不同类型绝缘子在鸟粪影响下电场分布的仿真分析及防范建议

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1、不同类型绝缘子在鸟粪影响下电场分布的仿真分析及防范建议周仿荣1杨庆2黄修乾1彭庆军1马御棠1钱国超1（1.云南电网有限责任公司电力科学研究院昆明650214;2.重庆大学重庆400044）摘要：随着人们对自然环境的保护意识加强，鸟类活动日益频繁，对输电线路的安全、稳定运行造成了极大的威胁。近年来，人们对鸟害闪络故障的认识不断加深，也越来越重视对鸟害事故的防范和治理。本文使用COMSOLMultiphysics软件，对输电线路不同类型绝缘子在鸟粪影响下的电场分布进行了仿真，并验证丫鸟害闪络机理，分析了不同类型绝缘子的电场分布，并提出了相应的防范

2、建议。关键词：鸟害闪络故障；COMSOLMultiphysics；不同类型绝缘子；电场分布0引言目前，引起输电线路跳闸故障的主要原因以雷害、覆冰、外力破坏、鸟害、山火等几种为主［1】。随着国家对环境保护的重视，人们也逐渐提高了对环境的保护意识。不断改善的生态环境，为鸟类提供了良好的生态栖息环境，使得鸟类的数量口益增加。因此，输电线路的外绝缘在野外不可避免地会受到鸟类活动的影响而出现绝缘丁降。长期以來，国1人外学荞对鸟类活动引发的线路故障进行了一系列的观察、统计、试验及仿真分析的工作，提出了相应的鸟害闪络理论及放电机理，但对不同类型绝缘子的鸟害

3、闪络特性缺乏具体地研究分析。自上世纪20年代起，由美国加利福尼亚爱迪生电力公司首次提出将长串鸟粪当作不明闪络事故的原因［2］。随后，70年代，由邦纳维尔电力局通过配制鸟粪模拟液对闪络事故进行了试验模拟，证明了鸟粪确实会引起输电线路闪络跳闸事故［3］。90年代屮期，BumhamjT根据大量生产实际数据提出了鸟害闪络故障的四种形式。清华大学在2001年至2009年对110、220、500kV线路进行了交流线路模拟试验研究。重庆大学在2013年对鸟粪引起的导线-塔窗间隙交流击穿以及llOkV复合绝缘子的交流击穿特性进行了研究武汉大学在2014年通过

4、使用铁丝模拟鸟粪通道进行了220kV瓷绝缘子的放电试验研究。根据目前已冇的研究分析可知，鸟粪下落对不同类型绝缘子的空间电场分布的分析还有待填补。本文对不同类型绝缘子进行了有限元仿真计算，分析了在鸟粪影响下绝缘子周围电场的分布，并得出了不冋类型绝缘子在鸟粪影响下的电场分布差异性，验证了由鸟粪引起的输电线路跳闸故障的机理。1COMSOLMultiphysics建模与仿真分析COMSOLMultiphysics软件是一款大型的高级数值仿真软件。以奋限元为内核，通过求解偏微分方程或偏微分方程组来分析真实物理现象。其以高效的性能及杰出的多场双向直接耦合

5、分析能力实现了高度精确的数值仿真。本文搭建的鸟粪下落对绝缘子空间电场分布影响的仿真模型，如图1所示，其外边界设置为无穷远处II求解过程中电势为0。本文根据仿真计算流程框图2(a)进行了计算分析，得到网格剖分图，如图2(b)所示。图1仿真计算模型⑻仿真计算流程框(b)网格剖分图图2仿真计算流程框图及网格剖分图根据查阅的国内外可知，在模拟实验中，可使用不冋长度的铁丝来模拟流动的鸟粪。因此，本仿真模型计算中，使用半径为6mm的圆柱状铁丝模拟鸟粪通道。不同类型绝缘子的几何尺T及材料特性，按照型号为FXBW4-110/70的复合绝缘子、XP-70型瓷

6、绝缘子和LXP-70型玻璃绝缘子进行设置。然后，在绝缘子高压端施加llOkV线路实际运行相电压70kV。本文的主要仿真工作，进行了理想情况下无鸟粪与有鸟粪下落吋绝缘子周围电场分布的计算与分析。有鸟粪下落吋，又分别从以下两个方面作进一步分析，鸟粪在下落过程中，对绝缘子周围电场的影响；鸟粪距绝缘子中心不同距离吋对绝缘子周围电场的影响。1.1无鸟粪下落吋绝缘子周围电场分布在无鸟粪下落吋，三种不同类型绝缘子周围电场分布，三类绝缘子的电势和电场强度分布相似，呈马鞍形且沿绝缘子低压端逐渐减弱。复合绝缘子的高压端由于均压环的存在使得周围空间电场分布较为均匀

7、，但增大了绝缘子的电气绝缘距离。复合、瓷和玻璃绝缘子表面的电场强度分别为14.3kV/cm、20.7kV/cm、25.3kV/cm,而均匀电场下，空气!中棒-板间隙最小击穿场强为30kV/cm,故无鸟粪时的绝缘子周围空间电场无法击穿空气。1.2有鸟粪下落时绝缘子周围电场分布在绝缘子周围空间加入鸟粪后，针对一定距离下不冋长度鸟粪对绝缘子周围电场的影响，经仿真得到绝缘子周围空间电场分布,在鸟粪的下落过程，即鸟粪长度从50cm增至100cm的过程，鸟粪通道前端与高压端空气间隙的平均场强从25.5kV/cm增大至36.3kV/cm,故鸟粪下落至高压端

8、首片绝缘子附近时的平均场强可将该空气间隙击穿。瓷和玻璃绝缘子在鸟粪下落过程中的电场分布相似，即当鸟粪下落至高压端导线处附近吋，会出现明显地电场畸变。由图可知，当鸟粪