750kV蘭州東-平?jīng)?乾縣輸電線路復(fù)合絕緣子周圍電場分布仿真分析

溫定筠孫亞明王 鋒張秀斌江 峰

（1.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050；2.國網(wǎng)甘肅省電力公司，蘭州 730030）

750kV蘭州東-平?jīng)?乾縣輸電線路復(fù)合絕緣子周圍電場分布仿真分析

溫定筠1孫亞明1王 鋒2張秀斌1江 峰1

（1.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050；2.國網(wǎng)甘肅省電力公司，蘭州 730030）

為了研究750kV輸電線路復(fù)合絕緣子周圍電場分布規(guī)律，為在現(xiàn)場開展復(fù)合絕緣子相關(guān)試驗(yàn)提供參考，本文以 750kV蘭州東-平?jīng)?乾縣輸電線路為研究對(duì)象，選取直線桿塔 ZGU125和 FXBW-750/210雙聯(lián)復(fù)合絕緣子串，對(duì)該直線桿塔和復(fù)合絕緣子進(jìn)行了有限元仿真建模，仿真計(jì)算了該型號(hào)絕緣子串在實(shí)際運(yùn)行電壓下的電位、電場分布。通過仿真計(jì)算，得到了最大場強(qiáng)所在位置，從而為下一步開展現(xiàn)場試驗(yàn)提供理論依據(jù)。

750kV復(fù)合絕緣子；有限元；電位分布；電場分布

隨著750kV電壓等級(jí)電網(wǎng)成為我國西北地區(qū)電網(wǎng)主網(wǎng)架，運(yùn)行現(xiàn)場對(duì)750kV復(fù)合絕緣子開展工頻1min耐受電壓試驗(yàn)提出了要求。要在現(xiàn)場開展這樣高電壓等級(jí)的工頻1min耐壓試驗(yàn)，對(duì)于試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)條件都有較高要求，很多單位都不具備現(xiàn)場開展這樣試驗(yàn)的能力?；蛘邆€(gè)別單位有能力，但在現(xiàn)場開展時(shí)也面臨各種困難，如設(shè)備運(yùn)輸、試驗(yàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等問題。本文以 750kV蘭州東-平?jīng)?乾縣輸電線路用750kV復(fù)合絕緣子為研究對(duì)象，對(duì)該線路的750kV復(fù)合絕緣子進(jìn)行了建模，從而為進(jìn)一步研究開展現(xiàn)場試驗(yàn)相關(guān)研究提供參考[1-5]。

750kV蘭州東-平?jīng)?乾縣輸電線路為同塔雙回750kV超高壓輸電線路，塔形眾多，但主要可以分為直線塔和耐張塔兩大類，其中，直線桿塔主要為ZGU125型。復(fù)合絕緣子根據(jù)額定機(jī)械拉伸負(fù)荷來分，選用了100kN、210kN、300kN、400kN、420kN 5種，其中除100kN負(fù)荷絕緣子用于耐張塔及換位塔跳線支撐，其余復(fù)合絕緣子均用于直線塔懸垂絕緣子串[6-9]。

本文選取直線桿塔ZGU125為典型桿塔，搭載在 ZGU125型桿塔上的復(fù)合絕緣子主要為 FXBW-750/210雙聯(lián)復(fù)合絕緣子串。選取該型號(hào)絕緣子串設(shè)計(jì)方案為代表，仿真計(jì)算了這種型號(hào)絕緣子串在實(shí)際運(yùn)行電壓下的電位、電場分布。

1 計(jì)算模型

根據(jù)蘭州東-平?jīng)?乾縣輸電線路設(shè)計(jì)方案，直線桿塔ZGU125結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖1所示。

圖1 直線桿塔ZGU125結(jié)構(gòu)圖

750kV輸電線路用復(fù)合絕緣子，其結(jié)構(gòu)高度為7150±50mm，干弧距離≥6550mm，爬電距離≥23500mm。

FXBW-750/210復(fù)合絕緣子，其大小傘傘徑為174/88mm，傘數(shù)為大傘86，小傘172，桿徑φ=38mm。

圖2、圖3和圖4分別是正視圖、斜視圖和局部放大圖。根據(jù)上述線路設(shè)計(jì)方案建立的有限元仿真計(jì)算實(shí)體模型，計(jì)算時(shí)近似按靜電場計(jì)算，相關(guān)參數(shù)選取如下：

（1）空氣介電常數(shù)取為1.0。

（2）750kV復(fù)合絕緣子護(hù)套介電常數(shù)取為4.2。

（3）750kV復(fù)合絕緣子芯棒介電常數(shù)取為5.0。

圖2 750kV輸電線路有限元仿真計(jì)算實(shí)體模型正視圖

圖3 750kV輸電線路有限元仿真計(jì)算實(shí)體模型斜視圖

圖4 750kV輸電線路有限元仿真計(jì)算實(shí)體模型局部圖

750kV蘭州東-平?jīng)?乾縣輸電線路是同塔雙回線路。在運(yùn)行過程中，鑒于桿塔的屏蔽作用，雙回線路之間的電場影響較小，而同一回不同相之間的電場影響較大，如圖5所示，特別在中間一相電壓為正的峰值，上、下兩相分別為負(fù)的半峰值電壓時(shí)，相與相之間的影響最大，復(fù)合絕緣子表面的電場強(qiáng)度最大。

圖5 工頻三相交流電壓波形圖

因此，在仿真計(jì)算時(shí)，中間B相電壓加壓：

另外，A、C兩相電壓加壓均為

2 復(fù)合絕緣子電位、電場分布

2.1 電位分布

對(duì)于直線桿塔 ZGU125，在中間一相電壓為正的峰值時(shí)，F(xiàn)XBW-750/210復(fù)合絕緣子電位分布分別如圖6、圖7所示。圖6是整體電位分布圖，圖7是中間一相局部電位分布圖。

圖6 復(fù)合絕緣子運(yùn)行時(shí)整體電位分布云圖

圖7 復(fù)合絕緣子運(yùn)行時(shí)局部電位分布云圖

從圖6可以看出，在中間一相電壓為正的峰值這一瞬時(shí)，750kV直線桿塔ZGU125周圍的等位線分布大體為蝶形，且中相周圍空間的等位線明顯比上、下兩相周圍空間的等位線密集。

從圖7中可以看出，復(fù)合絕緣子周圍空間的等位線大體垂直于復(fù)合絕緣子軸向方向，這說明復(fù)合絕緣表面電場以沿絕緣子軸向分量為主，沿絕緣子徑向方向電場分量較小。

2.2 電場分布云圖

對(duì)于直線桿塔 ZGU125，在中間一相電壓為正的峰值時(shí)，F(xiàn)XBW-750/210復(fù)合絕緣子電場分布如圖8至圖12所示。其中圖8是整體電場分布云圖，圖9是導(dǎo)線側(cè)均壓環(huán)表面最大電場分布云圖，圖10是導(dǎo)線側(cè)復(fù)合絕緣子表面最大電場分布云圖，圖11是桿塔側(cè)均壓環(huán)表面最大電場分布云圖，圖12是桿塔側(cè)復(fù)合絕緣子表面最大電場分布云圖。

圖8 復(fù)合絕緣子運(yùn)行時(shí)整體電場分布云圖

從圖8可以看出，中間一相均壓環(huán)表面和分裂導(dǎo)線最下面兩根導(dǎo)線的外表面電場較高，是整個(gè)場域中電場較為集中的部位。

圖9 復(fù)合絕緣子運(yùn)行時(shí)導(dǎo)線側(cè)均壓環(huán)表面最大電場分布

從圖9可以看出，導(dǎo)線側(cè)大均壓環(huán)表面最大電場強(qiáng)度為 1586V/mm，小均壓環(huán)受大均壓環(huán)屏蔽，其表面最大電場強(qiáng)度較小，不到1000V/mm。

圖10 復(fù)合絕緣子運(yùn)行時(shí)復(fù)合絕緣子表面最大電場分布

從圖10可以看出，導(dǎo)線側(cè)復(fù)合絕緣子最大電場強(qiáng)度出現(xiàn)在靠近大均壓環(huán)的外表面，但復(fù)合絕緣子與金具相連的高壓金具端受小均壓環(huán)的屏蔽作用，其電場強(qiáng)度并不是最大。正常運(yùn)行時(shí)，復(fù)合絕緣子表面最大電場強(qiáng)度低于500V/m。

圖11 復(fù)合絕緣子運(yùn)行時(shí)桿塔側(cè)均壓環(huán)表面最大電場分布

圖12 復(fù)合絕緣子運(yùn)行時(shí)桿塔側(cè)復(fù)合絕緣子表面最大電場分布

從圖11可以看出，桿塔側(cè)均壓環(huán)表面電場強(qiáng)度較小，不到500V/mm。從圖12可以看出，桿塔側(cè)復(fù)合絕緣子表面電場強(qiáng)度較小，不到150V/mm，但中段絕緣子表面電場強(qiáng)度略大。

2.3 電場分布曲線

為了更清楚的研究復(fù)合絕緣子在運(yùn)行時(shí)的電場分布規(guī)律，自復(fù)合絕緣子高壓側(cè)起沿絕緣子軸向，分別作出距FXBW-750/210中心軸0mm、17mm、20mm、45mm，88mm位置的電場變化曲線，分別對(duì)應(yīng)復(fù)合絕緣子芯棒內(nèi)、護(hù)套內(nèi)、護(hù)套表面、小傘裙表面和大傘裙表面，如圖13所示。

圖13 復(fù)合絕緣子軸向電場分布曲線選取位置示意圖

圖14至圖18分別是復(fù)合絕緣子芯棒內(nèi)、護(hù)套內(nèi)、護(hù)套表面、小傘裙表面和大傘裙表面的電場自高壓側(cè)沿絕緣子軸向變化曲線。

圖14 復(fù)合絕緣子芯棒內(nèi)電場分布曲線

圖15 復(fù)合絕緣子護(hù)套內(nèi)電場分布曲線

圖16 復(fù)合絕緣子護(hù)套表面電場分布曲線

圖17 復(fù)合絕緣子小傘群表面電場分布曲線

圖18 復(fù)合絕緣子大傘群表面電場分布曲線

從圖14至圖18可以看出，運(yùn)行中的復(fù)合絕緣子兩端電場強(qiáng)度較高，中部電場強(qiáng)度較低。在同一高度，護(hù)套表面的電場強(qiáng)度較絕緣子其他部位高。在正常運(yùn)行中，復(fù)合絕緣子護(hù)套表面最高電場強(qiáng)度約為360V/mm。桿塔側(cè)復(fù)合絕緣子護(hù)套表面最大場強(qiáng)約為110V/mm。因?yàn)樵谕桓叨?，?fù)合絕緣子護(hù)套表面的電場強(qiáng)度大于其他位置的場強(qiáng)，所以在相關(guān)研究中，可以僅分析不同情況下復(fù)合絕緣子護(hù)套表面的場強(qiáng)。

3 結(jié)論

本文通過以 750kV蘭州東-平?jīng)?乾縣輸電線路為研究對(duì)象，選取直線桿塔ZGU125和FXBW-750/210雙聯(lián)復(fù)合絕緣子串為研究對(duì)象，對(duì)該直線桿塔和復(fù)合絕緣子進(jìn)行了有限元仿真建模，仿真計(jì)算了該型號(hào)絕緣子串在實(shí)際運(yùn)行電壓下的電位、電場分布。

通過對(duì)FXBW-750/210結(jié)構(gòu)的復(fù)合絕緣子建模分析可以看出，運(yùn)行中的復(fù)合絕緣子兩端電場強(qiáng)度較高，中部電場強(qiáng)度較低。在同一高度，護(hù)套表面的電場強(qiáng)度較絕緣子其他部位高，故在相關(guān)研究中，可以通過分析不同情況下復(fù)合絕緣子護(hù)套表面的場強(qiáng)，以簡化運(yùn)算。本文的研究內(nèi)容將為后續(xù)開展750kV復(fù)合絕緣子等效交流耐壓試驗(yàn)提供理論參考。

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Simulation Analysis of Electric Field Distribution around Organic Composite Insulator on 750kV Lanzhoudong-Pingliang-Qianxian Electric Transmission Line

Wen Dingjun1Sun Yaming1Wang Feng2Zhang Xiubin1Jiang Feng1
(1.State Grid Gansu Electric Power Research Institute,Lanzhou 730050；2.State Grid Gansu Electric Power Company,Lanzhou 730030)

In order to study the distribution law of electric field around composite insulator of 750kV transmission line,and provide reference to related field test of composite insulator,with 750kV Lanzhoudong-Pingliang-Qianxian Electric Transmission Line as the object of study,intermediate support ZGU125 and Organic Composite Insulator FXBW-750/210 are studied.Finite element simulation model is established.Potential distribution and electric-field distribution of these insulator strings under actual operating voltage are simulated and calculated.Through simulation calculation,the maximum field strength is obtained,which can provide theoretical basis to the field test in the next step.

750kV organic composite insulator；finite element method；potential distribution；electric-field distribution

溫定筠（1982-），男，甘肅天水人，碩士，高級(jí)工程師，從事電力設(shè)備技術(shù)監(jiān)督與狀態(tài)檢修工作。

750kV 復(fù)合絕緣子等效交流耐壓試驗(yàn)技術(shù)研究基金項(xiàng)目（52272213002X）