复合绝缘子覆冰特性与基于等效直径的覆冰预测模型研究

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复合绝缘子质量轻、强度高、易维护且耐污能力强,可以减小塔头尺寸和线路走廊宽度,降低输电线路的建设成本,近年来应用愈发广泛。然而,现有复合绝缘子在高海拔覆冰地区的表现难以令人满意,其较小的伞间距在被冰凌桥接后会导致冰闪电压显著降低。因此,研究复合绝缘予的覆冰特性,并基于等效直径建立复合绝缘子干增长覆冰的预测模型,对其覆冰机理研究和建立覆冰预报预警系统具有重要意义。  本文首先根据复合绝缘子外部空气流动和水滴运动的物理特征,分别采用雷诺平均的湍流方程和基于拉格朗日原理的颗粒轨道模型对其进行描述,并以大小伞(A型)和大小小伞(B型)型结构110kV复合绝缘子为研究对象,在FLUENT软件中仿真分析了其外部空气流场特征和水滴的运动轨迹。  根据复合绝缘子的结构和流场特征,在分析其外部流场时可以将其分割成若干不同直径的圆柱,从而利用多个二维圆柱绕流流场的叠加来求解复合绝缘子外部复杂的三维流场。同时,为了利用现有的导线覆冰量的增长模型来预测复合绝缘子的覆冰情况,本文基于覆冰量相等的原理将结构复杂的复合绝缘子等效为外形规则的圆柱体,并对等效直径(Deq)和覆冰速度(V)的数值计算过程进行了简化,进而利用Makkonen导线覆冰量增长模型建立了复合绝缘子干增长覆冰质量的预测模型。  为进一步研究复合绝缘子的混合淞覆冰特性,并验证覆冰预测模型,本文进行了自然覆冰的试验研究。选择迎风面两侧覆冰厚度(d0)、迎风面冰凌长度(l)和背风面覆冰厚度(d1)作为表征覆冰增长的特征量,记录并研究了不同伞型结构复合绝缘子的覆冰过程,还从覆冰量和覆冰增长快慢的角度分析了A、B两种伞型结构110kV复合绝缘子覆冰特性的优劣,结果与依据覆冰速度的分析相一致。结合试验的环境条件,本文利用所建立的基于等效直径的复合绝缘子干增长覆冰预测模型对A、B两种复合绝缘子覆冰前4个小时的覆冰质量进行了预测,并将预测值与实测值相对比,结果发现预测值稍大于实测值,且相对误差均在10%以内,分析误差产生的主要原因为覆冰初期温度较高,冻结系数稍小于1。
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