1. В линиях электропередачи сверх-высокого напряжения (СВН) изоляторы не только выдерживают большие механические нагрузки, но также должны соответствовать требованиям по электрической прочности; их надежность напрямую влияет на безопасную эксплуатацию линии электропередачи. Кроме того, гирлянды изоляторов также должны отвечать требованиям электромагнитной среды, в том числе связанным с радиопомехами. В линиях электропередачи сверхвысокого напряжения распределение электрического поля вдоль цепочки изоляторов неравномерно, с сильными искажениями электрического поля, особенно вблизи изоляторов со стороны проводника, где напряженность электрического поля относительно высока. Это приводит к возникновению коронного разряда и электролитической коррозии в цепочке изоляторов, которые часто начинаются на изоляторах со стороны проводника. Установка хорошо спроектированных коронирующих колец и защитных колец может эффективно улучшить распределение электрического поля в цепочке изоляторов, обеспечивая защиту от-коронного разряда.
По заказу компании Wuhan Line Power Государственная ключевая лаборатория электроизоляции энергетического оборудования при Сианьском университете Цзяотун провела расчеты трехмерного-распределения электрического поля методом конечных элементов на подвесном композитном изоляторе стержневого типа- переменного тока напряжением 1000 кВ.
В расчетах использовались численные методы конечных элементов и граничных элементов, а также мощное программное обеспечение для анализа методом конечных элементов и рабочие станции с надежным твердотельным моделированием, решениями, анализом данных и возможностями обработки для выполнения трехмерного -потенциала конечных элементов и расчетов распределения электрического поля для подвесного композитного изолятора стержневого- переменного тока напряжением 1000 кВ.
Численные методы расчета электрического поля в основном включают метод конечных разностей, метод конечных элементов, метод моделирования заряда и метод граничных элементов. Метод конечных элементов — это метод численного решения дифференциальных уравнений, первоначально использовавшийся для решения задач строительной механики. В середине 1960-х годов метод конечных элементов был применен для решения задач электростатического, магнитного и токового полей со сложными границами в электротехнике.
2. Модель расчета основана на чертежах подвесного композитного изолятора стержневого типа переменного тока на напряжение 1000 кВ- и соответствующих параметрах, предоставленных компанией Wuhan Laine Transmission and Transformation Equipment Co., Ltd. Трех-твердотельная модель была создана в соответствии с фактическими размерами опор линии 1000 кВ, изоляторов, проводников и арматуры с учетом состояния грунта и эквипотенциальных колец.
В подвесном композитном изоляторе стержневого-переменного тока на напряжение 1000 кВ используются опоры прямой-боковидной-формы. Боковые фазы подвешиваются с использованием структуры с одним-соединением I-типа, а средние фазы используют структуру с одним-соединением типа V-. Длина изоляционной цепочки составляет 9500 мм, а проводник представляет собой многожильный алюминиевый провод LGJ-500/35 со стальным-сердечником, восьмиразъемной-структурой и расстоянием между подпроводниками 400 мм. Конструктивные размеры и модель каждой части следующие.
Распределение электрического поля
Расчетная модель стержневого подвесного композитного изолятора переменного тока напряжением 1000 кВ
3. Выводы
На основании расчетов распределения потенциала и электрического поля, а также исследования конфигурации коронирующего кольца для подвесных композитных изоляторов стержневого- переменного тока напряжением 1000 кВ сделаны следующие выводы:
1. Из-за влияния опор, проводников, грунта и условий окружающей среды распределение электрического поля в цепочках подвесных композитных изоляторов стержневого типа переменного тока напряжением 1000 кВ- является неравномерным. Искажение электрического поля сильное на стороне проводника, в то время как электрическое поле относительно низкое в средней части и на сторонах башни. Электрическое поле, испытываемое юбками изолятора и воздухом со стороны проводника, выше, чем в середине. Разумная конфигурация эквипотенциальных колец может эффективно улучшить распределение электрического поля на проводящей стороне изоляционной цепочки.
2. Когда установлены как большие, так и малые регулировочные кольца, максимальная напряженность электрического поля вблизи проводника композитного изолятора фазы I составляет примерно 290 В/мм, тогда как максимальная напряженность электрического поля на стороне башни составляет менее 100 В/мм. Максимальная напряженность электрического поля возникает на внешней поверхности большого калибровочного кольца со стороны проводника, достигая 1388 В/мм; максимальная напряженность электрического поля на поверхности выравнивающего кольца со стороны башни составляет 445 В/мм.
3. Когда установлены как большие, так и малые регулировочные кольца, максимальная напряженность электрического поля вблизи проводника композитного изолятора фазы V составляет примерно 320 В/мм, тогда как максимальная напряженность электрического поля на стороне башни составляет менее 30 В/мм. Максимальная напряженность электрического поля возникает на внешней поверхности большого калибровочного кольца со стороны проводника, достигая 1626 В/мм; максимальная напряженность электрического поля на поверхности выравнивающего кольца со стороны башни составляет 55 В/мм. Вышеуказанная конфигурация является относительно разумной, а распределение электрического поля изолятора относительно однородное.. 4. Из-за экранирующего эффекта башни и большого коронирующего кольца на стороне башни напряженность электрического поля на стороне башни композитного изолятора относительно низкая, а распределение электрического поля относительно равномерное. Эффект маленького коронирующего кольца не очевиден. Таким образом, нет необходимости устанавливать маленькое коронирующее кольцо на стороне башни.