基于高电压计算的绝缘子缺陷检测文献综述

 2022-10-29 20:44:48

文献综述(或调研报告):

摘要:目前复合绝缘子逐渐得到电力行业的认可,并将成为我国超、特高压输电工程的主要选择。然而随着复合绝缘子的大量使用,运行中也逐渐暴露出一些问题。由于绝缘子内部的缺陷时常会造成绝缘子断裂事故,使得对绝缘子内部缺陷的检测很有必要。目前已有利用有限元法进行仿真来研究绝缘子内部缺陷对附近电场分布的影响。

关键词:绝缘子;内部缺陷;电场分布;有限元法

正文:

人们可持续发展的目标对低碳技术提出了空前的需求,电能开发和应用技术作为目前世界上最重要的低碳技术更是处在创新的大变化时代,以智能电网、新电能、电动汽车、特高压等为代表的新兴电力技术正处在创新的高潮。特高压输电技术已经纳入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》 ,《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》等国家重大规划,标志特高压电网建设将进入新的阶段。

绝缘子作为架空输电线路的关键部件,其性能优劣直接影响到整条线路的安全运行。对于超、特高压直流输电线路,采用常规瓷或玻璃绝缘子存在建设成本高、运行维护要求高及污闪事故率高的“三高”现象,而复合绝缘子近年来发展势头良好,在全国电网上运行的复合绝缘子数量高达几百万只,运行时间最长的已超过二十年。

特别是随着我国近一两年特高压交直流输电工程的大规模建设,复合绝缘子挂网数量急剧增加。但复合绝缘子在使用中也出现了一些问题,影响了电网的安全稳定运行。我国复合绝缘子的事故类型主要是:1)由芯棒脆断、掉串、台风等因素导致的芯棒折断等机械方面的损坏,和CIGRE在世界范围内的统计结果相符;2)由界面问题引起界面击穿、冰闪、污闪、雷击故障、鸟害等绝缘子的电气损坏。虽然总体上复合绝缘子运行的事故率很低,但对于发生的断裂与脆断以及界面问题故障必须要引起足够重视。

在超/特高压输电线路中,复合绝缘子处在极不均匀的电场中,同时由于其结构和尺寸的特点,纵向电容更小,其轴向电位分布更不均匀。硅橡胶属于高分子有机材料立体网状的分子链在高场强和其他因素如电晕、局放、臭氧、水分等共同作用下发生断裂、交链、重排反应,使整体绝缘材料呈现变软发粘、失去弹性甚至变硬发脆、发白粉化、开裂、护套表面蚀损,严重时露出芯棒,严重影响绝缘子的运行寿命,对电网的安全运行造成巨大隐患。近年来国内发生的十几起超高压复合绝缘子断裂事故都排除了脆断的可能,断裂点均位于复合绝缘子高场强区,而且断裂位置附近都不同程度地出现了粘接不牢固的现象。因此亟需研究复合绝缘子内部缺陷对轴向电场分布的影响。

对于高压直流换流站支柱绝缘子不同伞裙参数对电场分布影响的研究,国内外主要采用试验测量的方法进行。在高压直流绝缘子串的电场电位分布测量方面,通常采用的测量法已能测出绝缘子串的分布电压和电场分布规律,但由于探头的引入会对被测量位置的电场分布和电压造成影响,特别是高压端附近的电场很难测准。同时测量还会受到周围试验环境的影响,很难模拟实际工况。近年来随着计算机技术和有限元分析技术的发展,数值仿真计算的方法在研究复杂工程电磁场问题中得到广泛应用其计算精度也能够满足工程要求。

目前大多数利用有限元法进行绝缘子的模拟仿真来研究绝缘子内部各种不同情况下造成的缺陷,并由各种缺陷而导致的绝缘子附近电场分布与正常绝缘子附近电场分布进行比较,以此来研究绝缘子内部缺陷对电场分布的影响。

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