±1100kV输电线路Y型绝缘子串电场分布特性研究
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为了对比分析在相同条件下， 采用 Y 型绝缘 子串和采用单 V 型绝缘子串这两种情形下的电场 分布特性， 对单联单 V 型绝缘子串的电场分布特 性进行了仿真研究。 单联单 V 型绝缘子串模型搭 建过程中考虑绝缘子结构高度总长 15m，为保持
图 4 大均压环表面电场分布云图 Fig. 4 Electric field distribution drawing of big ring
图 7 单 V 复合绝缘子电位分布三维云图 Fig. 7 Potential distribution drawing of Sing V-type insulators
中国电机工程学会 2016 年年会论文集
最大场强为 0.438kV/mm。从电场分布特性的角 度来看，Y 型绝缘子串 V 和 I 的比例按照这三种 分配方案时，绝缘子串和均压环表面最大场强均 满足均压环表面最大场强控制在 2kV/mm、复合 绝缘子表面最大场强控制在 0.5kV/mm 的限制要 求。 2）对于 Y 型绝缘子串，随着 V 部分和 I 部 分比例的逐渐增大，均压环表面最大场强值也逐 渐增大，且逐渐接近单 V 型绝缘子串，但变化不 明显。
在同等极间距 26m 下进行对比，将 V 型绝缘子 串夹角改为 110° ，其他计算条件保持不变。 单 V 型绝缘子串电位和电场分布云图如图 6~图 9 所示，各关键部位的最大电场强度如表 3 所示。
图 5 复合绝缘子表面电场分布云图 Fig. 5 Electric field distribution drawing of composite insulator 表 2 Y 型串关键部位电场强度 单位： kV/mm Tab. 2 Electric field distribution at key point of Y-type insulators unit: kV/mm
Tab. 1 Configuration scheme of grading ring
均压环形式 高压侧 低压侧 大跑道 环 小圆环 中圆环 管径/mm 150 350 60 350 外径/mm 圆形部分：1350 跑道长度：800 50 560 50 屏蔽深度 h/mm 270 50 60 50
Y 型连接处 小圆环 （各配置一个小圆环）
transmission project will be built soon in China. In some special areas, the Y-type insulator string can be used in the straight line tower. For the problem of the electric field distribution characteristics of Y-type insulator string, the simulation analysis of Y-type insulator string is carried out, the electric field distribution characteristics of Y-type insulator strings are obtained which the V and I are distributed in accordance with 1:1, 2:1 and 4:1 ratios, and the electric field characteristics are compared and analyzed with V-type composite insulator strings. The results show that the Y-type insulator in accordance with the three rate allocation, the maximum electric field strength of grading rings and composite insulators are 1.740 kV/mm and 0.438kV/mm respectively, they all can meet the control requirement. All the calculation results meet the electric filed requirements. and with the increase of the proportion of the V part and the I part, the maximum field strength of rings surface also increases. and gradually close to the single V-type insulator string, but the change is not obvious. The research results can provide relevant technical basis for subsequent UHVDC project Y-type insulators design and construction.
Electric field characteristics
摘要：我国即将建设准东-华东± 1100kV 特高压直流
输电工程，在某些特殊区域，可能采用 Y 型绝缘子 串型的直线塔。针对± 1100kV 特高压直流输电线路 采用 Y 型绝缘子串可能带来的电场分布特性问题，开展
中国电机工程学会 2016 年年会论文集
3 不同比例 Y 型串电场计算结果
计算时施加电压为系统最高运行电压 1122kV，1:1 比例下 Y 型绝缘子串电位如图 2 所 示， 各关键部位的电场分布云图如图 3~图 5 所示。 1:1、2:1 和 4:1 比例下 Y 型串各关键部位的电场 计算结果如表 2 所示。
2 电场计算模型
采用 Ansys 有限元仿真软件，按照± 1100kV 准东-华东特高压直流工程大风区典型直线杆塔 和连接金具串图等结构尺寸建立仿真模型。Y 型 复合绝缘子串总长应接近单支 V 型复合绝缘子的 结构高度，按照 15m 考虑。V 和 I 部分按照 1:1、 2:1 和 4:1 进行分配时的长度分配分别为：7.5m： 7.5m、10m：5m 和 12m：3m；其中 V 部分采用 单 V 形式，V 串夹角为 120° ，I 部分采用双 I 形 式，联间距 800mm。Y 型串 V 和 I 按照 1:1 比列 分配时的仿真计算模型如图 1 所示。Y 型串均压 环沿用± 1100kV 直流线路 V 型串的均压环配置方 案，具体配置方案如表 1 所示。
这种类型的绝缘子串的电压分布极不均匀，绝缘 子串导线侧绝缘子分担电压高于其它绝缘子，总 体上呈现导线侧和杆塔侧两端高、中间低的分布 趋势。 通过对 Y 型绝缘子串的电场计算及均压特 性研究，一方面通过其电场分布特性确定了均压 环的配置方案，另一方面对电力系统的经济性运 行具有重要的意义。 本文采用三维有限元计算方法，开展了± 1100kV 直流线路 Y 型绝缘子串的电场计算及均 压特性仿真分析， 获得了 Y 型绝缘子串 V 和 I 部 分按照 1:1、2:1 和 4:1 比例分配下的电场强度和 分布特性， 并与 V 型复合绝缘子串的电场特性进 行了对比分析。研究成果可为后续特高压直流线 路 Y 型串的设计和建设提供有力的技术支撑。
KEY WORD: ±1100kV；Y-type insulator string ；
1 引言
以往800 kV 直流输电线路工程中，单回路 直线塔主要采用自立式铁塔，其塔头采用羊角型 布置，导线采用双极水平排列 V 串的挂线方式。 在±800 kV 直流输电线路上， 采用 Y 型绝缘子串 可有效减小大风区 V 型绝缘子串屈曲受力或 I 型 绝缘子串的风偏问题。 ±1100 kV 电压等级更高， 所需的极间距离、间隙距离更大，采用 Y 型绝缘 子串的布置方式将能进一步提交其经济性，但这 种布置方式将对绝缘子串的电场分布带来一定的 不利影响，需要进行相关研究。根据以往经验， 特高压直流输电工程绝缘子串类型一般采用 V 型， 而 Y 型绝缘子串作为一种较新的架空线路绝 缘子串布置方式， 与 V 型绝缘子串具有相似的功 能，都可以限制绝缘子串的摇摆角，并有效地减 小塔头尺寸及线路走廊的宽度，但其结构决定了
中国电机工程学会 2016 年年会论文集
±1100kV 输电线路 Y 型绝缘子串电场分布 特性研究
毛艳，丁玉剑，邓桃，王晰
中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192
Research on Electric Field Calculation for 1100kV Y-type Insulators Transmission Tower
图 1 Y 型串电场计算模型 Fig. 1 Electric field calculation model of Y-type insulators 表 1 均压环配置方案
中国电机工程学会 2016 年年会论文集
时，绝缘子串和均压环表面最大场强均满足场强 控制值控制要求。
4 不同比例 Y 型串与 V 型串的电场特性 对比分析
MAO Yan, DING Yu-jian, DENG Tao, WANG Xi China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China
ABSTRACT: Zhundong-Huadong ± 1100kV UHVDC 了± 1100kV 直流线路 Y 型绝缘子串杆塔的电场计算及均 压特性仿真分析，获得了 Y 型绝缘子串 V 和 I 部分按照 1:1、2:1 和 4:1 比例分配下的电场强度分布特性，并与 V 型复合绝缘子串的电场特性进行了对比分析。 研究结果表 明， Y 型绝缘子串按照这三种比列分配时， 均压环表面最 大场强为 1.740kV/mm ，复合绝缘子表面最大场强为 0.438kV/mm，均压环和复合绝缘子串表面最大电场强度 均满足场强控制要求， 且随着 V 部分和 I 部分比例的逐渐 增大， 均压环表面最大场强值也逐渐增大， 并逐渐接近单 V 型绝缘子串， 但变化不明显。 研究成果为后续特高压直 流线路 Y 型串的设计和建设提供了有力的技术支撑。 关键词：± 1100kV；Y 型绝缘子串；电场特性
I串 V： I 大环 小环 复合 绝缘 子 1： 1 2： 1 4： 1 1.693 1.706 1.740Baidu Nhomakorabea1.165 1.183 1.223 0.438 0.436 0.429 0.506 0.421 0.375 中环 V 型塔内串 复合 绝缘 子 0.091 0.150 0.258 0.709 0.632 0.748 中环 V 型塔外串 复合 绝缘 子 0.095 0.122 0.224 Y型 连接 处均 压环
图 2 单 V 复合绝缘子电位分布三维云图 Fig. 2 Potential distribution drawing of Sing V-type insulators
图 3 单 V 复合绝缘子电场分布云图 Fig. 3 Electric field distribution drawing of Sing V-type insulators
图 6 单 V 复合绝缘子串电场计算模型 Fig. 6 Electric field calculation model of single V-type insulators
0.514 0.684 1.167
从表 2 可以看出， 三种不同比例下的 Y 型绝 缘子串均压环表面最大场强为 1.740kV/mm，复 合绝缘子表面最大场强为 0.438kV/mm，均满足 均压环表面最大场强控制在 2kV/mm、复合绝缘 子表面最大场强控制在 0.5kV/mm 的限制要求。 因此，从电场分布特性的角度来看，Y 型绝缘子 串 V 和 I 的比例采用 1:1、2：1 和 4:1 分配方案
图 4 大均压环表面电场分布云图 Fig. 4 Electric field distribution drawing of big ring
图 7 单 V 复合绝缘子电位分布三维云图 Fig. 7 Potential distribution drawing of Sing V-type insulators
中国电机工程学会 2016 年年会论文集
最大场强为 0.438kV/mm。从电场分布特性的角 度来看，Y 型绝缘子串 V 和 I 的比例按照这三种 分配方案时，绝缘子串和均压环表面最大场强均 满足均压环表面最大场强控制在 2kV/mm、复合 绝缘子表面最大场强控制在 0.5kV/mm 的限制要 求。 2）对于 Y 型绝缘子串，随着 V 部分和 I 部 分比例的逐渐增大，均压环表面最大场强值也逐 渐增大，且逐渐接近单 V 型绝缘子串，但变化不 明显。
在同等极间距 26m 下进行对比，将 V 型绝缘子 串夹角改为 110° ，其他计算条件保持不变。 单 V 型绝缘子串电位和电场分布云图如图 6~图 9 所示，各关键部位的最大电场强度如表 3 所示。
图 5 复合绝缘子表面电场分布云图 Fig. 5 Electric field distribution drawing of composite insulator 表 2 Y 型串关键部位电场强度 单位： kV/mm Tab. 2 Electric field distribution at key point of Y-type insulators unit: kV/mm
Tab. 1 Configuration scheme of grading ring
均压环形式 高压侧 低压侧 大跑道 环 小圆环 中圆环 管径/mm 150 350 60 350 外径/mm 圆形部分：1350 跑道长度：800 50 560 50 屏蔽深度 h/mm 270 50 60 50
Y 型连接处 小圆环 （各配置一个小圆环）
transmission project will be built soon in China. In some special areas, the Y-type insulator string can be used in the straight line tower. For the problem of the electric field distribution characteristics of Y-type insulator string, the simulation analysis of Y-type insulator string is carried out, the electric field distribution characteristics of Y-type insulator strings are obtained which the V and I are distributed in accordance with 1:1, 2:1 and 4:1 ratios, and the electric field characteristics are compared and analyzed with V-type composite insulator strings. The results show that the Y-type insulator in accordance with the three rate allocation, the maximum electric field strength of grading rings and composite insulators are 1.740 kV/mm and 0.438kV/mm respectively, they all can meet the control requirement. All the calculation results meet the electric filed requirements. and with the increase of the proportion of the V part and the I part, the maximum field strength of rings surface also increases. and gradually close to the single V-type insulator string, but the change is not obvious. The research results can provide relevant technical basis for subsequent UHVDC project Y-type insulators design and construction.
Electric field characteristics
摘要：我国即将建设准东-华东± 1100kV 特高压直流
输电工程，在某些特殊区域，可能采用 Y 型绝缘子 串型的直线塔。针对± 1100kV 特高压直流输电线路 采用 Y 型绝缘子串可能带来的电场分布特性问题，开展
中国电机工程学会 2016 年年会论文集
3 不同比例 Y 型串电场计算结果
计算时施加电压为系统最高运行电压 1122kV，1:1 比例下 Y 型绝缘子串电位如图 2 所 示， 各关键部位的电场分布云图如图 3~图 5 所示。 1:1、2:1 和 4:1 比例下 Y 型串各关键部位的电场 计算结果如表 2 所示。
2 电场计算模型
采用 Ansys 有限元仿真软件，按照± 1100kV 准东-华东特高压直流工程大风区典型直线杆塔 和连接金具串图等结构尺寸建立仿真模型。Y 型 复合绝缘子串总长应接近单支 V 型复合绝缘子的 结构高度，按照 15m 考虑。V 和 I 部分按照 1:1、 2:1 和 4:1 进行分配时的长度分配分别为：7.5m： 7.5m、10m：5m 和 12m：3m；其中 V 部分采用 单 V 形式，V 串夹角为 120° ，I 部分采用双 I 形 式，联间距 800mm。Y 型串 V 和 I 按照 1:1 比列 分配时的仿真计算模型如图 1 所示。Y 型串均压 环沿用± 1100kV 直流线路 V 型串的均压环配置方 案，具体配置方案如表 1 所示。
这种类型的绝缘子串的电压分布极不均匀，绝缘 子串导线侧绝缘子分担电压高于其它绝缘子，总 体上呈现导线侧和杆塔侧两端高、中间低的分布 趋势。 通过对 Y 型绝缘子串的电场计算及均压特 性研究，一方面通过其电场分布特性确定了均压 环的配置方案，另一方面对电力系统的经济性运 行具有重要的意义。 本文采用三维有限元计算方法，开展了± 1100kV 直流线路 Y 型绝缘子串的电场计算及均 压特性仿真分析， 获得了 Y 型绝缘子串 V 和 I 部 分按照 1:1、2:1 和 4:1 比例分配下的电场强度和 分布特性， 并与 V 型复合绝缘子串的电场特性进 行了对比分析。研究成果可为后续特高压直流线 路 Y 型串的设计和建设提供有力的技术支撑。
KEY WORD: ±1100kV；Y-type insulator string ；
1 引言
以往800 kV 直流输电线路工程中，单回路 直线塔主要采用自立式铁塔，其塔头采用羊角型 布置，导线采用双极水平排列 V 串的挂线方式。 在±800 kV 直流输电线路上， 采用 Y 型绝缘子串 可有效减小大风区 V 型绝缘子串屈曲受力或 I 型 绝缘子串的风偏问题。 ±1100 kV 电压等级更高， 所需的极间距离、间隙距离更大，采用 Y 型绝缘 子串的布置方式将能进一步提交其经济性，但这 种布置方式将对绝缘子串的电场分布带来一定的 不利影响，需要进行相关研究。根据以往经验， 特高压直流输电工程绝缘子串类型一般采用 V 型， 而 Y 型绝缘子串作为一种较新的架空线路绝 缘子串布置方式， 与 V 型绝缘子串具有相似的功 能，都可以限制绝缘子串的摇摆角，并有效地减 小塔头尺寸及线路走廊的宽度，但其结构决定了
中国电机工程学会 2016 年年会论文集
±1100kV 输电线路 Y 型绝缘子串电场分布 特性研究
毛艳，丁玉剑，邓桃，王晰
中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192
Research on Electric Field Calculation for 1100kV Y-type Insulators Transmission Tower
图 1 Y 型串电场计算模型 Fig. 1 Electric field calculation model of Y-type insulators 表 1 均压环配置方案
中国电机工程学会 2016 年年会论文集
时，绝缘子串和均压环表面最大场强均满足场强 控制值控制要求。
4 不同比例 Y 型串与 V 型串的电场特性 对比分析
MAO Yan, DING Yu-jian, DENG Tao, WANG Xi China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China
ABSTRACT: Zhundong-Huadong ± 1100kV UHVDC 了± 1100kV 直流线路 Y 型绝缘子串杆塔的电场计算及均 压特性仿真分析，获得了 Y 型绝缘子串 V 和 I 部分按照 1:1、2:1 和 4:1 比例分配下的电场强度分布特性，并与 V 型复合绝缘子串的电场特性进行了对比分析。 研究结果表 明， Y 型绝缘子串按照这三种比列分配时， 均压环表面最 大场强为 1.740kV/mm ，复合绝缘子表面最大场强为 0.438kV/mm，均压环和复合绝缘子串表面最大电场强度 均满足场强控制要求， 且随着 V 部分和 I 部分比例的逐渐 增大， 均压环表面最大场强值也逐渐增大， 并逐渐接近单 V 型绝缘子串， 但变化不明显。 研究成果为后续特高压直 流线路 Y 型串的设计和建设提供了有力的技术支撑。 关键词：± 1100kV；Y 型绝缘子串；电场特性
I串 V： I 大环 小环 复合 绝缘 子 1： 1 2： 1 4： 1 1.693 1.706 1.740Baidu Nhomakorabea1.165 1.183 1.223 0.438 0.436 0.429 0.506 0.421 0.375 中环 V 型塔内串 复合 绝缘 子 0.091 0.150 0.258 0.709 0.632 0.748 中环 V 型塔外串 复合 绝缘 子 0.095 0.122 0.224 Y型 连接 处均 压环
图 2 单 V 复合绝缘子电位分布三维云图 Fig. 2 Potential distribution drawing of Sing V-type insulators
图 3 单 V 复合绝缘子电场分布云图 Fig. 3 Electric field distribution drawing of Sing V-type insulators
图 6 单 V 复合绝缘子串电场计算模型 Fig. 6 Electric field calculation model of single V-type insulators
0.514 0.684 1.167
从表 2 可以看出， 三种不同比例下的 Y 型绝 缘子串均压环表面最大场强为 1.740kV/mm，复 合绝缘子表面最大场强为 0.438kV/mm，均满足 均压环表面最大场强控制在 2kV/mm、复合绝缘 子表面最大场强控制在 0.5kV/mm 的限制要求。 因此，从电场分布特性的角度来看，Y 型绝缘子 串 V 和 I 的比例采用 1:1、2：1 和 4:1 分配方案