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一种10kV覆冰复合绝缘子电场分布计算 　　摘 要覆冰对复合绝缘子周围电场和电位分布有重要影响。本文以一种10kV复合绝缘子作为仿真模型，通过利用有限元方法，模拟分别在结冰和融冰状态下，计算了不同冰柱长度下复合绝缘子周围电场分布。得出：不论是结冰或是融冰状态，覆冰复合绝缘子周围电场的最大值几乎不受影?；冰尖处电场强度随冰柱长度增加而增大。相比结冰时的结果，融冰状态时，冰尖出电场将畸变将更加严重。最后，本文讨论了几种提高覆冰复合绝缘子电气特性的措施。 中国论文网 /1/viewhtm 　　【关键词】绝缘子 覆冰 电场 　　1 引言 　　优异的耐污闪性能使得硅橡胶复合绝缘子在电力系统中获得了越来越广泛的应用。然而，硅橡胶复合绝缘子在我国十几年的运行经验同时也表明：硅橡胶复合绝缘子耐污闪能力强却并不等于其可以完全杜绝污闪的发生。覆冰可以看作是一种特殊的污秽???由于复合绝缘子伞裙以及伞间距较小，覆冰对复合绝缘子的电场和电位分布的影响较大，直接威胁着电网的安全运行。因此，研究覆冰对复合绝缘子的影响具有重要意义。 　　国内外不少学者从覆冰重量、融冰水电导率以及覆冰厚度等因素对绝缘子电气性能的影响程度进行了试验研究并为输电线路设计积累了宝贵经验。而对于覆冰复合绝缘子的闪络原因目前没有一个统一的观点。有学者基于奥本诺斯方程推导了冰闪过程的数学物理模型；也有学者从电弧发展的角度推导了基于电弧特性变化的冰闪模型。另外，有学者则认为应从热力学方面且考虑热传递以及水分蒸发等因素，对冰闪过程进行分析。冰闪是从局部放电开始，电弧发展从有弱到强直至击穿的过程。局部放电的根本起因是由于局部电场的集中。冰柱的存在使得复合绝缘子周围结构发生了变化，必然会改变局部电场。 　　因此，本文以一种10kV复合绝缘子为模型，分别从结冰和融冰状态两方面，计算了冰柱长度对复合绝缘子电场分布的影响。最后，总结了提高覆冰状态下复合绝缘子闪络电压的措施。 　　2 仿真 　　2.1 模型 　　本文使用一种10 kV复合绝缘子作为仿真对象，共有2大伞1小伞，大伞直径125mm，小伞直径100mm，结构高度340mm，试品表面积370mm2，爬电距离为370mm。为尽量减小模型带来误差，建立模型时结构尽量与实际绝缘子一致，如图1所示。正常复合绝缘子是一种二维轴对称结构，但覆冰使得结构成非对称。考虑到建立模型的方便，将计算模型仍然当作轴对称结构处理。计算过程中空气、护套材料、芯棒以及冰的介电常数分别取1、3、5、4。 　　2.2 结果 　　复合绝缘子沿面电场和电位分布是决定复合绝缘子性能的一个重要指标。复合绝缘子因为只有上下两端有金属端头，并且尺寸不大，它们和中间绝缘体一起构成的主电容远小于瓷绝缘子串的主电容，因此，复合绝缘子的沿面电场分布较瓷、玻璃绝缘子串更加不均匀，尤其是在高压端会出现高电场区，如图2所示。 　　图3表示Emax/E0随冰柱长度的变化趋势，其中E0为复合绝缘子没有覆冰时周围电场最大值。图4表示冰尖处电场强度E随着冰柱长度的变化关系。从仿真结果来看：一方面，覆冰状态对复合绝缘子周围电场最大值Emax几乎没有影响。也就是说，电场最大值Emax总是出现在端部，那么放电也将从端部开始。这一点与试验中观察到的现象是一致的；另一方面，覆冰状态对冰尖处电场强度E有明显影响。冰尖处电场强度E随着冰柱长度的增加而增大。复合绝缘子在结冰状态下，冰尖处电场强度E从15V/mm增加到29V/mm。而在融冰状态下，冰尖处电场强度E从180V/mm增加到280V/mm。当冰柱长度为17mm时，冰尖融冰电场是结冰电场的近9倍。当冰柱长度为77mm时，冰尖融冰电场则是结冰电场的14倍之多。覆冰复合绝缘子在融冰时，高压端与冰柱之间间隙电场强度将加剧，如图5、6。在结冰状态下，此时冰的电导率很低，仍然具有很高的电阻，因此空气间隙长度的改变对整个覆冰复合绝缘子空气间隙上电位分布的影响不大，如图7所示。而融冰时，复合绝缘子冰柱表面电导率非常高，极端情况可以想象成冰柱短接了低压段，相当于整个电压几乎都施加在空气间隙上，使得空气间隙上的压降大大增加。从而间隙场强急剧集中，导致出现电弧桥接冰柱与高压端而使绝缘子发生闪络。 　　3 提高覆冰状态下复合绝缘子电气特性的讨论 　　如何提高覆冰状态下绝缘子的电气性能一直是国内外同行重点关注的内容。经过多年现场运行，已经积累了一些宝贵的经验，户外绝缘性能有了很大提高。但是，复合绝缘子防覆冰措施仍有待于进一步尝试。 　　3.1 从复合绝缘子结构着手 　　进一步研究复合绝缘子的伞裙形状和大小、间距、直径等，合理增大泄漏距离（爬距）和空气击穿净距来提高击穿电压。采用大小伞间隔排列以防止冰柱桥接伞裙。 　　对于并联绝缘体，采用