Y型绝缘子串均压环优化

1000千伏交流双回输电线路Y型绝缘子串均压环参数设计

关键词

特高压，Y型绝缘子串，有限元法，电场分布。

摘要

Y型绝缘子串具有外绝缘和减小走廊宽度的优点。本文建立了1000kV交流双回输电线路Y型复合绝缘子串的三维有限元模型，包括铁塔、绝缘子、均压环、相导线及其他金具，利用该模型计算了复合绝缘子和均压环的电场分布。然后根据电场计算结果对均压环参数进行优化。根据计算结果，跑道型均压环的最优参数为R=700 mm，r=120 mm，H=200 mm。该结果可为特高压交流Y型绝缘子串的设计提供参考。

引言

特高压输电能够满足远距离、大容量电力输送的需求。目前，中国的1000kV交流输电试验示范工程和±800 kV直流输电示范工程已经建成并投入运行，特高压交/直流输电线路作为坚强智能电网的骨干网架也已规划[1]。

绝缘子串是特高压交流输电线路的重要组成部分，对电气绝缘和机械支撑具有重要作用。

Y型绝缘子串结合了I型和V型绝缘子串的特点，能够防止风偏，提高在潮湿和污秽条件下的闪络电压，提升导线高度，并压缩横担长度和走廊宽度。因此，在外绝缘性能和减小走廊宽度方面具有优势[5,6]。国内外针对常规I型和V型绝缘子串，在电磁环境、外绝缘特性、结构特性等方面已开展了大量研究[2‐4,6]，相关成果已在实际工程中得到应用。对于Y型绝缘子串的研究主要集中在外部绝缘试验和机械性能[5, 6]。中国电力科学研究院（中国电科院）曾对直流输电线路Y型绝缘子串在污秽条件下的闪络特性进行了研究。研究表明，当V型夹角为110度时，Y型绝缘子串的直流污秽闪络电压比I型高约9%，且在污染试验中V部分盐流失较快。通过球隙法测量了交直流500千伏输电线路Y型绝缘子串的电压分布，并采取相应措施以减小环境因素的影响。因此，有必要对Y型绝缘子串的串型、均压环优化、外绝缘特性及绝缘配置进行系统性研究。

本文采用有限元法研究特高压Y型绝缘子串的电场分布，并对均压环参数进行了优化。研究结果可为特高压交流Y型绝缘子串的设计提供参考价值。

模型参数与仿真

根据淮南‐上海特高压交流输电线路的原始设计参数，塔型为SZY323，标称高度为69米；导线类型为8分裂JL/LHA1‐465/210导线，直径为33.75毫米，分裂间距为400毫米，长度为100米。

Y型绝缘子串的长度为9米，其中I段为2米，V段为7米，V段夹角为105度。复合绝缘子的伞裙包括大伞裙（直径180毫米）和小伞裙（直径150毫米）。图1显示了均压环的参数，对于跑道型均压环，R=800毫米，r=120毫米，H=140毫米，耦合距离为600毫米，对于小伞裙，h=20毫米。

采用这些结构参数，建立了特高压交流双回输电线路的1/2三维静电场模型，包括铁塔、绝缘子、均压环、相导线及其他金具。考虑到分析对象的特点，为了提高计算效率，进行了以下两项简化：（1）忽略地线，因其对电场分布影响较小；（2）相邻相仅建立导线而不包含绝缘子，以减少单元数量。图1(b)和(c)展示了该模型。所有实体被两层空气区域包围，第一层为矩形，长60米，宽100米，高120米；第二层为1/2圆柱体，厚100米，半径200米。

根据实际情况，中相承受1000千伏输电线路相电压最大峰值Um=898.146 kV，包括靠近高压端的导线和均压环，其余两相承受‐Um/2。Y型绝缘子串的中间金具需要进行电位耦合。铁塔、外部空气边界和低压端施加零电位。图3显示了该模型的电位分布。图4显示了电场分布。

跑道型均压环表面的最大电场强度为18.81千伏/厘米，而复合绝缘子表面的最大电场强度为5.70千伏/厘米。

图5显示了绝缘子串周围的电场分布曲线（d为距绝缘子串中心轴的距离）。当d=150 mm时，由于靠近均压环，电场最大值高于其他两种情况。并且由于铁塔的影响，左侧分支高于右侧。

均压环参数优化

首先，I部分的小均压环对绝缘子串周围电位和电场分布的影响如图6所示。与没有小均压环的情况相比，小均压环可以降低靠近高压端的电场。

表1 仿真结果

参数	表面最大值 ce 电场 [千伏/厘米]
R[mm]	r[mm]
800	120
800	120
800	120
700	120
600	120
800	110
800	100
800	120
800	120

为了找到用于Y型绝缘子串的均压环的合理设计参数，进行了一系列不同参数下的仿真。仿真结果如表1所示。均压环表面的Emax表明，增大R和r会降低电场强度均压环表面，而H的增加和h的增加对其影响较小。E max on复合绝缘子表面表明，R和h的增加会提高复合绝缘子表面的电场强度，而r和H的增加则会降低电场强度。每个参数的增加都会导致均压环或复合绝缘子表面上Emax的线性变化。

参数R=700 mm、r=120 mm、H=200 mm可被视为本研究评估的设计中的最优参数。该参数组合的仿真结果为均压环和复合绝缘子表面的Emax分别为19.41千伏/厘米和4.31千伏/厘米。

结论

本文研究了1000千伏交流双回输电线路Y型绝缘子串的电场分布，并对Y型绝缘子串的均压环进行了优化。跑道型均压环的最优参数为R=700 mm、r=120 mm、H=200 mm。