複合絕緣子的覆冰特性解析——民熔電氣專家的經驗之談難能可貴

2020-10-30 民熔電氣小課堂

安裝在不同電位的導體或導體與接地構件之間的能夠耐受電壓和機械應力作用的器件。民熔絕緣子種類繁多，形狀各異。民熔不同類型絕緣子的結構和外形雖有較大差別，但基本是由絕緣件和連接金具兩大部分組成的。

民熔絕緣子是一種特殊的絕緣控制項， 能夠在架空輸電線路中起到重要作用。早年間民熔絕緣子多用於電線桿，慢慢發展於高型高壓電線連接塔的一端掛了很多盤狀的絕緣體，它是為了增加爬電距離的，通常由玻璃或陶瓷製成，就叫絕緣子。民熔絕緣子不會由於環境和電負荷條件發生變化導致的各種機電應力而失效，這是民熔絕緣子重大的作用體現之一。

高壓電線中的絕緣體

覆冰是我國電網輸電線路安全運行的一個嚴重問題。它不僅會引起輸電線路和杆塔的機械過載和倒塌，還會引起輸電線路絕緣子串的覆冰閃絡。針對覆冰對輸電線路安全的影響機理，國內外學者做了大量的研究。下面小課堂就主要介紹關於複合絕緣子與覆冰的聯繫，不同絕緣子都有不同應對覆冰的方法，下圖的絕緣子就有著特別應對覆冰的設計等。最後的連結中可以發現很多適用於不同環境的絕緣子。

應對各種環境的民熔絕緣子

導線覆冰的影響主要集中在機械特性上。因此，研究導線覆冰機理，建立覆冰模型，預測導線覆冰增長一直是國內外研究的熱點。其中，基於液滴碰撞、捕獲和凍結的三參數模型應用最為廣泛。模型指出，過冷水滴在導體表面的碰撞、捕獲和凍結效率決定了導體的冰增長率。分別建立了計算這三個參數的物理模型，包括氣液兩相流場和熱力學方程。

　　為了改進模型，指出了輸電線路表面電場強度和電暈放電對覆冰形態和覆冰率的影響，在計算模型中必須考慮這些因素。但也有研究從水滴在金屬絲表面的碰撞係數出發，模擬了電場對其參數的影響。結果表明，電場會增大水滴在金屬絲表面的碰撞範圍和碰撞係數。

　　絕緣子覆冰的主要危害是覆冰閃絡引起的線路跳閘。以往的研究主要集中在覆冰引起的絕緣子閃絡電壓降低特性上。然而，輸變電設備與系統安全與新技術國家重點實驗室的研究人員探索了從空中水滴運動到絕緣子表面覆冰過程中直流電場對絕緣子表面的影響。

　　根據流體力學和電磁場原理，建立了水滴運動的數學模型。考慮到氣流和電場力的影響，對運動水滴進行了力分析和數值計算。以複合絕緣子為例，比較分析了複合絕緣子表面電場力的變化和軌跡偏差的程度，並得出以下結論：

　　1、冰過程中，以複合絕緣子為例，對複合絕緣子表面電場力的變化進行了比較分析，進入複合絕緣子傘裙半徑區域的帶電水滴會受到快速增長的電場力的作用，這會導致液滴軌跡的偏差，並容易與絕緣子表面電場強度較高的位置相撞，這就增加了絕緣子表面不同位置水滴捕獲量的不平衡性和覆冰不均勻性。

　　2、不同程度的水滴衝擊對複合絕緣子的衝擊位置有影響。在同一裙板上，傘裙表面和傘裙邊緣水滴軌跡的偏離率接近，明顯大於水滴撞擊芯棒的偏差率。隨著高壓端的增大，液滴軌跡在不同的層間的偏離越大。

　　3、結果表明，複合絕緣子裙板邊緣與芯杆邊緣液滴碰撞係數的值從停滯點到兩端減小。帶電條件下衝擊係數大於無帶電條件下的衝擊係數。在風速小、液滴半徑小的情況下，電場能使碰撞係數提高15%以上，隨液滴半徑的增大而減小。

　　4、在帶電幹生長覆冰條件下，複合絕緣子的覆冰表面較粗糙，且覆冰生長方向多樣。在低速小水滴半徑下，結冰率提高30%以上。在溼增長結冰條件下，電場對複合絕緣子的覆冰率影響不大，但容易引起冰稜彎曲生長。

變電站與絕緣子

上面就是小課堂今天分享的，關於複合絕緣子覆冰特性的經驗匯總。在民熔小課堂的分享之後，大家應該都有一定的深入了解。但絕緣子的領域是很大的，受限於篇幅這個問題，小課堂在複合絕緣子覆冰方面其實還有更多的看法。而大家如果在使用絕緣子過程中遇到其他問題，或者想了解其他電氣產品的資料和技巧，可以去看看危♥宮種浩「民熔電氣集團」。裡面有著超多民熔小課堂精心準備的資料，很多都是蠻適合電氣小白或者入門的。如果你更傾向於電氣視頻，不妨去下方的圖片發現更多的精彩。

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