瓷绝缘子伞裙电位与电场分布仿真计算
覆冰地区交流输电线路复合绝缘子伞裙结构的电场分布优化_蒋兴良
高电压技术 第３９卷第１期２０１３年１月３１日Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ ３１，２０１３覆冰地区交流输电线路复合绝缘子伞裙结构的电场分布优化蒋兴良，刘 毓，张志劲，胡建林，尹芳辉，向 泽（重庆大学电气工程学院暨输配电装备及国家系统安全与新技术国家重点实验室，重庆４０００３０）摘 要：复合绝缘子在我国２０多年的使用表明：与瓷和玻璃绝缘子相比，其防污闪性能优异，但防冰闪性能较差；伞裙结构是影响其冰闪电压的重要因素。
基于此，模拟实际输电线路运行中的复合绝缘子覆冰情况，选取数种伞裙结构的３５ｋＶ和１１０ｋＶ复合绝缘子进行了带运行电压覆冰试验。
试验表明，同电压等级、不同伞裙结构的复合绝缘子其冰闪电压差别很大。
根据试验数据进行了仿真计算，从电场角度分析了伞裙结构对冰闪电压的影响，计算结果与试验结果比较相符。
最后，对该２种电压等级的绝缘子伞裙结构分别进行了优化。
仿真分析表明，在相同覆冰条件下，优化后的绝缘子电场特性比优化前有了明显改善。
关键词：复合绝缘子；冰闪电压；带电覆冰；电场；伞裙结构；优化ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－６５２０．２０１３．０１．０３０文章编号：１００３－６５２０（２０１３）０１－０２１０－０８基金资助项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（２００９ＣＢ７２４５０１）；国家自然科学基金（５１１０７１５１）。
Ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｂａｓｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（９７３Ｐｒｏｇｒａｍ）（２００９ＣＢ７２４５０１），Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆＣｈｉｎａ（５１１０７１５１）．Ｓｈｅｄｓ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＡＣ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ Ｕｓｅｄ ｉｎＡＣ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅｓ ａｔ Ｉｃｉｎｇ Ａｒｅａｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｉｅｌｄ ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＪＩＡＮＧ Ｘｉｎｇｌｉａｎｇ，ＬＩＵ Ｙｕ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉｊｉｎ，ＨＵ Ｊｉａｎｌｉｎ，ＹＩＮ Ｆａｎｇｈｕｉ，ＸＩＡＮＧ Ｚｅ（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ＆Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ２０ｙｅａｒｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏｐｏｒｃｅｌａｉｎ ａｎｄ ｇｌａｓｓ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ，ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ，ｗｈｅｒｅａｓ ｉｔｓｉｃｉｎｇ ｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｐｏｏｒ．Ｓｈｅｄｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒ ｔｈａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ’ｓ ｉｃｉｎｇｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｅｒｅｂｙ，ｗｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｉｃｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ａｃｔｕａｌｌｙ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ，ａｎｄ ｓｅｖｅｒａｌ ｅｎｅｒｇｉｚｅｄ ｉｃｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ３５ｋＶ ａｎｄ １１０ｋＶ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｈｅｄｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ，ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈａｔ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｅｘｉｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｉｃｉｎｇ ｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｖｏｌｔａｇｅｇｒａｄｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｈｅｄｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｉｃｅｄｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ，ｗｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｈｅｄｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｉｃｉｎｇ ｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｏｎｅｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｗｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｓｈｅｄｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｇｒａｄｅｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ，ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｉｃｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ａｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ；ｉｃｉｎｇ ｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ；ｅｎｅｒｇｉｚｅｄ ｉｃｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ；ｓｈｅｄｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；ｏｐｔｉ－ｍｉｚａｔｉｏｎ０ 引言复合绝缘子具有良好的耐污闪性能，并且重量轻、强度高、耐污性好、运行维护方便［１－２］。
一种10kV覆冰复合绝缘子电场分布计算
一种10kV覆冰复合绝缘子电场分布计算作者：王磊区燕敏来源：《电子技术与软件工程》2017年第19期摘要覆冰对复合绝缘子周围电场和电位分布有重要影响。
本文以一种10kV复合绝缘子作为仿真模型，通过利用有限元方法，模拟分别在结冰和融冰状态下，计算了不同冰柱长度下复合绝缘子周围电场分布。
得出：不论是结冰或是融冰状态，覆冰复合绝缘子周围电场的最大值几乎不受影响；冰尖处电场强度随冰柱长度增加而增大。
相比结冰时的结果，融冰状态时，冰尖出电场将畸变将更加严重。
最后，本文讨论了几种提高覆冰复合绝缘子电气特性的措施。
【关键词】绝缘子覆冰电场1 引言优异的耐污闪性能使得硅橡胶复合绝缘子在电力系统中获得了越来越广泛的应用。
然而，硅橡胶复合绝缘子在我国十几年的运行经验同时也表明：硅橡胶复合绝缘子耐污闪能力强却并不等于其可以完全杜绝污闪的发生。
覆冰可以看作是一种特殊的污秽。
由于复合绝缘子伞裙以及伞间距较小，覆冰对复合绝缘子的电场和电位分布的影响较大，直接威胁着电网的安全运行。
因此，研究覆冰对复合绝缘子的影响具有重要意义。
国内外不少学者从覆冰重量、融冰水电导率以及覆冰厚度等因素对绝缘子电气性能的影响程度进行了试验研究并为输电线路设计积累了宝贵经验。
而对于覆冰复合绝缘子的闪络原因目前没有一个统一的观点。
有学者基于奥本诺斯方程推导了冰闪过程的数学物理模型；也有学者从电弧发展的角度推导了基于电弧特性变化的冰闪模型。
另外，有学者则认为应从热力学方面且考虑热传递以及水分蒸发等因素，对冰闪过程进行分析。
冰闪是从局部放电开始，电弧发展从有弱到强直至击穿的过程。
局部放电的根本起因是由于局部电场的集中。
冰柱的存在使得复合绝缘子周围结构发生了变化，必然会改变局部电场。
因此，本文以一种10kV复合绝缘子为模型，分别从结冰和融冰状态两方面，计算了冰柱长度对复合绝缘子电场分布的影响。
最后，总结了提高覆冰状态下复合绝缘子闪络电压的措施。
2 仿真2.1 模型本文使用一种10 kV复合绝缘子作为仿真对象，共有2大伞1小伞，大伞直径125mm，小伞直径100mm，结构高度340mm，试品表面积370mm2，爬电距离为370mm。
变电站电场CAE计算分析
变电站电场CAE计算分析newmaker1. 模型下面是变电站的模型，模型中有断路器、避雷器、PT、接地刀闸、支柱绝缘子、隔离开关以及杆塔、电力传输线等组件。
这里计算了两种情况，第一种是交流电场，第二种是直流电场。
电压是303KV，交流情况下，三根电力传输线的电压相位依次相差120度。
模型中绝缘子材料是瓷，电导率1e-10，介电常数为6，其他的部分是金属，交流情况下按悬浮导体处理，电导率为1670000，空气的介电常数为1.00059，空气的电导率为1e-14。
2. 网格剖分网格剖分之后，整个模型总共产生54900个网格，如下图所示：下面是某个组件上网格剖分情况的放大图：3. 交流计算结果下图是交流情况下位于Z=2米高处的电场分布云图：下图是交流情况下位于Z=2米高处的电压分布云图：下图是交流情况下位于Z=1.5米高处的电场分布云图：下图是交流情况下位于Z=1.5米高处的电压分布云图：下图是交流情况下位于X=3.8米处（两排组件间的走廊）垂直于地面、平行于YOZ面的电场分布云图：下图是交流情况下位于X=3.8米处（两排组件间的走廊）垂直于地面、平行于YOZ面的电场分布云图：下图是交流情况下位于Y=20米处垂直地面、平行于XOZ面的电场分布云图：下图是交流情况下位于Y=20米处垂直地面、平行于XOZ面的电压分布云图：4. 直流计算结果下图是直流情况下位于Z=2米高处的电场分布云图：下图是直流情况下位于Z=2米高处的电压分布云图：下图是直流情况下位于Z=1.5米高处的电场分布云图：下图是直流情况下位于Z=1.5米高处的电压分布云图：下图是直流情况下位于X=3.8米处（两排组件间的走廊）垂直于地面、平行于YOZ面的电场分布云图：下图是直流情况下位于X=3.8米处（两排组件间的走廊）垂直于地面、平行于YOZ面的电场分布云图：下图是直流情况下位于Y=20米处垂直地面、平行于XOZ面的电场分布云图：下图是直流情况下位于Y=20米处垂直地面、平行于XOZ面的电压分布云图：(end)。
绝缘子表面电场紫外辐射量测仿真分析
33作者简介：朱瑾润(1992- )，女，硕士研究生，研究方向为高电压绝缘技术；雷敏(1973- )，女，副教授，博士，研究方向为复杂网络理论及其在电网稳定性分析中的应用。
绝缘子表面电场紫外辐射量测仿真分析朱瑾润，雷敏，曾进辉(湖南工业大学 电气与信息工程学院，湖南 株洲 412007)摘 要：在绝缘子串表面直接测量电场强度时，电场测量探头靠近绝缘子串引起其表面电场畸变。
提出了一种通过测量紫外辐射数值间接获得绝缘子串表面电场的方法。
分析了表面电场与紫外辐射之间的数值关系，采用有限元电磁场仿真ANSYS 软件对XP-100悬式绝缘子串表面的电场进行仿真，得到绝缘子串周围的电场分布，并依据它们的数值关系推导出紫外辐射场分布，对紫外辐射场分布和电场分布进行对比分析。
结果表明：紫外辐射场分布和电场分布保持相同的变化规律，即可通过测量紫外辐射值间接获得绝缘子串表面电场强度，验证了该方法的可行性。
关键词：绝缘子；电场测量；电场分布；有限元法；紫外辐射中图分类号：TM216+.1 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2018)03-0033-04Abstract: When the electric field intensity is measured directly on the surface of insulator string, the electric field distortion is caused by the electric field measuring probe near the insulator string. This paper proposed a kind of method to indirectly obtaining the surface electric field of insulator string by measuring the ultraviolet radiation value. Analysis was made to the numerical relationship between the surface electric field and ultraviolet radiation. The electromagnetic finite element simulation software of ANSYS was used to simulate the surface electric field of XP-100 suspension insulator string to get the distribution of the electric field around the insulator string. According to their numerical relationship, the distribution of ultraviolet radiation field was derived. The distribution of ultraviolet radiation field and electric field distribution were compared and analyzed. The results show that the distribution of ultraviolet radiation field and the distribu -tion of electric field keep the same law, and the surface electric field of the insulator string can be indirectly obtained by measuring the ultraviolet radiation value, thus proving the feasibility of the method.Key words: insulator; electric field measurement; electric field distribution; finite element method; ultraviolet radiationZHU Jin-run, LEI Min, ZENG Jin-hui（College of Electrical and Information Engineering, Hunan University of Technology, Zhuzhou 200 , China ）Simulation and Analysis of Electric Field UltravioletRadiation Measurement Insulator Surface0 引言在高电压电气设备中，绝缘子是必不可少的，其中使用最广泛的是陶瓷绝缘子，而陶瓷绝缘子年劣化率较高。
绝缘子的电位分布实验[整理版]
![绝缘子的电位分布实验[整理版]](https://img.taocdn.com/s3/m/ab9eac58ff4733687e21af45b307e87101f6f8c9.png)
绝缘子的电位分布实验一、绝缘子串电压分布规律每一个绝缘子就相当于一个电容器，因此一个绝缘子串就相当于由许多电容器组成的链形回路。
因为绝缘子的体积电阻和表面电阻较正常情况下（50Hz）的容抗大得多，所以一般将它看成串联的电容回路。
如果不考虑其他因素影响，由于每个绝缘子的电容量相等，因而在绝缘子串中，每一片绝缘子分担的电压是相同的。
但由于每个绝缘子的金属部分与杆塔（地）间、导线间均存在杂散电容（寄生电容），绝缘子串中每个绝缘子实际所分担的电压并不相同。
杆塔(a)(b)图11-1 绝缘子串的等值电路(a)仅考虑金属部分对杆塔的电容(b)仅考虑金属部分对导线的电容在图11-1（a）中，C为绝缘子本身的电容，C z为其金属部分对杆塔的电容。
由于存在这种电容，当有电位差时，就有一个电流经C z流入接地支路。
流经C z的电流都分别要流经电容C，因此，愈靠近导线的电容C所流经的电流就愈大。
由于各绝缘子电容大致相等，则它们的容抗也大致相等，又由于靠近导线的绝缘子的电容电流较大，所以此处每片绝缘子上的电压降也就较大。
绝缘子串的电压分布如图11-2中的曲线1所示。
在图11-1（b）中，C为绝缘子本身的电容，C d为其金属部分对导线的电容。
由于每个电容C d两端均有电位差，因此就有电容电流流过，而且都必须经电容C到地构成回路，这样就使离导线愈远的绝缘子所流过的电流愈多，电压降也愈大。
绝缘子串的电压分布如图11-2的曲线2所示。
12345绝缘子编号每片绝缘子分担的电压(k V )图11-2 绝缘子串的电压分布曲线 1—仅考虑C z 作用；2—仅考虑C d 作用；3—考虑C z 、C d 两者同时作用由于绝缘子金属部分对导线的电容C d 比其对地电容C z 小，因而流过的电流也小，所以产生的压降就相对地较小。
实际的绝缘子串各个绝缘子上的电压分布应考虑两种电容的同时作用，即沿绝缘子串的电压分布应该由分别考虑C z 与C d 所得到的电压分布相叠加，如图11-2中的曲线3所示。
绝缘子串表面电压分布的仿真计算（可编辑）
绝缘子串表面电压分布的仿真计算绝缘子串表面电压分布的仿真计算学生:指导教师:教学单位:摘要:绝缘子在架空输电线路中至关重要,通过绝缘子实现输电线路之间的绝缘,它与导体同样重要。
对于更高的电压,采用悬垂绝缘子串。
绝缘子的数量取决于线路的电压等级。
绝缘子串上每个绝缘子的电压并不是均匀的。
各帽销交界处和塔,各绝缘子的帽销之间的电容决定电压分布。
电压的分布可以用不同的方法计算。
在本研究中,在绝缘子洁净干燥的环境下通过计算机程序对绝缘子上电压分布进行了理论计算。
本文比较了不同方法的效率,并且对绝缘子均压措施也进行了研究。
关键词:架空线路;绝缘子串效率,悬垂绝缘子,电压分布前言架空线路中的导线并不是通过自身绝缘的,它们应该在两端以导体与大地绝缘的方式被支撑线路的导体必须与支架绝缘。
绝缘子用于支撑导线并且保证他们与大地和其他导线间的绝缘是一种用绝缘材料制成的器件。
绝缘子是一种能够防止电流流动的元件,可被用于支撑导体。
它们被安装在合适的横担上,以保证导线与导线、导线与大地、导线与杆塔的间隙绝缘以耐受线路可能遭受的最高电压以及最恶劣的气候条件。
绝缘子必须为导线提供必要的机械支撑以承受线路可能发生的机械荷载情况。
最常用的绝缘子是瓷质绝缘子和钢化玻璃绝缘子。
绝缘子串是两个或更多悬挂绝缘子串并联。
输电线路的操作电压越高,绝缘子串越长。
瓷材料必须是全陶瓷和釉质的,为了保证绝缘子表面防尘防潮必须有上釉涂层。
为了在任何气象条件下支撑架空线路的重量,绝缘子必须有足够的机械性能。
污染的存在极大程度地改变了绝缘子串上绝缘子表面的电压分布。
本文陈述了在洁净干燥环境并且使电位相等的条件下电压分布的仿真计算方法。
绝缘子上的电压分布并不均匀,靠近导线最近绝缘子片承受电压最大。
因此,本文探讨了提高绝缘子串效率的方法。
绝缘子的类型2.1. 针式绝缘子这种类型通过连接针,固定在电线杆或塔的横担上。
瓷不能直接接在金属针上,并且软金属套管将两个表面分开。
绝缘子表面电场分布的数值仿真
绝缘子表面电场分布的数值仿真通过电磁场有限元软件ANSYS仿真。
构建了绝缘子三维模型，分析绝缘子表面导电颗粒以及不均匀系数对电压的影响。
仿真结果表明，电压随着颗粒长度的增加而减小，电场强度随着颗粒长度的增加有饱和的趋势。
仿真结果与实验结果有较好的对应关系。
众所周知，绝缘子表面金属颗粒对绝缘子表面电场分布特性及闪络性能会产生影响。
绝缘子闪络性能与电场的分布是密切相关的。
利用各种数值计算方法计算绝缘子、套管等高压元器件的电场、磁场分布已成为高电压领域优化设计和分析的一个新趋势。
利用有限元通用软件ANSYS分析了绝缘子在不同情况下的电磁场分布情况，并结合相关文献的经验公式着重分析由于导电颗粒引起的电场分布不均匀性对闪络电压的影响。
ANSYS分析的主要步骤(1)前处理。
前处理主要在前处理器中完成，前处理器(Preprocessor。
／PREP7)用来建立有限元模型．这是问题的前提。
2)加载并求解。
加载并求解在求解器中完成。
求解器(Solution，／SOLU)的主要操作为定义边界条件、加载外力、求解。
(3)后处理。
后处理器分通川后处理器、时间处胂器两种。
通jH处理器用于观察在给定时间点整个模型的结果。
时间处理器(Time Hist Postprocesgor)用于观察模型中指定点呈现为时间的函数结果。
本仿真试验建立模型与电场分析的基本步骤：1.过虑图形界面2.定义单元和材料性能3.建模4.分配单元、材料和网格划分5.加载励磁载荷6.选择7.求解器求解8.后处理仿真结果我们仿真了不同长度的导电颗粒在绝缘子中间位置时的情况．导电颗粒的长度分别为：0．5mm、2 mm、5 mm。
仿真结果发现，当颗粒小于2 mm时．电场强度随着导电颗粒长度的增长而呈线性不断增加。
但是当导电颗粒的长度为5mm时。
电场强度的增长速度有所下降。
(2)电场不均匀系数f定义为间隙中最大场强E呱与平均场强E的比值。
通过ANSYA仿真分析，下图表示了实验中电极系统(绝缘子中部粘有不同长度的金属颗粒)在不同电压下的电场不均匀系数的分布。
交流500kV断裂复合绝缘子电场分布计算
交流500kV断裂复合绝缘子电场分布计算霍婉晖;刘芹【摘要】通过对一起500kV国产复合绝缘子断裂事故的分析,从电场分析的角度出发,考虑铁塔与导线的影响,采用有限元数值仿真计算的方法,并应用具有强大的实体造型、解算、数据分析和后处理功能的软件ANSYS及工作站,建立断裂绝缘子三维有限元模型,计算芯棒和护套间不同粘接状态:芯棒与护套粘接良好、芯棒与护套粘接面含气泡和护套出现蚀孔三种典型情况下绝缘子轴向电场分布,分析芯棒与护套粘接性能对电场强度变化的影响.计算结果表明:与无缺陷相比,气泡缺陷较蚀孔缺陷对场强畸变影响更明显,场强最大可增加50％.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2012(041)008【总页数】5页(P170-174)【关键词】复合绝缘子;芯棒断裂;粘接状态;电场计算;有限元分析【作者】霍婉晖;刘芹【作者单位】广州供电局有限公司番禺供电局,广东广州 511400;华南理工大学电力学院,广东广州 510640【正文语种】中文【中图分类】TM2160 引言我国电网全网使用的复合绝缘子运行时间已有二十多年，与瓷、玻璃绝缘子相比，复合绝缘子以其体积小、重量轻、伞裙抗污能力强、不易破碎等优点已大量用于我国超/特高压输电线路中。
超/特高压输电线路的绝缘子处于极不均匀电场中，其结构及较长串长容易导致纵向电容更小，轴向电位更不均匀，尤其是高压端附近电场会发生严重畸变[1]。
绝缘子护套、伞裙和端部连接界面在高场强的作用下，容易产生劣化、甚至引发闪络、击穿或芯棒断裂，严重影响高压线路的安全运行。
研究绝缘子电场分布规律通常采用测量的方法[2-4]，但测量探头会影响被测位置周围的电场分布，特别是高压侧的电场测准很难，且测试周期较长，成本较高。
静电场仿真计算是目前应用较为广泛成熟的一种计算方法[5-7]，应用大型通用电磁场计算软件进行电场数值计算，可以弥补电位电场分布量测的不足，且其计算精度已能够满足工程要求。
覆冰220kV四伞裙复合绝缘子电场分布仿真分析
第 35 卷第 11 期
蒋志敏， 等： 覆冰 220 kV 四伞裙复合绝缘子电场分布仿真分析
输配电技术
很少有水的 存 在 ， 这 种 覆 冰 状 态 称 为 干 冰； 在 冰 凌 融化时 ， 冰凌 表 面 存 在 水 膜 ， 这种覆冰状态称为湿 冰 。 冰凌种类 （ 如干冰和湿冰 ） 、 空气间隙距离都会 影响绝缘 子 电 场 分 布 。 改 变 桥 接 冰 凌 长 度 使 空 气
［6 ］
1 × r r
[
(ρ
+ jωε )
+ z r
]
[
(ρ
+ jωε )
= 0 z （ 1） （ 2）
]
。本文以 220 kV 典型四伞裙复合绝缘子为研
高压端和接地端边界满足： l0 = f 0 ( p ) 对称轴上： = 0 r 2 种介质边界上： 1 = 2 1 = n 在人工边界上满足：
Tab. 2
表 2 物理仿真参数 Physical simulation parameters
2
覆冰绝缘子电场分析
覆冰绝缘子闪络过程主要经过覆冰、 融冰、 出现 干区和局部电弧、 电弧发展为闪络 4 个过程。本节利 用 Ansoftmaxw ell 建立模型， 通过改变冰凌种类 （ 干 冰和湿冰） 、 冰凌长度和冰凌位置分析覆冰对 220 kV 四伞裙复合绝缘子电场的影响。 2. 1 冰凌桥接伞裙时复合绝缘子电场分析
Simulation Analysis of Electric Field Distribution of 220 kV Icing Composite Insulator with Four Sheds
JIANG Zhimin1 ，CHEN Tianxiang 1 ，HAN Qiang 2
并行计算合成绝缘子串电压分布及金具表面电场强度
并行计算合成绝缘子串电压分布及金具表面电场强度厉天威;阮江军;杜志叶;黄道春【摘要】实际工程应用中的大规模电磁场数值计算需要借助于并行计算。
本文首先介绍了适合并行计算的非重叠型区域分解法。
基于非重叠型区域分解法的有限元并行计算在单元分析和线性方程组的形成及求解上都是并行的,在传统的只对线性方程组实行并行求解的方法的基础上进一步提高了并行度。
为了更精确地对500kV高压输电线路合成绝缘子串上的电位分布以及金具表面电场强度进行计算,建立三维有限元模型,并对该模型分别划分为2～6个分区在本研究室构建的机群环境下实行并行求解。
结果表明并行计算能够有效地提高电磁分析的计算效率,计算数据可作为优化屏蔽环位置,以及确定并降低绝缘子端部电场强度的依据。
【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】8页(P6-13)【关键词】并行计算;区域分解法;高压输电线路;电位分布【作者】厉天威;阮江军;杜志叶;黄道春【作者单位】广西电力工业勘察设计研究院,南宁530023;武汉大学电气工程学院,武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TM1511 引言合成绝缘子相对于玻璃和瓷绝缘子具有重量轻、强度高、耐污性能好、便于运输和安装、运行维护方便等优点，在国内外得到了广泛的应用[1]。
但在运行过程中有出现芯棒脆断的情况，分析表明主要是高压端部电场强度较高，电晕严重，产生电腐蚀并加剧酸腐作用的结果[2]，所以必须降低高压端的电压分布。
随着电网超高压的发展，在线路上发生污闪事故的绝缘子几乎都损坏了均压环、端部金具及金具附近的伞裙、护套。
这些被损坏的绝缘子有很多是由于绝缘子端部区域的场强过高引起的，给电网的安全运行带来极大的危害。
计算合成绝缘子串的电位分布以及金具表面的电场强度并以此来采取防护措施势在必行。
文献[1]和文献[3]用三维有限元法计算高压输电线路的绝缘子串的电位分布，由于单机计算速度和内存大小的限制，网格剖分数量有限，因此计算结果会存在一定的误差。
盆式绝缘子仿真计算数据分析
盆式绝缘子仿真计算数据分析摘要电流互感器是连接一次和二次的一种特殊变压器，一次端为高压大电流，二次输出相应的信息给测量仪器、仪表和继电保护、自动控制装置。
LVQB-550电流互感器主要应用于550kV电力系统中，主要用于测量系统电流，给控制装置发送相应信息，保护系统稳定运行。
LVQB-550电流互感器在电力系统中作为一个重要零部件长期带高电压运行，产品自身的绝缘性能对产品的可靠运行十分重要，本文中通过有限元分析软件对LVQB-550电流互感器进行分析，保证产品具有良好的绝缘性能。
关键词绝缘性能；有限元；分析前言电流互感器是根据电磁感应原理制造的，如果不不考虑误差，当在一次绕组通过电流I1时，由于电磁感应效应，在二次绕组中也会感应出电流I2，根据电磁感应原理，一次绕组的安匝数与二次绕组的安匝数相等：I1N1=I2N2 （1）电流互感器的一次侧或取得电磁能是通过铁芯传递至二次侧的，任何能量传递过程中都有损耗。
当一次绕组通过电流时，要消耗一部分电流用来励磁，用来励磁的电流I0，励磁电流的安匝I0N1称为励磁电动势。
由于电流互感器要消耗励磁安匝，因此二次安匝总是小于一次安匝的，电流互感器就有了误差，二次电流除了有量值误差外，还有方向误差，称为相位差。
I1N1+I2N2=I0N1 （2）电流互感器在设计时，除了产品的误差及准确级设计等方面的产品性能设计外，产品的内绝缘设计是否优良是直接影响产品正常运行的关键性能，鉴于近年来电流互感器频频出现现场击穿事故，本文主要针对绝缘子的绝缘性能进行了深入的分析，主要包括绝缘子的沿面的绝缘性能。
1 设计模型本文中涉及LVQB-550kV电流互感器的设计模型如下图所示，对壳体进行简化设计如图所示，由于不计算壳体对地场强等，仅对高电压壳体内表面进行建模；对M-N处的零电压屏蔽及中心零电位导电杆模型简化，E-F处的高电压屏蔽、外屏蔽R及悬浮屏蔽O的模型简化；由于不涉及套管的计算，对套管伞裙进行简化如下图所示：模型中涉及多个屏蔽结构，主要作用如下：M-N处的零电压屏蔽-屏蔽中心零电位导电杆及螺栓装配；E-F处的高电压屏蔽、悬浮屏蔽O-优化套管电位分布、屏蔽套管端法兰等结构；外屏蔽R-屏蔽套管端法兰与上部壳体对接处螺栓装配等。
瓷绝缘子伞裙电位与电场分布仿真计算
瓷绝缘子伞裙电位与电场分布仿真计算郑江彬（湖北省电力公司检修分公司直流运检中心湖北宜昌443000）【摘要】针对瓷绝缘子仍然是电力系统中使用最广泛的绝缘子，在绝缘子的伞裙处建立路径，采用ANSYS 电动势、电场强度仿真计算，求出伞裙处电动势、电场强度的分布。
计算结果显示，金具、伞裙交界面下沿侧2cm 处与伞裙最边沿处，电动势分布值最高；金具、伞裙正交界处与伞裙、金具交界下沿侧10cm 左右，电动势分布值最低，对污闪、不明闪络、干闪、湿闪提供某一定程度上的指导作用【关键词】ANSYS；电动势；电场引言瓷绝缘子是随着电力工业的兴起而首先发展起来的，距今已有100多年的历史。
瓷作为一种传统的无机绝缘材料，具有良好的绝缘性能、耐酸碱性、耐候性和耐热性，抗老化性好，具有足够电气和机械强度。
被广泛地应用于电力系统中，至今，同玻璃绝缘子、复合绝缘子相比，瓷绝缘子仍然是电力系统中使用最广泛的绝缘子。
且有运行经验表明，某些类型的瓷绝缘子在交流或直流线路上的实际使用寿命都超过了30 年[1]。
有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。
它是20 世纪50 年代首先在连续体力学领域中应用的一种有效的数值分析方法, 随后很快广泛地应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。
1. 目前ANSYS 分析绝缘子简述文献[2,3]对绝缘子的结构优化设计进行了初步的探讨,文献[4~8]通过不同方法对绝缘子、套管等高压元器件的电场、磁场分布进行各种数值计算，同时对不同方法的精度、优劣进行比较。
而仿真[4]和文献[9]证明可适当简化绝缘子建模仿真而不影响计算的整体精度。
文献[10~15]用ANSYS 分析了污秽对绝缘子的场强影响，或采用均压环改善绝缘子串上的电压均匀分布，并提出最优化均压环外径，高度等设计，或提出绝缘子头部形状及大小参数对绝缘子电场等电气性能的影响。
对以上文献总结发现，进行单个绝缘子的电场、电动势分析，进而探讨绝缘子表面某点位置电场、电动势大小及分配关系的相关文献比较少，而发生污闪、或不明闪络的机率与伞裙电场电动势分布有直接的关系，本文基于XP- 210 陶瓷绝缘子进行ANSYS电场、电动势浅析。
问题_精品文档
问题1、为什么要在静电场中研究绝缘子电位和电场分布？电气化铁路接触网绝缘子在工频50Hz交流电压环境下工作，电压随时间的变化较为缓慢，绝缘子爬电距离远小于工频电磁波的波长(6000km)，因此可以近似地认为绝缘子在任一瞬间的电位和电场都是稳定的，而实际当中接触网绝缘子两端所承受的电压是25kv的交流电会在一定范围内上下波动，为了减小计算量，将绝缘子所在环境看成为一个静态电场。
2、为什么要选择有限元法计算绝缘子电位和电场分布？由于接触网模型边界几何形状复杂，媒质物理性质比较复杂，其接触网绝缘子电位和电场分布计算量大精度要求高，而有限元法符合这一特点，并且其软件支持性好。
3、在接触网环境下绝缘子电位和电场分布与单独计算绝缘子电位和电场分布差异的原因？最好以电磁场理论方面进行解释接触网各部件对绝缘子电场域首末端电场域产出影响从而使得绝缘子表面电位和电场分布发生变化接触网空间中除了绝缘子本身两端金具上存在高电压外，与其相连的腕臂等其他金属部件上存在高电压相当于在以个静态均匀电场外一定距离内存在一个正电荷使得均匀电场放生畸变。
4、以静电场边值问题为例，说明一下接触网各部件是如何在公式中体现的？静电场边值问题当中所使用的相对介电常数对应接触网中各部件不同材料的相对介电常数，而在COMSOL中所设置的静电场边界电位值相当于静电场中的已知电位。
5、以论文中其中一仿真结果为例，说明它对于绝缘子选型、研究绝缘子闪络等方面有什么作用？空气中的闪络击穿电压是30KV、m，两端比如说第一组仿真结果，可以发现绝缘子在接触网环境中，发现绝缘子两端的伞裙上所承受的电压最大且受接触网环境的影响最大，所以可以考虑在选择绝缘子上尽量选择最大大容量时必须参考绝缘子两端的最大电位和电场强度，而且发生闪络可能最大的地方也在绝缘子两端可以优先考虑。
7。
以论文中电场流线和方向图为例，以电磁场的角度进行分析为何这样分布？高压侧流线低压侧，同时正电压方向流向0电位，0电位流向负电压侧8。
500kV输电线路玻璃绝缘子劣化对V串绝缘子电场分布影响仿真分析
500kV输电线路玻璃绝缘子劣化对V串绝缘子电场分布影响仿真分析作者：吴阳阳来源：《科学与财富》2016年第34期500kV输电线路玻璃绝缘子劣化对V串绝缘子电场分布影响仿真分析（中国南方电网超高压输电公司广州局广东广州 510405）摘要：玻璃绝缘子因具有不用检测零值、机械强度高、耐雷水平高等特点，而被大量使用在500kV超高压输电线路中，长期运行后会造成绝缘性能和机械性能下降缺陷，严重危害电网稳定运行。
文章利用有限元分析软件，对交流500 kV悬垂V串玻璃绝缘子中无缺陷绝缘子和不同部位存在缺陷绝缘子情况进行了对比仿真分析，分析不同部位缺陷绝缘子对绝缘子串空间电场分布特性的影响，为绝缘子及时更换检修提供一定的理论支撑。
关键词：500kV；玻璃绝缘子；有限元分析；电场分布随着工业化进程的日益加快以及人民生活水平的逐步提高，我国的电力需求日渐旺盛，电能输送量以及供电质量必须得到保证，这对我国电网的安全稳定运行提出了越来越高的要求。
超高压输电公司广州局主要承担“西电东送”主网架受端输变电设施以及海南联网工程的运行维护工作。
一直以来，我局都将维护主网架输电线路安全稳定运行工作作为重中之重。
由于玻璃绝缘子具有不用检测零值、机械强度高、耐雷水平高等特点，被广泛地应用到超特高压输电线路的耐张双串及V串中。
为探究缺陷玻璃绝缘子对线路电场的影响，文章利用有限元分析软件，对交流500 kV交流线路悬垂V串玻璃绝缘子中无缺陷绝缘子和不同部位存在缺陷绝缘子进行了对比仿真分析，研究不同部位玻璃绝缘子缺陷对悬垂V串电场分布影响，评估有缺陷绝缘子的运行可靠性。
1 500kV交流输电线路酒杯塔玻璃绝缘子V串模型1.1 模型的建立本文选取了500kV贺罗Ⅰ线中较典型的直线酒杯塔，中相为V串玻璃绝缘子，根据对称性建立三维静电场1/2模型。
模型中每联绝缘子串使用28片FC210P/170型玻璃绝缘子，模型中包括导线、玻璃绝缘子串、联接金具、酒杯塔等。
瓷支柱绝缘子ANSYS仿真
项目总结电气0912班卢晨我主要负责仿真部分，故主要对仿真过程中遇到的困难及所得到的仿真结果进行总结，对于支柱绝缘子的性质及目前采用的探伤方法等省略不述。
一、建模采用自底向上的建模方法，先定义关键点，然后由点到线、到面、再到体，完成支柱绝缘子的模型建立。
数据采用华北电力大学硕士学位论文《瓷支柱绝缘子振动声波探伤的初步研究》中数据进行模拟。
最后数据应采用所研究的支柱绝缘子所提供的数据经过计算得到。
应计算的参数有伞数、总高、最大伞径、上下安装孔尺寸等。
对于支柱绝缘子所用的材料的物理性质也要有所了解，以配合仿真。
例如陶瓷部分及铸铁部分的单元类型、弹性模量、泊松比、密度及波速等。
在本次仿真中采用数据如下：陶瓷：采用Solid65单元类型杨氏模量7.3×1010N/m2波松比为0.38波速为3.1x103m/s密度为7.6x103kg/m3单元类型:Solid 65三维钢筋混凝土实体单元，能够计算拉裂和压碎；在混凝土应用中，该单元的实体功能可以用于建立混凝土模型，同时，还可用加筋功能建立钢筋混凝土模型；该单元由八个节点定义，每个节点有三个自由度：节点坐标系的x、y、z 方向的平动。
本混凝土单元与SOLID45 (三维结构实体)单元类似，只是增加了特别的断裂和压碎功能；所建立的混凝土模型具有断裂（沿三个正交方向）、压碎、塑性变形和蠕变功能；钢筋模型具有拉伸和压缩功能，没有剪切功能。
铸铁部分：采用Solid186单元类型杨氏模量1.05×1011N／m2波松比为0.28波速为3.7×103m／s密度7.7x103kg／m3设置方法为：选择主菜单中的Preprocessor／Material Props／Material Models命令，弹出Define Material Model Behavior对话框，依次双击右边的Material Models Available列表框中的Structural／Linear／Elastic Isotropie选项，在随之弹出的Linear Isotropic Properties for Material Number对话框中输入材料的弹性模量和泊松比。
高压输电线路陶瓷绝缘子场强与电位分析讨论
(下转52页)DOI：10.16661/ki.1672-3791.2017.27.050高压输电线路陶瓷绝缘子场强与电位分析讨论张明念(湖北黄冈强源电力设计有限公司 湖北黄冈 438000)摘 要：针对同玻璃绝缘子、复合绝缘子相比，瓷绝缘子仍然是电力系统中使用最广泛的绝缘子，但陶瓷绝缘子也有其自身的固有缺点，比如:它脆化性导致容易在外力作用下而发生破损，另外随着时间推移而发生缓慢老化，其绝缘性能会随着破损而降低,一但绝缘性能降低，其表面会在存在污秽条件下而发生沿面放电，本文通过进行ＡＮＳＹＳ电动势、电场强度进行仿真计算，计算结果对污闪、不明闪络提供某一程度上的指导作用。
关键词：ANSYS 电位 场强中图分类号：TM74 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2017)09(c)-0050-02目前输电线路中，大多数仍然使用的是瓷绝缘子，但多年的运行经验也表明：陶瓷绝缘子也有其自身的固有缺点，比如:它也发生缓慢老化，其绝缘性能也会随着运行时间的延长而降低，一旦绝缘性能降低，其表面会在存在污秽条件下而发生沿面放电，另外，因胶装粘合剂水泥和钢脚、铁帽、瓷件的热膨胀系数各不相同，会发生膨胀作用造成局部微间隙或者是直接脆裂，因为陶瓷绝缘子脆性特性，在外作用力下易发生局部破碎。
倘若陶瓷绝缘子出现局部破损，其场强电位分布也会发生相应的变化，对其电压的击穿存在一定的隐患。
本文即对陶瓷绝缘子进行有限元法(ANSYS)场强电位分析讨论。
1 有限单元法有限元法(finite element method)是一种高效能、常用的数值计算方法。
广泛使用于科学计算领域，实际上对其各种数学微分方程进行积分求解,以及数学方程离散化求解等过程，它的主要求解步骤如下。
第一，建立物理模型。
物理模型实际上就是对物体进行二维或者是三维建立模型，或者还可以依据规律性对几何形状进行简化的几何形状，建立好相应的求解模型。
第二，网格划分。
!(邮件)盆式绝缘子沿面电场仿真-11.13(改)
盆式绝缘子沿面电场仿真模型搭建a)变压器油侧铜导杆未伸出b)变压器油侧铜导杆伸出15cm图1 盆式绝缘子几何模型概览如上图所示为盆式绝缘子的几何模型，左侧腔体内充满SF6气体，右侧腔体内装变压器油，以下为三种绝缘材料的相关电气参数列表。
表1环氧树脂电气参数表2 SF6气体电气参数表3 变压器油电气参数施加激励情况说明。
为模拟沿面电场分布，所施加激励类型为电势，中心铜导杆上所加激励峰值为35×1.1×√2=54.45kV的50Hz正弦交流电压，上下两个铝腔壳体设置为直接接地。
电位等势图(kV)a)变压器油侧铜导杆未伸出b)变压器油侧铜导杆伸出15cm 总电场强度分布图(kV/cm)a)变压器油侧铜导杆未伸出b)变压器油侧铜导杆伸出15cm 电力线图a)变压器油侧铜导杆未伸出b)变压器油侧铜导杆伸出15cm沿面场强大小变化a)变压器油侧铜导杆未伸出b)变压器油侧铜导杆伸出15cm以上图中O点为横轴坐标零点，顺时针行走路径长度Distance 作为横轴变量，沿面切向场强E t、法向场强E n及总场强E分别为纵坐标，绘制绝缘子场强分布图如下：沿面切向场强E ta)变压器油侧铜导杆未伸出b)变压器油侧铜导杆伸出15cm法向场强E na)变压器油侧铜导杆未伸出b) 变压器油侧铜导杆伸出15cm总场强Ea)变压器油侧铜导杆未伸出b)变压器油侧铜导杆伸出15cmB C D A从场强分布图中可以看到：1.在不同材料的分界面A、B、C、D处，场强会发生突变；2.绝缘子右侧与变压器油接触，场强稍弱，沿面切向峰值不超过8.5kV/cm，未超过油中许用值15kV/cm，没有超出安全裕度；3.绝缘子左侧与SF6气体接触，场强稍强，沿面切向峰值不超过9.7kV/cm，而根据经验公式E=45(10p)^0.64（其中E为SF6沿面工程击穿场强，单位kV/cm；p为气压，单位MPa），在0.1-0.5Mpa 下E将在45-126.05 kV/cm之间变化，所以并未超出安全裕度；4.变压器油一侧的中心铜导杆伸长15cm，对法向电场分布情况稍有改善，切向和总场强峰值几乎维持不变。
沿绝缘子串电位分布的数值计算法
沿绝缘子串电位分布的数值计算法
袁致川
【期刊名称】《高电压技术》
【年(卷),期】1997(23)2
【摘要】应用模拟电荷法（ＣＳＭ）计算了一支５个绝缘子组成的绝缘子串在直流电压作用下的电位分布。
由于绝缘子的金属部件具有悬浮电位，边界条件未知，按常规方法方程组不可解。
为此，本文根据介质的基本物理概念，列出一组附加方程，与原方程组联立求解，获得了较为满意的结果。
【总页数】4页(P69-71)
【关键词】绝缘子串;电位分布;数值计算;模拟电荷法
【作者】袁致川
【作者单位】吉林省电力试验研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TM216.013
【相关文献】
1.750 kV同塔双回输电线路悬式绝缘子串电位分布研究 [J], 熊涛;田金虎
2.有机复合绝缘子串电位分布特性计算 [J], 胡春江;张广东;杨志华;温定筠;张凯
3.UHV输电线路中绝缘子串电位分布的仿真计算 [J], 李庆;邓发玉
4.交、直流输电线路绝缘子串电位分布测试关键技术及应用 [J], ;
5.超高压绝缘子串电压分布数值计算 [J], 邵方殷;邓辉
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瓷绝缘子伞裙电位与电场分布仿真计算郑江彬（湖北省电力公司检修分公司直流运检中心湖北宜昌443000）【摘要】针对瓷绝缘子仍然是电力系统中使用最广泛的绝缘子，在绝缘子的伞裙处建立路径，采用ANSYS 电动势、电场强度仿真计算，求出伞裙处电动势、电场强度的分布。
计算结果显示，金具、伞裙交界面下沿侧2cm 处与伞裙最边沿处，电动势分布值最高；金具、伞裙正交界处与伞裙、金具交界下沿侧10cm 左右，电动势分布值最低，对污闪、不明闪络、干闪、湿闪提供某一定程度上的指导作用【关键词】ANSYS；电动势；电场引言瓷绝缘子是随着电力工业的兴起而首先发展起来的，距今已有100多年的历史。
瓷作为一种传统的无机绝缘材料，具有良好的绝缘性能、耐酸碱性、耐候性和耐热性，抗老化性好，具有足够电气和机械强度。
被广泛地应用于电力系统中，至今，同玻璃绝缘子、复合绝缘子相比，瓷绝缘子仍然是电力系统中使用最广泛的绝缘子。
且有运行经验表明，某些类型的瓷绝缘子在交流或直流线路上的实际使用寿命都超过了30 年[1]。
有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。
它是20 世纪50 年代首先在连续体力学领域中应用的一种有效的数值分析方法, 随后很快广泛地应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。
1. 目前ANSYS 分析绝缘子简述文献[2,3]对绝缘子的结构优化设计进行了初步的探讨,文献[4~8]通过不同方法对绝缘子、套管等高压元器件的电场、磁场分布进行各种数值计算，同时对不同方法的精度、优劣进行比较。
而仿真[4]和文献[9]证明可适当简化绝缘子建模仿真而不影响计算的整体精度。
文献[10~15]用ANSYS 分析了污秽对绝缘子的场强影响，或采用均压环改善绝缘子串上的电压均匀分布，并提出最优化均压环外径，高度等设计，或提出绝缘子头部形状及大小参数对绝缘子电场等电气性能的影响。
对以上文献总结发现，进行单个绝缘子的电场、电动势分析，进而探讨绝缘子表面某点位置电场、电动势大小及分配关系的相关文献比较少，而发生污闪、或不明闪络的机率与伞裙电场电动势分布有直接的关系，本文基于XP- 210 陶瓷绝缘子进行ANSYS电场、电动势浅析。
为定性分析陶瓷绝缘子沿面电场和电位的分布，计算中做了如下简化:（1）假设绝缘子及金具表面是在清洁干燥的环境下;（2）整个绝缘子无破损，裂纹（3）由于仅考虑单个绝缘子的电位、场强分布影响问题，所以只对单个绝缘子二维建模，并考虑远场单元INFIN110。
参考文献[16][17]整个模型可以简化为二维轴对称电场来进行分析，根据模型尺寸及对称性,建立1/2 场域的有限元计算模型。
2. 有限元控制方程及计算模型2.1 控制方程有限元法的基本步骤：采用变分原理或加权余量法对微分形式的控制方程进行离散处理，导出一个代数方程组，此代数方程组具有庞大稀疏对称的系数矩阵，经边界条件约束处理后成为正定矩阵，即可对其求近似解。
静电场问题遵循下面的麦克斯韦方程：▽×E=0 (1) ▽•D=ρ(2)式中ρ 为自由电荷密度。
再加上结构方程D=Εe (3) 式中ε为介电常数。
为便于求解，引入电位V ，其表达式为：E ＝－▽V (4) 由式(2) ~(4)可得：－ ▽·ε▽V ＝ρ (5) 采用加权余量法并运用相应的边界条件将微分方程(5)转变成积分方程，经单元离散后得到线性方程组KV=Q (6) 式中矩阵K 为有限元离散后式(5) 中等式左项形成的系数矩阵，V 为有限元节点电位矢量，Q 为边界约束处理后形成的激励矢量。
静电分析的解由节点电位组成，由此可计算出电场强度分布[18]2.2 计算模型本文采用XP- 210 陶瓷绝缘子进行计算，其参数为：公称直径280mm ，结构高度为170mm,公称爬电距离335mm,工频击穿电压大于120kV 。
计算模型二维模型如图1，三维模型如图2图1 二维模型 图2 三维模型2.3 赋予材料属性与网格划分各材料属性如下表一： 表一各材料相对介对常数其中有限元计算选用二维平面单元Plane121 高压端电位取电压100 kV ，同时在陶瓷、金具，特别是伞裙附近设立细剖分区域，以提高计算精度。
为了便于后期查看伞裙边缘电压与电场的分布，特意建立均匀的路径结点，标号为2000－2009。
如图3 所示图3 网格划分与路径定义3. 计算结果及分析3.1 计算结果通过加上激励后，进行求解，所得总体电压分布图见图4，伞裙电压分布见图5，图4 电压总体分布图图5 伞裙电压分布图同时求出伞裙电场分布分别见图6。
相对介 质常数 空 气水 泥 陶 瓷 金 具 Er1.005 461.0E12图6 伞裙电场分布图3.2 结果分析3.2.1 电动势最大值分布在节点2002（即金具、伞裙交界面下沿侧2cm处）与节点2009（即伞裙最边沿）处，数值可达3175V，最小值分布在节点2000（即金具、伞裙正交界）与节点2004（即伞裙、金具交界下沿侧10cm左右）。
3.2.2 电场强度最大值分布位置特点与上述电动势发布不难看出正是相反关系，这与公式E= U/d 是一致的。
结论:通过对表面清洁，无破损，无裂纹的陶瓷绝缘子ANSYS 电场、电动势防真计算，发现：（1）金具、伞裙交界面下沿侧2cm处与伞裙最边沿处，电动势分布值最高。
（2）金具、伞裙正交界处与伞裙、金具交界下沿侧10cm左右，电动势分布值最低。
（3）电场强度在伞裙边缘分布与电压成相反关系。
（4）伞裙上，电动势分布较高的几何位置，当处于污秽状态时，绝缘子更容易发生闪络参考文献：[1]关志成, 刘瑛岩, 周远翔, 等.绝缘子及输变电设备外绝缘[M].北京: 清华大学出版社, 2006. GUAN Zhi cheng, LIUYingyan, ZHOU Yuan xiang, et al. Insulatorand external insulation of electric transmission and transformation equipment[M] . Beijing China: Press of Tsinghua,University,2006[2]GubanskiSM. Modern. outdoor .insulation concerns. and challenges [C]. Proceedings of the XIIIth International Symposium on High Voltage Engineering. Rotterdam, Nehterlands Mill press, 2003.[3] HackamR.Outdoor .HV composite .poly- meric insulators [J ]. IEEE Transactions on D&EI, 1999, 6(5): 557- 585. [4] Fan Yadong, Wen Xishan, Zhang Fei yu. Simulation of electric field distribution of composite insulator [C]. Proceedings of the XIV- th International Symposium on High Voltage. Engineering Beijing, China; Tsing- hua University Press,2005[5] Qin B L,Chen G Z, Qiao Q, et al. Efficient Computation of electricfield in high voltage equipment [J]. IEEE Trans Magnetics 1990, 26(2): 387- 390[6]Wang P, Wilson P, Raghuveer M R, Hesse K, et al. Electrical Field Analysis in the In vestigation of the AC 500 kV Flashover during Live Line Work [C]. Proceedings of the XIVth International Symposium on High Voltage Engineering. Beijing, Tsinghua University Press , 2005 , 59260.[7] B.l.Gin, Efficient computation of electric field in high voltage equipment". IEEE Trans Magnetic, Vol.26, pp.387- 390,1990.[8]K. Palaniswamy, K. Udaya Kumar , M. A. Panneer Selvam, Application of improved charge simulation method for multi- Dielectric field problems"12th international symposiums International on High Voltage Engineering. Bangalore.2001.[9] 姜勇,张波. ANSYS7.0 实例精解[M].北京:清华大学出版社, 2004.[10] 高博, 王清亮, 周建博, 等.干燥带对污秽绝缘子电场分布的影响[ J] . 高电压技术, 2009, 35( 10) : 2421- 2426. GAO Bo, WANG Qing liang, ZHOU Jian bo, et al. Effect of dry band on electric field distribution of polluted insulator [J] .High Voltage Engineer ,2009,35(10) 2421- 2426. [11] 高博,张亚婷,王清亮,周建博,张乔根,污秽不均匀性对绝缘子电场的影响[J]. 电瓷避雷器,2008,(3):13- 16,21. [12] 徐志钮,律方成,李和明. 干燥带对染污支柱绝缘子电场分布的影响[J]. 高电压技术,2011,(2).276- 283.[13] 徐志钮,律方成,李和明,刘云鹏,. 绝缘子电场有限元分析法的影响因素及其优化[J]. 高电压技术,2011,(4):944- 951.[14] 成俊奇,丁立健,. 绝缘子表面电场分布的数值仿真[J]. 电瓷避雷器,2009,(6):16- 18.[15] 高军,王永晖,. 悬式绝缘子头部形状对电气性能的影响[J].、电瓷避雷器,2001,(1):12- 16,18.[16] 江汛，王仲奕．330 kV 带均环的棒形悬式复合绝缘子电场的有限元分析[J].高压电器，2004，40 ( 3):215- 217. JIANG Xun，WANG Zhong yi．Analysis of the electric fieldof 330kV composite insulator with grading rings [J].High Volt age Apparatus，2004，40( 3) : 215- 217.[17] 张子阳,赵彦珍,李华良,马西奎,1000kV 交流特高压输电线路用玻璃绝缘子串电压分布特性的研究[J]. 华东电力，2007,(6)：526- 528.[18] 沈鼎申,张孝军,万启发,阮江军. 750kV 线路绝缘子串电压分布的有限元计算[J]. 电网技术,2003,(12).：54- 57。