基于最大梯度算法的复合绝缘子均压环结构优化

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均压环对复合绝缘子陡波试验的影响

49电工电气 (20 7 No.5)作者简介：胡文堂（1962-），男，教授级高级工程师，本科，主要从事高电压与绝缘技术研究工作；王少华（1981-），男，高级工程师，博士，主要从事输电线路运维研究工作。

均压环对复合绝缘子陡波试验的影响胡文堂1，王少华1，李特1，袁伟2，骆阗彦1(1 国网浙江省电力公司电力科学研究院，浙江杭州 310014；2 国网江苏省电力公司无锡供电公司，江苏无锡 214000)摘要：为研究均压环对复合绝缘子陡波试验的影响，利用一支110kV 复合绝缘子，开展了有、无均压环情况下高压端陡波试验对比研究，对两种情况下的陡波电压幅值、陡波电压陡度进行了分析。

试验结果表明，均压环的存在使陡波试验复合绝缘子发生击穿时，芯棒承受的电压幅值降低，均压环对陡波试验陡度无影响，建议复合绝缘子陡波试验在去除均压环后进行。

关键词：复合绝缘子；陡波；均压环；电压幅值中图分类号：TM855 文献标识码：B 文章编号：1007-3175(2017)05-0049-03Abstract: In order to study the influence of corona ring on the steep front impulse test of insulators, this paper used a 110kV composite insu -lator to carry out the comparative study on high-voltage steep front impulse test with or without corona rings. This paper carried out analysis of voltage amplitude and gradient of steep front impulse for two kinds of conditions. The test results show that the existing corona ring could reduce the voltage peak value supported by mandril and the corona ring had no impacts on the steep front impulse test gradient when the composite in-sulator was broken down. This paper suggests that the composite insulator should be carried out tests after eliminating the steep front impulse. Key words: composite insulator; steep front impulse; corona ring; voltage amplitudeHU Wen-tang , WANG Shao-hua , LI Te , YUAN Wei 2, LUO Tian-yan（ State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute, Hangzhou 00 4, China ;2 State Grid Wuxi Electric Power Company, Wuxi 2 4000, China ）Influence of Corona Ring on Composite Insulators Steep Front Impulse Test0 引言陡波试验是检测复合绝缘子内部缺陷的重要手段[1-3]。

合成绝缘子均压环设置与结构优化的研究

合成绝缘子均压环设置与结构优化的研究作者：徐其迎仵丽虹来源：《科学与财富》2016年第22期摘要：本文在探讨了高压交流系统中合成绝缘子设置均压环的主要作用和要求，并对合成绝缘子均压环设置结构参数进行了分析研究；采用神经网络优化了绝缘子均压环各结构参数，在此基础上给出合成绝缘子均压环结构参数的最优值；最终给出了330KV电压等级下有效改善绝缘子电场分布的均压环优化参数。

关键词：合成绝缘子；均压环；神经网络；结构优化Study on Corona Ring Setting and Optimizing of Composite InsulatorXu Qi-ying1 Wu Li-hong2（1School of electric and information engineering， Zhongyuan University of Technology，ZhengZhou， 450007， China2Electric Power of Nan-Yang，STATA GRID，473000）Abstract： In this paper the author analyses the functions and question of setting corona ring on the composite insulator firstly； the neural network model is built to map the location as well as the dimensions of the corona ring and the optimal goal， the parameters that improving electric field of 330KV composite insulator are recommended.Key words： Composite insulator； Corona ring； Neural network； Optimization.0 引言合成绝缘子以其表面憎水性强、防污闪性能好、机械强度高等优点，广泛用于各种电压等级的交直流输电线路。

基于有限元方法的220kV复合绝缘子的电位和电场计算

基于有限元方法的220kV复合绝缘子的电位和电场计算作者：李文学来源：《山东工业技术》2014年第23期摘要：针对复合绝缘子的电位分布不均匀、电场强度最大值较大的缺点，提出了在复合绝缘子高压端加均压环的方法来改善电位和电场强度，结果表明，加均压环能够有效的改善复合绝缘子的电位分布，并且能够减小电场强度的最大值，从而提高起晕电压。

关键词：有限元方法；复合绝缘子；均压环0 引言随着经济的发展，对能源电力的需求日益剧增，我国电力系统得到了迅猛发展，为了扩大电力系统的输送容量，输电线路的电压等级也逐渐提高，出现了不同电压等级的输电线路，其中220kV是较为常见的输电线路。

绝缘子作为电力系统输电线路重要的电气设备之一，起着电气绝缘和机械紧固支撑的作用，复合绝缘子因其良好的憎水性和耐污闪性能，已经广泛应用于输电线路。

由于输电线路等级过高，复合绝缘子高压端金具处的电场强度较大；另一方面，复合绝缘子对地电容和对导线电容的存在使得复合绝缘子的电压分布不均匀，容易在复合绝缘子高压端处发生电晕放电。

为了改善上述情况，常用的做法是在复合绝缘子上加装均压环，本文基于有限元方法，对比分析了加均压环和不加均压环时复合绝缘子的电位和电场强度分布，验证了均压环的有效性。

1 复合绝缘子的电压分布复合绝缘子电压分布不均匀，靠近导线的绝缘子的电压降较大，离导线越远绝缘子的电压降逐渐减小，当靠近地时，绝缘子的电压降又逐渐增大，呈“U”形分布。

加均压环后，能够增加复合绝缘子对导线的电容，提高电晕的起始电压。

2 复合绝缘子的电位和电场计算本文利用有限元分析软件ANSYS对型号为FXBW3-220/100-A的复合绝缘子的电位和电场进行了计算，复合绝缘子的结构参数爬电距离、绝缘高度、伞径、大伞间距、芯棒直径分别为6350、1900、162/86、95、18。

2.1 模型的建立本文对实际线路中的复合绝缘子的模型按照如下规则进行了简化：（1）忽略导线、铁塔对复合绝缘子电位和电场分布的影响；（2）在空气外围建立一层无限单元；（3）将整个复合绝缘子模型当做二维轴对称模型。

±1100kV线路光纤复合绝缘子的电场仿真与优化设计

ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅＩｎｓｕｌａｔｏｒ
ＨＵＡＮＧＹｅ — ｋｕａｎｇ，ＷＡＮＧＢａｎｇ — ｔｉａｎ，ＮＩＵＷａｎ— ｙｕ，ＨＵＷｅｎ。Ｌ１Ｌｉ
ｐｏｔｅｎｔｉａｌ，ｅｌｅｃｔｉｒｃｉｅｆｌｄｄｉｓｔｉｂｒｕｔｉｏｎ，ｗｉｈｏｔｕｔｅｌｅｃｔｉｃｒｈａｌｏｇｅｎｅｒａｔｅｄｉｎｒａｇｄｉｎｇｉｎｒｇｓｕｒｆａｃｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｓｕｌａｔｏｒ；ｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｓｔａｎｄｖｏｌｔａｇｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｇｒａｄｉｎｇｒｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
２华中科技大学电气与电子工程学院，湖北武汉４３００７４）
摘要：根据污耐压法提出了 ±１１００ｋＶ直流棒形悬式复合绝缘子外绝缘设计的一种方案，并基于有限元法建立了棒形悬式复合绝缘子的仿真模型，确定了复合绝缘子均压环的结构参数。仿真结果表明，该均压环设计满足各部分电场强度均低于电晕起始电场强度的要求，有效地改善了复合绝缘子电位、电
场分布，且均压环表面不会产生电晕。
关键词：复合绝缘子；有限元法；污耐压法；均压环优化中图分类号：ＴＭ２１５．９２文献标识码：Ａ文章编号：１００７ — ３１７５（２０１４）０２ — ００２卜０５

[PDF] ±800kV 输电线路直流复合绝缘子均压环结构研究

0 引言
复合绝缘子由于其优良的特性，在特高压直流输电工程的外绝缘选择中具有明显的优势。但复合绝缘子的外形特点、金具结构和硅橡胶材料的低电导率，使得电位分布极不均匀，在线路侧和杆塔侧的绝缘子两端金具附近有高电场区域[1]。当绝缘子和金具表面电场强度超过了电晕起始场强，就会产生电晕放电，进而对电磁环境、绝缘材料的运行特性等产生影响[2,3]。
composite insulator and tower
图 1±800kV 直流复合绝缘子试品及杆塔结构图。绝缘子最小公称爬电距离为 30 000mm；分裂导线采用 LGC-630×6。 1.2 轴对称模型和 3D 模型计算结果比较
800
忽略铁塔、分裂导线和大地的影响
700
考虑铁塔、分裂导线和大地的影响
∗ 基金资助项目：“十一五”国家科技支撑计划重大项目(2006BAA02A31)。 Project Supported by the Eleventh Five-Year Plan Supported by National Key Project of Scientific and Technical Supporting Programs of China(2006BAA02A31).
本文基于有限元数值仿真计算方法，建立了特高压直流线路杆塔-导线-绝缘子的塔线三维电场仿真模型，研究复合绝缘子及金具表面电场的影响因素，并确定特高压复合绝缘子均压环的结构参数。
1 塔-线-绝缘子三维电场仿真模型
1.1 模型的建立由于空间电荷和离子流效应的影响，直流电压
作用下绝缘子的沿面电场分布与交流存在着一定的差异。国网武汉高压研究所的研究表明，复合绝缘子表面的电位分布规律在直流电压下与交流情况大致相同[6]，交流及离子流场中沿绝缘子轴向的场强分量的差别在于导线、横担附近最大场强的比值，交流电场中导线侧附近最大场强与杆塔侧附近最大场强之比约 2.0，而在离子流场中，此比值随电晕程度的加剧而减小[7]。迄今为止，在直流电场的研究中，如果考虑离子流的影响，模型是建立在一定假设条件下，如空间电荷只影响场强的大小但并不改变场强方向等。在三维电场计算中，考虑离子流的影响更加困难。

输电线路复合绝缘子均压环常见问题及改进措施

综上所述，10 kV 配网是电力企业工程建设的重要组成部从事配电线路运行维护工作。
机电信息 2012 年第 36 期总第 354 期 31
电气工程与自动化◆Dianqigongcheng yu Zidonghua
高度 h 抬高距 Δh
外径 d
ΔU2
ΔU1 管径 d
图 1 均压环安装示意图
E1 E2
发展水平高的地区，可以设置带点检测设备以及故障显示器，分，需要严谨的工作态度和完善的技术设备才能确保其施工质
实现配电线路的自动化维护，一旦出现故障，可以对故障区域量。因此，电力企业应该深入研究，积极探索 10 kV 配网工程建
自动隔离，并自动恢复非故障区域的正常供电。
设的新技术，确保我国电力系统的稳定和安全发展。
（３）［２］许锋．探讨提高１０ｋＶ配网的供电可靠性［Ｊ］．中小企业管理
与科技（下旬刊），２０１１（２）［３］任艳君．提高１０ｋＶ配网供电可靠性的技术措施［Ｊ］．科技资
讯，２０１１（３２）［４］黄敬维．探讨提高配网供电可靠性的措施［Ｊ］．科技资讯，２０１１
（６）［５］路军．肇庆城区配网提高供电可靠性的难点与对策［Ｊ］．供电
0 引言
由于复合绝缘子具有强度高、重量轻、耐污闪性能优良、运行维护方便等明显的优点，目前在 35～500 kV 等各个电压等级得到了广泛的使用，特别是在江苏等经济发达、污秽较为严重的地区，合成绝缘子已经成为直线杆塔绝缘子的首选，在镇江 500 kV 江晋、江陵线长江大跨直线跨越塔上，也第一次将 42 t 合成绝缘子用在跨越档距超过 1 800 m 的大型跨越上。由于复合绝缘子所特有的长棒式阻性型结构，在高电压等级的线路上使用时必须使用均压环来改善其表面的电场分布，但是目前复合绝缘子无均压环制造、尺寸和罩入距尺寸的国家标准，因此现场使用的均压环样式五花八门，安装方式各异，在施工、验收、挂网运行中出现了不少问题。本文从实际应用角度对复合绝缘子均压环进行分析，结合现场运行经验提出优化的均压环配置方案。

均压环对复合绝缘子电场的影响研究

放电的产生，造成绝缘子绝缘失败进而影响系统安全 [3]。
工程上一般采用复合绝缘子端部金具安装均压环的方式来改善绝缘子电场分布。均压环可改善复合绝缘子的电位分布，控制高电场区域的场强，防止电晕放电、漏电起痕及电蚀损，减小可听噪声，并能消除由电晕引起的非瓷材料的降解作用。 [4-5] 为了线路绝缘子的安全运行以及合理选择均压环的尺寸、位置，需要对绝缘子上的电位及电场分布进行细致计算分析。 [6-11]
关键词：复合绝缘子；电场计算；均压环；绝缘分析中图分类号：TM216 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2018)10-0010-05
Research of Grading Ring Influence on Composite Insulator Electric Field
YAO Huai-lin, WU Qiu-liang （Jiangsu Nari Power Electric Co., Ltd, Nanjing 211103, China） Abstract: Taking the composite post insulator as the research object, this paper used the finite element analysis numerical computation method to carry out analysis and calculation for insulator electric fields and explored the impacts of grading ring on the insulator electric field. When the insulator aged or there were bubbles in the sheath due to technology defects, the discharge, breakdown and ablation phenomenon happened easily. And the field intensity concentrated around the first umbrella which might lead to the insulation fault, so a grading ring is set up at the end of high voltage flange and then its electrical field was calculated taking different dimensions and installation site of grading ring into consideration. The calculation results show that the insulator added the grading ring could obviously improve the electrical distribution around the insulator to reduce the electric field of the first umbrella, in addition, the electrical distribution will turn more average with larger diameter and more far location. Key words: composite insulator; electrical field calculation; grading ring; insulation analysis

输电线路复合绝缘子和金具串的优化设计

环形结构
Fig.4
普通 U 形环
图 4 环形复合绝缘子结构 Structure of loop-shaped composite insulator
2 复合绝缘子及金具串的优化设计
复合绝缘子为整支可挠曲、不可击穿型，不存在 “零值”问题，因此，复合绝缘子两端的金属球头、球窝可改为圆形单孔、螺栓连接结构，去掉 R 形销子，与金具实现螺栓联结，端部金具制作工艺简单，将有效降
环形结构
普通 U 形环
防鸟罩
平直结构联结平直结构联结
（b）双分裂导线耐张组装
图 3 常规复合绝缘子耐张串组装结构 Fig.3 Assembly structure of regular composite
insulator strain string
文献[3]介绍，我国首条紧凑型 500 kV 昌房线 93 号塔和 500 kV 浑霸线 493 号塔的 V 形串均发生过球头与球窝的脱落。文献[4]介绍，山西电网已发生过多次复合绝缘子 V 形串断裂事故，建议对其安装形式
方地区大面积的冰灾中出现了输电线路金具串的损
坏。文献[2]介绍，通过最大载荷为 150、100 、50 kN
的复合绝缘子振动试验，结果显示复合绝缘子的疲
劳破坏主要发生在球头金具处，因此，球头是复合
绝缘子疲劳的薄弱环节 [2]，常规金具串的联结方式
KEYWORDS：transmission line；hardware string；composite insulator；bolted connection；inner-arc U-shaped loop ；axial rotation；optimization design

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ｉ
ｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｃｏｍｓｏｌｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅ
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ｐｏｓｉｔｅｉｎｓｕｌａｔｏｒｓｉｓｓｏｌｖｅｄ
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解决复合绝缘子电场强度分布不均勾的难题
。
关键词复合绝缘子均压环最大梯度算法有限元法结构优化
Ａｂｓｔｒａｃｔ
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ｏｂｌｅｍｏｆａｒａｍｅｔｅｒｏＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒａｄｉｅｎｔｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｇｒａｄｉｎｇｒｉｎｇａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｍａｘｉｍｕｍｇｒｐ
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李卓黄堃潘翔
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，
李思焱
郑蓓
２４１０００
）
孙斌
国网芜湖供电公司安徽芜湖
摘
要为
：
了
解决复合绝缘子均压环结构参数优化的难题提出
，
了
ｉ
一
种基于最大梯度算法的均压环结构参数优化方法
．
ｇ
ｒａｄｉ
ｅｎｔａｌ
ａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｒａｄｉｎｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃａｎｂｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｑｕｉｃｋｌｙａｎｄｔｈｅｕｎｅｖｅｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｒｇｇｐｇ
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子二
，
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种方法具有简单直观的优点结合有限元软件
、
，
ｃｏｍｓｏｌｍｕｌｔｉ
ｐｈｙｓｃｓ
建立的复合绝缘
维轴对称计算模塑可以迅速得到
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均压环结构参数的优化解
。
研究结果表明
一
：
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Ａቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
３６
ＡＮＨＵ
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ＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ
ＵＰ第
３４
卷第
７
１
期
２〇
１
年

３
月
基于最大梯度算法的复合绝缘子均压环结构优化
Ｏｐｔ
ｉ
ｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＩｎｓｕｌａｔｏｒｓＧｒａｄｉｎｇＲｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅＢａｓｅｄｏｎＭａｘｉｍｕｍ
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ｇｔｏｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｓｕｌａｔｏｒｓｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｇｒａｄｉｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍａｒｅｎｏｔｊｕｓｔｏｎｅｏｐｔｉｍａｌ
，
缘子电场分布的影响有较大不同最大梯度算法得到的
一
计算结果并不是均压环结构参数的
个最优解而是满足设定条件的均压环结构参数的
，
个解集基于最大梯度算法的均
；
压环结构参数优化方法能够快速地对均压环结构参数进行优化
．
ｉｃｍｏｄｅｌｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｓｕｌａｔｏｒｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｔｈｅｆｉｎｉｔｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｇｒａｄｉｎｇｒｎｇｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｘｉｓｙｍｍｅｔｒ
，
ｇ
ｏｒｉｔｈｍｉｓ
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