摘要：本文对110kv输电线路绝缘子的风偏特性分析研究过程中，以云南地区的110kv输电线路作文研究案例。是因为该地区输电线路所处海拔较高，在运行过程中经常出现风偏闪络问题，具有一定研究价值。笔者在分析研究之后发现，悬垂绝缘子在雷电环境之下，输电线路出现偏闪络可能性较高，输电线路在改造之后，需要重点对其检验。
关键词：导线-绝缘子耦合模型；模拟计算；110kv输电线路；风偏
云南地区平均海拔为2000m，容易受到自然灾害影响，同时云南地区输电线路改造工程正在全面落实。电网等级在提升过程中，复合绝缘子材料质量逐渐下降，长度延长，但是两端稳定性相对较为低下，在风载荷作用之下，导线传递非常容易出现偏转情况，造成输电线路和杆塔之间出现缝隙。一旦输电线路和杆塔之间缝隙超过临界数值，就会出现风偏闪络问题，对电网稳定运行造成严重影响。
一、模拟输电线路脉动风场
（一）谐波叠加法
在模拟脉动风数值的过程中，主要应用两种方法，分别为谐波叠加法及线性滤波器法。谐波叠加法所具有的理论内容相对简单，物理含义鲜明，在结合FFT技术之后，可以显著提升谐波叠加法计算速度；线性滤波器法运算数量较少，运算速度较高，但是计算量较大，计算结果精度较低。本文对云南地区110kv输电线路绝缘子的风偏特性分析研究过程中，就应用谐波叠加法进行数值模拟，以下主要对谐波叠加法简单分析。
脉动风可以转变为多种样式高斯平稳随机流程。所以，在对脉动风速度计算过程中，可以通过谱密度矩阵方程计算，具体计算方程式为：
上述方程式中A（w）为功率谱函数。
（二）模拟云南地区线路段脉动风场
本文在对云南脉动风场模拟分析中，结合工程实际情况，主要采取风速谱模拟。在云南地区整个110kv输电线路中，笔者选择了最容易受到风作用力影响的线段，也就是西双版纳输电线路段。在该模拟模型中，主要由两部分构成，分别为耐张塔及直线塔，这两塔都为2个。西双版纳输电线路一同具有3档导线，导向水平距离分别为95m、451m、275m，和杆塔之间的高度差距为0m、30m、60m。西双版纳舒整体地形地貌为B类，地表粗糙度为0.06m，粗糙度系数为0.18。在输电线路不同节点上，两个节点之间的距离为10m，平均所遭受到的最大风速为40m/s，风停止之后的频率为2πrad/s，频率等分数为1029。
在对110kv输电线路不同节点坐标相关信息了解之后，通过Mat编制程序，模拟输电线路实际风场情况。如图1所示，为模拟模型所预测的输电线路脉动风时程。输电线路悬垂绝缘子位于两个直线塔中间。
输电线路所受到的风速度为30m/s情况下，输电线路上部分节点所呈现出来的功率数值和研究人员得出的结论相吻合。要是将第一个节点作为原点，第二个节点和原点之间距离为10m，第四个节点和原点之间距离为30m。在对模拟结果和理论数值对比之后发现，二者之间吻合程度较高，这也就表明模拟结果精确度较高。
二、110kv输电线路的导线-绝缘子耦合模型
（一）绝缘子串模型
本文所分析的复合绝缘子由三部分组成，分别为端部金具、玻璃钢芯棒及伞裙护套。其中伞裙护套和端部金具结构相对繁琐，进而必须保证二者质量，这样才可以并入到芯棒中。复合绝缘子由于受到水平风荷载影响，进而在实际应用过程中非常容易出现弯曲变形问题，这就需要应用梁单元构建复合绝缘子模型。笔者在模拟复合绝缘子中，采取BEAM型号梁单元，梁单元实际长度受到绝缘子结构的高度影响，横截面积为圆形，密度按照复合绝缘子重量完成计算。本文分析研究的复合绝缘子型号为FXBG，按照上述规定，实际等效密度为6.481kg/m。复合绝缘子和杆塔横担在连接时，采取铰接连接形式。
（二）构建导线模型
本文在构建到导线模型时，采取杆单元。杆单元为link类型，每一个单元长度为10m，横截面为圆形，杆直径为导线外部直径。导线模型在刚开始构建过程中，需要对导线初始状态线性了解，现阶段主要通过迭代找形法确定导线初始状态。迭代找刑法也就是在两个导线端点通过直线连接，设定模型的最大初始应变及弹性模量，在节点位置导线施加一定重量之后，对其进行计算，计算结果也就是导线初始状态的实际形状。
导线在初始状态变形情况之下，导线弹性模量在转变为真实值，同时对导线最小应变计算。要是导线设定张力和实际张力之间存在较大差异，可以多应用几次迭代法，一直到最终满足误差要求为止，最终计算导线的线性，也就是导线在自身载荷状态所曾现出来的初始状态。本文分析研究所应用到的导线类型为JL，该导线外部直径为20.4m，横截面积为284.5mm2，额定拉力为19.4841kN，额定弹性模量为70000N.mm-2。
三、基于导线-绝缘子耦合模型的风偏特性
按照上文分析研究可知，笔者已经对云南地区输电线路脉冲风场进行了模拟分析，构建了风速谱脉动风速时程。该风速时程模型在构建时，是以110kv输电线路有限元模型作为基础条件，然后了解输电线路在脉动风载作用之下，所呈现出来的瞬态动力，进而对脉动风绝缘子串风偏进行分析研究。
假设输电线路所受到的最大风速为50m/s，由于风压无法始终处于稳定状态之下，输电线路模型系数为1.5。在了解青海输电线路工程时程时，脉动风时程时间应该为0.7s，整个时程时间为2分钟。在对输电线路动力计算过程中，采取Rey阻尼方法。是因为脉动风时程属于一个随机变化的过程，进而输电线路绝缘子所受到的风偏也是随机。
按照云南地区电力设计部门所指定的规定可知，输电线路和杆塔在不同海拔高度上，二者之间所存在的缝隙也应该存在差别。
本文所分析的输电线路为猫头型直线塔，绝缘子和杆塔之间的水平距离为3.051m，和杆塔之间的垂直距离为2.048m。笔者在统计之后发现，输电线路绝缘子由于受到脉动风影响，和杆塔之间最短距离为1.481m。也就是输电线路在过电压及工频电压状态下，输电线路和杆塔之间依旧为安全缝隙。但是输电线路在雷电过电压情况之下，非常容易出现风偏闪络可能习惯，雷电过电压作用之下，造成输电线路和杆塔之间缝隙超过安全缝隙，过电压操作时间在仿真分析中占据0.084%，输电线路正常运行就将会受到影响。
输电线路绝缘子在脉动风作用之下，和杆塔之间最短的距离应该为1.842m。也就是在过电压及工频电压操作情况下，输电线路和杆塔之间依旧可以处于安全缝隙状态。但是输电线路受到雷电过电压影响，容易出现风偏闪络可能性，超过安全缝隙的时间在仿真时间中占据1.845%；和横担之间最短的距离为1.481m，也就是在过电压及工频电压操作之下，输电线路和杆塔之间依旧符合安全缝隙，但是在雷电过电压作用之下，输电线路容易出现风偏闪络可能性，超过安全缝隙的时间在仿真时间中占据24.845%。
结论：本特性分析之后发现，绝缘子在脉动风作用之下，非常容易出现闪络。仿真结果为:脉动风的速度为30m/s情况下，输电显著在工频电压下可以安全运行，出现闪络可能性较低，基本上可以忽略不计。但是在雷电过电压作用之下，绝缘子出现闪络可能性为6.849%，这就需要改造绝缘子风偏时，需要对其进行校正。
参考文献:
[1]孔德怡，李黎，龙晓鸿，等．悬垂绝缘子串动态风偏角有限元分析[J]．电力建设，2015．29(9)：5-9．
[2]闵绚，文志科，吴向东，等．特高压长串绝缘子对风偏计算的影响研究[J]．中国电力，2014，47(1)：28-34．
论文作者:池艳东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/30
标签：绝缘子论文; 线路论文; 导线论文; 过电压论文; 杆塔论文; 云南论文; 模型论文; 《电力设备》2017年第18期论文;