韶关市关山供电工程有限公司 广东韶关 512029
摘要：文章使用有限元的分析软件建立典型 110 kV 铁塔、绝缘子、输电线路和地线实际三维模型，通过对绝缘护套对空间电场分布影响仿真研究，安装防风偏绝缘护套区段线路运行情况良好。
关键词：110 kV；输电线路; 绝缘护套; 仿真模型; 应用
引言
输电线路在以大风为特征的气象条件下发生的闪络跳闸称为输电线路的风偏闪络。受架空输电线路自身结构影响，灾害性大风常引起线路扰动和闪络，严重影响输电线路的安全运行，导致电弧烧伤、倒塔、断股、断线、杆塔损坏、防振锤或间隔棒损坏、跳闸等事故。目前，在输电线路绝缘子悬垂端两端包裹一定厚度的氟硅橡胶绝缘护套成为解决风偏跳闸问题的手段之一。为了深入研究防风偏绝缘护套的防护特性，文中基于有限元方法，根据典型铁塔模型建立了 110 kV 输电线路绝缘护套仿真模型，计算了不同绝缘护套厚度以及不同风偏状态下导线的空间电场分布，并对绝缘护套的特性进行了分析。最后通过总结绝缘护套在风偏风险严重区段的试点应用效果，讨论了绝缘护套对于风偏跳闸的治理效果。
1 仿真模型建立
使用有限元的分析软件建立典型 110 kV 铁塔、绝缘子、输电线路和地线实际三维模型，输电线路施加运行电压，铁塔及地线接地，调整输电线路与铁塔的不同间距，模拟风偏影响情况，通过给绝缘子悬挂点两端设置一定长度的绝缘护套，计算获得沿导向方向绝缘护套空间电场。三维仿真模型图如图 1 所示，输电线路包裹绝缘护套模型图如图 2所示。
图 1 三维仿真模型
图 2 输电线路包裹绝缘护套模型
仿真模型考虑铁塔、地线以及大地的影响，模型求解空间取 10 m×10 m×10 m 的立方体，求解域内介质填充空气，铁塔选用典型酒杯塔，导线距铁塔间距 1. 6 m，导线运行电压取 110 kV 线路相电压峰值 89. 8 kV。
对导线沿绝缘子挂点向两侧分别包裹 4 m 长度绝缘护套，绝缘护套的材料参数见表 1。
表1 氟硅橡胶绝缘护套材料参数
2 绝缘护套对空间电场分布影响仿真
通过施加电压条件下仿真导线电极间隙在加入绝缘护套后的空间电场变化，可以获得包裹绝缘护套对导线空间电场强度分布的影响。
2. 1 绝缘护套厚度对导线空间电场影响
由于目前各厂家绝缘护套产品厚度由 2 mm 至5 mm 存在多种类型，为了研究绝缘护套厚度对防风偏性能的影响，首先对各种绝缘护套厚度下的导线空间电场进行仿真。
由仿真结果可看出，当导线表面不包覆绝缘护套时，导线表面最大场强为 1 671. 3 kV/m，当导线表面包覆 2 mm 绝缘护套后，高场强区域转移至复合绝缘护套表面，且最大场强显著降低至 1372kV / m; 当复合绝缘护套厚度由 2 mm 分别增加至3 mm，4 mm 和 5 mm 时，导线表面最大场强分别降至1341 kV/m，1229 kV/m 和1220 kV/m，导线表面最大场强对套厚度变化曲线如图 4 所示。
从图 3 可以看出，导线表面加装绝缘护套后，空间电场强度显著降低，且导线空间电场强度随着绝缘护套厚度的增加而减小，表明间隙击穿电压与绝缘护套的厚度呈反向相关关系。
同时由图3 可看出，电场强度随着绝缘护套厚度的变化呈现逐渐饱和的趋势。由于绝缘护套厚度增加会增加安装难度和成本，综合考虑安装及绝缘性能，推荐采用 3～4 mm 厚的绝缘护套。
图 4 导线表面最大场强随护套厚度变化曲线
图 4 导线表面最大场强随塔线间距变化曲线
2. 2 导线与塔间距对空间电场影响
架空输电线路导线会在局部强风的作用下向铁塔方向发生偏移，为了研究导线风偏下绝缘护套的影响，本文对不同风偏状态下导线空间电场进行仿真计算。导线距塔间距取 0. 8 m，1. 0 m，1. 2 m，分别对无护套包裹和包裹 3 mm 护套状态下的导线表面空间电场进行计算，计算结果如图 4 所示
如图 4 所示，导线表面空间电场强度随塔、线间距的减小而增大，当包裹 3 mm 绝缘护套后，导线表面最大电场在 0. 8 m，1. 0 m 和 1. 2 m 三种间距下分别降低了 18. 1%，17. 5%和 19. 0%。表明导线表面包覆复合绝缘护套后，在风偏作用下其表面最大场强相较无护套包裹情况下降约 20%。
3 防风偏绝缘护套应用
以上仿真分析表明，绝缘护套通过减小导线表面空间电场，提高导线起晕电压，从而提高了导线与铁塔空气间隙的击穿电压。为了验证防风偏绝缘护套的实际效果，将绝缘护套试点安装于某110 kV输电线路上面。该条线路设计标准较低，同时由于该地区地势相对较高，常年有 5 级以上大风，近几年该线路已发生 2 次风偏跳闸，给电网及周边居民带来重大的安全隐患。为提高该区段的防风偏性能，使用氟硅橡胶绝缘护套对该 110 kV 线路#003—#004 进行了防风偏改造。该区段通过采用绝缘护套进行防风偏改造后，至今 2 年内该线路运行情况良好，未发生风偏跳闸。同时，氟硅橡胶导线护套材料设计使用寿命为20 年，且具有较强的抗磨损性能，保证了其防风偏的长期有效性。
4 结束语
综上所述，文章采用有限元的计算方法，建立典型110 kV 铁塔及线路三维等值模型，通过模型中导线包覆绝缘护套，对包裹不同厚度绝缘护套和不同风偏状态下导线的空间电场分布进行了计算。计算结果表明，包覆绝缘护套后，导线空间电场强度随之降低，提高了导线的起晕电压，从而提高了导线与铁塔空气间隙的击穿电压。由于电场强度随着绝缘护套厚度的变化呈现逐渐饱和的趋势，综合考虑安装及绝缘性能，推荐采用 3～4 mm厚的绝缘护套进行安装。导线表面包覆复合绝缘护套后，在风偏作用下其表面最大场强相较无护套包裹情况下降约 20%。
参考文献
〔1〕赵文元，杨保东． 输电线路风偏故障的预防和抑制 〔J〕． 电力学报，2004，19 ( 1) : 59-61．
〔2〕卢刚，武爱民． 110 kV 线路故障分析及应对措施 〔J〕． 电力学报，2001，16 ( 2) : 109-110，124．
〔3〕刘焕明． 500 kV 侯武线 286 号风偏故障分析 〔J〕． 山西电力，2004 ( 6) : 14-15．
〔4〕弓建新，秦润生，贾雷亮，等． 220 kV 输电线路 JG1 塔型中相跳线风偏问题的探讨 〔J〕． 山西电力技术，2001，( 4) : 7-9．
〔5〕 国家能源局. DL/T 741—2010 架空输电线路运行规程[S]. 北京：中国电力出版社，2010.
论文作者:丘品开
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
标签：护套论文; 导线论文; 电场论文; 线路论文; 厚度论文; 铁塔论文; 场强论文; 《基层建设》2018年第6期论文;