[发明专利]一种研究悬浮沙粒对棒形绝缘子电位和电场分布影响的仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种研究悬浮沙粒对棒形绝缘子电位和电场分布影响的仿真方法，属于计算机仿真领域。

背景技术

我国西北地区植被稀疏，严重的土地沙漠化所导致的沙尘暴已造成我国多起高压输电线路闪络事故。曾有学者在新疆调研发现：沙尘环境下的闪络事故约占全部高压线路外绝缘闪络事故的一半。“沙闪”已经受到了世界的关注。

沙尘天气不仅加速了沙尘在绝缘子表面的沉积，更使绝缘子周围的清洁空气变成了空气和悬浮沙粒的混合介质。绝缘子的电位和电场会因周围介质环境而改变，同时又与闪络密切相关，因此研究悬浮沙粒对绝缘子沿面电位和电场分布的影响是十分必要的。

绝缘子的沿面电位和电场强度虽然可通过现场测量，但测量周期长、成本高、工作量大，且不可避免外界因素带来的误差。而电磁场数值计算方法既可以克服现场测量的诸多困难，又可以满足工程需求精度，且利用数值计算方法研究绝缘器件的电位和电场分布已成为高电压领域优化设计和分析的新趋势。

目前，沙尘环境下绝缘子电位和电场分布的研究相对较少，且未给出详细的仿真方法。针对已有研究均未考虑绝缘子周围空气中悬浮沙粒的粒径、沙粒所带电荷极性、带电沙粒与电中性沙粒的混合粒子群、正负极性沙粒混合粒子群等重要因素对绝缘子沿面电位和电场的影响。本文利用CAD软件绘制了悬浮沙粒环境下棒形绝缘子的简化几何模型，采取静电场有限元法在有限元软件中计算分析了绝缘子沿面电位和电场在不同悬浮沙粒环境下的变化规律，研究结果可为沙尘环境下绝缘子闪络研究提供重要的参考。

发明内容

本发明涉及一种研究悬浮沙粒对棒形绝缘子电位和电场分布影响的仿真方法，所述方法包括如下步骤：

根据棒形绝缘子的工作环境，选用静电场有限元法对绝缘子电位和电场分布进行研究。在CAD软件Solid Works中绘制悬浮沙粒环境下绝缘子的几何模型，并进行相应的简化。将几何模型导入有限元软件COMSOL Multiphysics中，选择低频电磁场AC／DC模块中的静电场模式，设置模型中各材质的介电常数，根据不同的悬浮沙粒环境设置相应的边界条件。对模型进行网格剖分，计算绝缘子在不同悬浮沙粒状态下的电位和电场分布。

仿真结果表明：空气中悬浮的电中性沙粒可小幅畸变绝缘子沿面电位和电场；悬浮沙粒带上相同的电量后，绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度加大；绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度受悬浮沙粒的粒径、数量、带电量的大小和极性影响明显。空气中的带电沙粒与电中性沙粒的混合粒子群或正负极性沙粒混合粒子群对绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度均小于粒子群中全部沙粒均带上相同电量时对绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度。

附图说明

通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：

图1为本发明一种研究悬浮沙粒对棒形绝缘子电位和电场分布影响的仿真方法的QBN-25型棒形绝缘子结构图；

图2为本发明一种研究悬浮沙粒对棒形绝缘子电位和电场分布影响的仿真方法的几何仿真模型示意图；

图3为清洁环境下绝缘子等位线图和电场分布云图；

图4为清洁环境下绝缘子沿面电位分布图；

图5为清洁环境下绝缘子沿面电场分布图；

图6为绝缘子伞裙关键点示意图；

图7为5号伞裙沿面电位和电场分布图；

图8为空气中悬浮带电沙粒时绝缘子沿面的电位分布图；

图9为空气中悬浮带电沙粒时绝缘子沿面的电场分布图；

图10为悬浮电中性沙粒时绝缘子等位线图和电场分布云图；

图11为悬浮带电沙粒时绝缘子等位线图和电场分布云图。

具体实施方式

在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。

在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。

仿真中选用我国电气化铁路接触网QBN-25型棒形瓷绝缘子，其爬电距离为1200mm，结构如图1所示。绝缘子工作电压为工频单相交流电，波动范围为20-29kV。为便于表述，文中定义从绝缘子低压端起的第1、2、...、9个伞分别为1、2、...、9号伞。