型对复合绝缘子采用有限元法,利用ANSYS 软件模拟计算鸟粪的存在对场强畸变的影响。
电场计算模型如图2所示,横担用长方体模拟,杆塔和导线分别用圆柱体来模拟,复合绝缘子按实际形状和尺寸建立。
由于鸟粪具有一定的粘度和电导率,因此在计算过程中按照导体来考虑。
鸟粪下落的位置分为两种,一种是在导线的正上方(此时鸟粪、导线和绝缘子的轴心位于同一平面内),另一种是在导线的侧上方(此时导线垂直于鸟粪和绝缘子所在平面)。
3计算结果及讨论3.1220kV 复合绝缘子鸟粪闪络的仿真计算220kV 复合绝缘子大伞盘径150mm ,串长2.4m ,均压环离横担2.14m ,横担高6m ,横担外侧距绝缘子中心500mm ;鸟粪用直径10mm 的导体来等效。
计算时所加电压为127kV(相电压的有效值)。
图2复合绝缘子串鸟粪闪络仿真计算模型图(a)电压分布图(b)电场强度分布图图3鸟粪沿220kV 复合绝缘子串边缘从导线侧上方下落长度达1m 时的电场分布当鸟粪沿复合绝缘子串边缘从导线侧上方落下长度达1m 时,电场分布如图3所示。
从图3可以看出,当鸟粪沿着绝缘子串边缘下落时,绝缘子串周围的电场分布发生了较为严重的畸变。
鸟粪的端部以及高压端均压环处的电场强度值较大,因此是我们重点考察的区域。
连接鸟粪端部与均压环得出要考察的路径1,如图3(b )中所示。
沿路经1的电场强度分布如图4所示,并将其与没有鸟粪时的情况进行比较。
对比可得,鸟粪端部的电场强度值较高,而鸟粪下落对复合绝缘子串高压端的影响相对较小。
图4鸟粪沿220kV复合绝缘子串边缘从导线侧上方下落长度达1m沿路径1的电场分布为了分析鸟粪沿绝缘子串下落时,鸟粪长度对电场分布的影响,选取了三种鸟粪长度1m、1.5m和1.8m分别进行计算,计算结果如图5所示。
由图5可知,鸟粪位于导线侧上方时端部的电场强度值较同等长度的鸟粪位于导线正上方时的值高。
当鸟粪长度从1.0m增加到1.5m时,鸟粪位于侧上方和正上方的端部场强值分别增加了8.5%和14.6%,总体增加不大;而当鸟粪长度从1.5m 增长为1.8m时,端部强度急剧增加,鸟粪位于侧上方和正上方时分别增长了54.3%和85.7%,均达到了16kV/cm。
为了分析第一类鸟粪闪络的情况,选取鸟粪长度为1.5m,鸟粪轴心距绝缘子轴心的距离分别取110mm、130mm、180mm和280mm进行仿真计算。
鸟粪端部场强随鸟粪轴心距离绝缘子轴心的距离的变化如表1所示。
表1鸟粪距220kV绝缘子串轴心间的距离对鸟粪端部场强(kV/cm)的影响鸟粪位置80mm110mm130mm180mm280mm侧上方10.3113.1214.6812.8511.63正上方8.719.159.898.279.96鸟粪排出后,以自由落体的方式下落,形成细长的下落体。
长条形鸟粪通道下落时由于首未端开始下落的时间有先后,最先开始下落的那段总是比最后下落的那段下落速度快。
这样,随着下落时间的推移,鸟粪通道首未端间的距离将越来越大,即鸟粪通道越来越细、越来越长,鸟粪到达绝缘子高压端附近时的长度要比刚开始下落时长得多。
具有一定导电性的鸟粪通道的介入,使绝缘子周围的电场分布发生严重畸变,鸟粪通道的前端与绝缘子高压端之间空气间隙的电场强度大大增加,绝缘子承受的大部分电压都加在了这一段空气间隙上。
空气间隙击穿,导致复合绝缘子闪络。
当鸟粪通道的前端越来越接近绝缘子的高压端时,它们之间空气间隙的电场强度越来越强,当达到击穿场强后,间隙击穿,形成局部电弧。
当鸟粪的电导率超过一定值和通道超过一定长度时,局部电弧最终导致绝缘子闪络。
(a)鸟粪位于导线的侧上方(b)鸟粪位于导线的正上方图5鸟粪沿220kV复合绝缘子串边缘下落时,鸟粪长度对电场分布的影响对于110kV的复合绝缘子串,研究表明[3],鸟粪通道离绝缘子13cm左右时,绝缘子的闪络概率约为50%;小于这个值时,绝缘子的闪络概率为100%。
由于绝缘子距离不是很长,鸟粪通道可以较为连续地跨越这一长度。
况且110kV和220kV复合绝缘子大都采用均压环,这不仅减少了绝缘距离,而且还进一步加大了可能发生闪络的鸟类排粪范围。
因此,110kV和220kV复合绝缘子较易发生鸟粪闪络。
3.2500kV复合绝缘子鸟粪闪络仿真计算500kV复合绝缘子大伞盘径150mm,串长4.4m,高压端均压环离横担4m,横担高10m;鸟粪同样用直径10mm的导体来等效。
计算时所加电压为305kV。
(a)鸟粪位于导线的侧上方(b)鸟粪位于导线的正上方图6鸟粪沿500kV复合绝缘子串边缘下落时,鸟粪长度对电场分布的影响鸟粪沿500kV复合绝缘子串大伞边缘下落时,鸟粪长度对电场分布的影响如图6所示。
当鸟粪长度为2.5m时,端部场强分别为12.44kV/cm(侧上方)和10.46kV/cm(正上方),而当鸟粪继续拉长达到3m时,鸟粪端部的电场强度均超过了20kV/cm。
与220kV复合绝缘子串相比,为了达到同样的端部场强,500kV复合绝缘子串所需的鸟粪长度要比220kV绝缘子串长得多。
在鸟粪闪络模拟试验中发现,当鸟粪液体从500kV复合绝缘子串旁下落时,由于电场的影响,下落的鸟粪在到达高场强区域时,鸟粪会由液体柱变得分散,很难形成连续的通道。
由鸟粪闪络仿真计算的结果可知,鸟粪下落对绝缘子高压端场强的影响不大,而是鸟粪端部的场强值起主要作用。
为了达到同样的端部场强,500kV复合绝缘子串所需的鸟粪长度要比220kV绝缘子串长得多,而实际中鸟粪很难形成2m长的连续通道,因而500kV复合绝缘子串不易发生鸟粪闪络。
4结论(1)当鸟粪在绝缘子周围下落时,鸟粪端部的场强值急剧增长,而高压金具附近的场强值则变化不大。
(2)对于220kV的复合绝缘子串,当鸟粪沿绝缘子表面滴落时,长度达到 1.5m 到1.8m之间时容易发生闪络。
(3)与220kV复合绝缘子串相比,为了达到同样的端部场强,500kV复合绝缘子串所需的鸟粪长度要比220kV绝缘子串长得多。
而实际中鸟粪很难形成足够长的连续通道,因而500kV复合绝缘子串不易发生鸟粪闪络。
参考文献[1]清华大学,华北电力科学院.输电线路鸟害掉闸机理研究(技术报告)[2]R.Sundararajan(Chair),J.Burnham,R.Carlton,E.A.Cherney,G.Couret,K.T.Eldridge,M.Farzaneh,S.D.Frazier,R.S.Gorur,R.Harness,D.Shaffner,S.Siegel,andJ.VarnerPreventive Measures to Reduce Bird RelatedPowerOutages—Part II:Streamers and Contamination,IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY,VOL.19,NO.4,OCTOBER2004,p1848-1853[3]梁曦东,黄崚嶒,王绍武,陈震,王黎明,“合成绝缘子鸟粪闪络与不明原因闪络”,电网技术,V ol.25,No.1,pp13-17,Jan.2001作者简介周远翔(1966-),博士,福建人,教授,博导,主要从事高电压与绝缘技术的教学与科研工作。