瓷绝缘子伞裙电位与电场分布仿真计算
覆冰地区交流输电线路复合绝缘子伞裙结构的电场分布优化_蒋兴良
高电压技术 第３９卷第１期２０１３年１月３１日Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ ３１，２０１３覆冰地区交流输电线路复合绝缘子伞裙结构的电场分布优化蒋兴良，刘 毓，张志劲，胡建林，尹芳辉，向 泽（重庆大学电气工程学院暨输配电装备及国家系统安全与新技术国家重点实验室，重庆４０００３０）摘 要：复合绝缘子在我国２０多年的使用表明：与瓷和玻璃绝缘子相比，其防污闪性能优异，但防冰闪性能较差；伞裙结构是影响其冰闪电压的重要因素。
基于此，模拟实际输电线路运行中的复合绝缘子覆冰情况，选取数种伞裙结构的３５ｋＶ和１１０ｋＶ复合绝缘子进行了带运行电压覆冰试验。
试验表明，同电压等级、不同伞裙结构的复合绝缘子其冰闪电压差别很大。
根据试验数据进行了仿真计算，从电场角度分析了伞裙结构对冰闪电压的影响，计算结果与试验结果比较相符。
最后，对该２种电压等级的绝缘子伞裙结构分别进行了优化。
仿真分析表明，在相同覆冰条件下，优化后的绝缘子电场特性比优化前有了明显改善。
关键词：复合绝缘子；冰闪电压；带电覆冰；电场；伞裙结构；优化ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－６５２０．２０１３．０１．０３０文章编号：１００３－６５２０（２０１３）０１－０２１０－０８基金资助项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（２００９ＣＢ７２４５０１）；国家自然科学基金（５１１０７１５１）。
Ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｂａｓｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（９７３Ｐｒｏｇｒａｍ）（２００９ＣＢ７２４５０１），Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆＣｈｉｎａ（５１１０７１５１）．Ｓｈｅｄｓ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＡＣ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ Ｕｓｅｄ ｉｎＡＣ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅｓ ａｔ Ｉｃｉｎｇ Ａｒｅａｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｉｅｌｄ ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＪＩＡＮＧ Ｘｉｎｇｌｉａｎｇ，ＬＩＵ Ｙｕ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉｊｉｎ，ＨＵ Ｊｉａｎｌｉｎ，ＹＩＮ Ｆａｎｇｈｕｉ，ＸＩＡＮＧ Ｚｅ（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ＆Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ２０ｙｅａｒｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏｐｏｒｃｅｌａｉｎ ａｎｄ ｇｌａｓｓ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ，ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ，ｗｈｅｒｅａｓ ｉｔｓｉｃｉｎｇ ｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｐｏｏｒ．Ｓｈｅｄｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒ ｔｈａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ’ｓ ｉｃｉｎｇｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｅｒｅｂｙ，ｗｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｉｃｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ａｃｔｕａｌｌｙ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ，ａｎｄ ｓｅｖｅｒａｌ ｅｎｅｒｇｉｚｅｄ ｉｃｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ３５ｋＶ ａｎｄ １１０ｋＶ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｈｅｄｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ，ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈａｔ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｅｘｉｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｉｃｉｎｇ ｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｖｏｌｔａｇｅｇｒａｄｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｈｅｄｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｉｃｅｄｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ，ｗｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｈｅｄｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｉｃｉｎｇ ｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｏｎｅｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｗｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｓｈｅｄｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｇｒａｄｅｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ，ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｉｃｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ａｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ；ｉｃｉｎｇ ｆｌａｓｈｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ；ｅｎｅｒｇｉｚｅｄ ｉｃｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ；ｓｈｅｄｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；ｏｐｔｉ－ｍｉｚａｔｉｏｎ０ 引言复合绝缘子具有良好的耐污闪性能，并且重量轻、强度高、耐污性好、运行维护方便［１－２］。
一种10kV覆冰复合绝缘子电场分布计算
一种10kV覆冰复合绝缘子电场分布计算作者：王磊区燕敏来源：《电子技术与软件工程》2017年第19期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响；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。
【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。
变电站电场CAE计算分析
变电站电场CAE计算分析newmaker1. 模型下面是变电站的模型，模型中有断路器、避雷器、PT、接地刀闸、支柱绝缘子、隔离开关以及杆塔、电力传输线等组件。
这里计算了两种情况，第一种是交流电场，第二种是直流电场。
电压是303KV，交流情况下，三根电力传输线的电压相位依次相差120度。
模型中绝缘子材料是瓷，电导率1e-10，介电常数为6，其他的部分是金属，交流情况下按悬浮导体处理，电导率为1670000，空气的介电常数为1.00059，空气的电导率为1e-14。
2. 网格剖分网格剖分之后，整个模型总共产生54900个网格，如下图所示：下面是某个组件上网格剖分情况的放大图：3. 交流计算结果下图是交流情况下位于Z=2米高处的电场分布云图：下图是交流情况下位于Z=2米高处的电压分布云图：下图是交流情况下位于Z=1.5米高处的电场分布云图：下图是交流情况下位于Z=1.5米高处的电压分布云图：下图是交流情况下位于X=3.8米处（两排组件间的走廊）垂直于地面、平行于YOZ面的电场分布云图：下图是交流情况下位于X=3.8米处（两排组件间的走廊）垂直于地面、平行于YOZ面的电场分布云图：下图是交流情况下位于Y=20米处垂直地面、平行于XOZ面的电场分布云图：下图是交流情况下位于Y=20米处垂直地面、平行于XOZ面的电压分布云图：4. 直流计算结果下图是直流情况下位于Z=2米高处的电场分布云图：下图是直流情况下位于Z=2米高处的电压分布云图：下图是直流情况下位于Z=1.5米高处的电场分布云图：下图是直流情况下位于Z=1.5米高处的电压分布云图：下图是直流情况下位于X=3.8米处（两排组件间的走廊）垂直于地面、平行于YOZ面的电场分布云图：下图是直流情况下位于X=3.8米处（两排组件间的走廊）垂直于地面、平行于YOZ面的电场分布云图：下图是直流情况下位于Y=20米处垂直地面、平行于XOZ面的电场分布云图：下图是直流情况下位于Y=20米处垂直地面、平行于XOZ面的电压分布云图：(end)。
绝缘子表面电场紫外辐射量测仿真分析
33作者简介：朱瑾润(1992- )，女，硕士研究生，研究方向为高电压绝缘技术；雷敏(1973- )，女，副教授，博士，研究方向为复杂网络理论及其在电网稳定性分析中的应用。
绝缘子表面电场紫外辐射量测仿真分析朱瑾润，雷敏，曾进辉(湖南工业大学 电气与信息工程学院，湖南 株洲 412007)摘 要：在绝缘子串表面直接测量电场强度时，电场测量探头靠近绝缘子串引起其表面电场畸变。
提出了一种通过测量紫外辐射数值间接获得绝缘子串表面电场的方法。
分析了表面电场与紫外辐射之间的数值关系，采用有限元电磁场仿真ANSYS 软件对XP-100悬式绝缘子串表面的电场进行仿真，得到绝缘子串周围的电场分布，并依据它们的数值关系推导出紫外辐射场分布，对紫外辐射场分布和电场分布进行对比分析。
结果表明：紫外辐射场分布和电场分布保持相同的变化规律，即可通过测量紫外辐射值间接获得绝缘子串表面电场强度，验证了该方法的可行性。
关键词：绝缘子；电场测量；电场分布；有限元法；紫外辐射中图分类号：TM216+.1 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2018)03-0033-04Abstract: When the electric field intensity is measured directly on the surface of insulator string, the electric field distortion is caused by the electric field measuring probe near the insulator string. This paper proposed a kind of method to indirectly obtaining the surface electric field of insulator string by measuring the ultraviolet radiation value. Analysis was made to the numerical relationship between the surface electric field and ultraviolet radiation. The electromagnetic finite element simulation software of ANSYS was used to simulate the surface electric field of XP-100 suspension insulator string to get the distribution of the electric field around the insulator string. According to their numerical relationship, the distribution of ultraviolet radiation field was derived. The distribution of ultraviolet radiation field and electric field distribution were compared and analyzed. The results show that the distribution of ultraviolet radiation field and the distribu -tion of electric field keep the same law, and the surface electric field of the insulator string can be indirectly obtained by measuring the ultraviolet radiation value, thus proving the feasibility of the method.Key words: insulator; electric field measurement; electric field distribution; finite element method; ultraviolet radiationZHU Jin-run, LEI Min, ZENG Jin-hui（College of Electrical and Information Engineering, Hunan University of Technology, Zhuzhou 200 , China ）Simulation and Analysis of Electric Field UltravioletRadiation Measurement Insulator Surface0 引言在高电压电气设备中，绝缘子是必不可少的，其中使用最广泛的是陶瓷绝缘子，而陶瓷绝缘子年劣化率较高。
绝缘子的电位分布实验[整理版]
![绝缘子的电位分布实验[整理版]](https://img.taocdn.com/s3/m/ab9eac58ff4733687e21af45b307e87101f6f8c9.png)
绝缘子的电位分布实验一、绝缘子串电压分布规律每一个绝缘子就相当于一个电容器，因此一个绝缘子串就相当于由许多电容器组成的链形回路。
因为绝缘子的体积电阻和表面电阻较正常情况下（50Hz）的容抗大得多，所以一般将它看成串联的电容回路。
如果不考虑其他因素影响，由于每个绝缘子的电容量相等，因而在绝缘子串中，每一片绝缘子分担的电压是相同的。
但由于每个绝缘子的金属部分与杆塔（地）间、导线间均存在杂散电容（寄生电容），绝缘子串中每个绝缘子实际所分担的电压并不相同。
杆塔(a)(b)图11-1 绝缘子串的等值电路(a)仅考虑金属部分对杆塔的电容(b)仅考虑金属部分对导线的电容在图11-1（a）中，C为绝缘子本身的电容，C z为其金属部分对杆塔的电容。
由于存在这种电容，当有电位差时，就有一个电流经C z流入接地支路。
流经C z的电流都分别要流经电容C，因此，愈靠近导线的电容C所流经的电流就愈大。
由于各绝缘子电容大致相等，则它们的容抗也大致相等，又由于靠近导线的绝缘子的电容电流较大，所以此处每片绝缘子上的电压降也就较大。
绝缘子串的电压分布如图11-2中的曲线1所示。
在图11-1（b）中，C为绝缘子本身的电容，C d为其金属部分对导线的电容。
由于每个电容C d两端均有电位差，因此就有电容电流流过，而且都必须经电容C到地构成回路，这样就使离导线愈远的绝缘子所流过的电流愈多，电压降也愈大。
绝缘子串的电压分布如图11-2的曲线2所示。
12345绝缘子编号每片绝缘子分担的电压(k V )图11-2 绝缘子串的电压分布曲线 1—仅考虑C z 作用；2—仅考虑C d 作用；3—考虑C z 、C d 两者同时作用由于绝缘子金属部分对导线的电容C d 比其对地电容C z 小，因而流过的电流也小，所以产生的压降就相对地较小。
实际的绝缘子串各个绝缘子上的电压分布应考虑两种电容的同时作用，即沿绝缘子串的电压分布应该由分别考虑C z 与C d 所得到的电压分布相叠加，如图11-2中的曲线3所示。
绝缘子串表面电压分布的仿真计算（可编辑）
绝缘子串表面电压分布的仿真计算绝缘子串表面电压分布的仿真计算学生:指导教师:教学单位:摘要:绝缘子在架空输电线路中至关重要,通过绝缘子实现输电线路之间的绝缘,它与导体同样重要。
对于更高的电压,采用悬垂绝缘子串。
绝缘子的数量取决于线路的电压等级。
绝缘子串上每个绝缘子的电压并不是均匀的。
各帽销交界处和塔,各绝缘子的帽销之间的电容决定电压分布。
电压的分布可以用不同的方法计算。
在本研究中,在绝缘子洁净干燥的环境下通过计算机程序对绝缘子上电压分布进行了理论计算。
本文比较了不同方法的效率,并且对绝缘子均压措施也进行了研究。
关键词:架空线路;绝缘子串效率,悬垂绝缘子,电压分布前言架空线路中的导线并不是通过自身绝缘的,它们应该在两端以导体与大地绝缘的方式被支撑线路的导体必须与支架绝缘。
绝缘子用于支撑导线并且保证他们与大地和其他导线间的绝缘是一种用绝缘材料制成的器件。
绝缘子是一种能够防止电流流动的元件,可被用于支撑导体。
它们被安装在合适的横担上,以保证导线与导线、导线与大地、导线与杆塔的间隙绝缘以耐受线路可能遭受的最高电压以及最恶劣的气候条件。
绝缘子必须为导线提供必要的机械支撑以承受线路可能发生的机械荷载情况。
最常用的绝缘子是瓷质绝缘子和钢化玻璃绝缘子。
绝缘子串是两个或更多悬挂绝缘子串并联。
输电线路的操作电压越高,绝缘子串越长。
瓷材料必须是全陶瓷和釉质的,为了保证绝缘子表面防尘防潮必须有上釉涂层。
为了在任何气象条件下支撑架空线路的重量,绝缘子必须有足够的机械性能。
污染的存在极大程度地改变了绝缘子串上绝缘子表面的电压分布。
本文陈述了在洁净干燥环境并且使电位相等的条件下电压分布的仿真计算方法。
绝缘子上的电压分布并不均匀,靠近导线最近绝缘子片承受电压最大。
因此,本文探讨了提高绝缘子串效率的方法。
绝缘子的类型2.1. 针式绝缘子这种类型通过连接针,固定在电线杆或塔的横担上。
瓷不能直接接在金属针上,并且软金属套管将两个表面分开。
绝缘子表面电场分布的数值仿真
绝缘子表面电场分布的数值仿真通过电磁场有限元软件ANSYS仿真。
构建了绝缘子三维模型，分析绝缘子表面导电颗粒以及不均匀系数对电压的影响。
仿真结果表明，电压随着颗粒长度的增加而减小，电场强度随着颗粒长度的增加有饱和的趋势。
仿真结果与实验结果有较好的对应关系。
众所周知，绝缘子表面金属颗粒对绝缘子表面电场分布特性及闪络性能会产生影响。
绝缘子闪络性能与电场的分布是密切相关的。
利用各种数值计算方法计算绝缘子、套管等高压元器件的电场、磁场分布已成为高电压领域优化设计和分析的一个新趋势。
利用有限元通用软件ANSYS分析了绝缘子在不同情况下的电磁场分布情况，并结合相关文献的经验公式着重分析由于导电颗粒引起的电场分布不均匀性对闪络电压的影响。
ANSYS分析的主要步骤(1)前处理。
前处理主要在前处理器中完成，前处理器(Preprocessor。
／PREP7)用来建立有限元模型．这是问题的前提。
2)加载并求解。
加载并求解在求解器中完成。
求解器(Solution，／SOLU)的主要操作为定义边界条件、加载外力、求解。
(3)后处理。
后处理器分通川后处理器、时间处胂器两种。
通jH处理器用于观察在给定时间点整个模型的结果。
时间处理器(Time Hist Postprocesgor)用于观察模型中指定点呈现为时间的函数结果。
本仿真试验建立模型与电场分析的基本步骤：1.过虑图形界面2.定义单元和材料性能3.建模4.分配单元、材料和网格划分5.加载励磁载荷6.选择7.求解器求解8.后处理仿真结果我们仿真了不同长度的导电颗粒在绝缘子中间位置时的情况．导电颗粒的长度分别为：0．5mm、2 mm、5 mm。
仿真结果发现，当颗粒小于2 mm时．电场强度随着导电颗粒长度的增长而呈线性不断增加。
但是当导电颗粒的长度为5mm时。
电场强度的增长速度有所下降。
(2)电场不均匀系数f定义为间隙中最大场强E呱与平均场强E的比值。
通过ANSYA仿真分析，下图表示了实验中电极系统(绝缘子中部粘有不同长度的金属颗粒)在不同电压下的电场不均匀系数的分布。
交流500kV断裂复合绝缘子电场分布计算
交流500kV断裂复合绝缘子电场分布计算霍婉晖;刘芹【摘要】通过对一起500kV国产复合绝缘子断裂事故的分析,从电场分析的角度出发,考虑铁塔与导线的影响,采用有限元数值仿真计算的方法,并应用具有强大的实体造型、解算、数据分析和后处理功能的软件ANSYS及工作站,建立断裂绝缘子三维有限元模型,计算芯棒和护套间不同粘接状态:芯棒与护套粘接良好、芯棒与护套粘接面含气泡和护套出现蚀孔三种典型情况下绝缘子轴向电场分布,分析芯棒与护套粘接性能对电场强度变化的影响.计算结果表明:与无缺陷相比,气泡缺陷较蚀孔缺陷对场强畸变影响更明显,场强最大可增加50％.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2012(041)008【总页数】5页(P170-174)【关键词】复合绝缘子;芯棒断裂;粘接状态;电场计算;有限元分析【作者】霍婉晖;刘芹【作者单位】广州供电局有限公司番禺供电局,广东广州 511400;华南理工大学电力学院,广东广州 510640【正文语种】中文【中图分类】TM2160 引言我国电网全网使用的复合绝缘子运行时间已有二十多年，与瓷、玻璃绝缘子相比，复合绝缘子以其体积小、重量轻、伞裙抗污能力强、不易破碎等优点已大量用于我国超/特高压输电线路中。
超/特高压输电线路的绝缘子处于极不均匀电场中，其结构及较长串长容易导致纵向电容更小，轴向电位更不均匀，尤其是高压端附近电场会发生严重畸变[1]。
绝缘子护套、伞裙和端部连接界面在高场强的作用下，容易产生劣化、甚至引发闪络、击穿或芯棒断裂，严重影响高压线路的安全运行。
研究绝缘子电场分布规律通常采用测量的方法[2-4]，但测量探头会影响被测位置周围的电场分布，特别是高压侧的电场测准很难，且测试周期较长，成本较高。
静电场仿真计算是目前应用较为广泛成熟的一种计算方法[5-7]，应用大型通用电磁场计算软件进行电场数值计算，可以弥补电位电场分布量测的不足，且其计算精度已能够满足工程要求。
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瓷绝缘子伞裙电位与电场分布仿真计算郑江彬（湖北省电力公司检修分公司直流运检中心湖北宜昌443000）【摘要】针对瓷绝缘子仍然是电力系统中使用最广泛的绝缘子，在绝缘子的伞裙处建立路径，采用ANSYS 电动势、电场强度仿真计算，求出伞裙处电动势、电场强度的分布。
计算结果显示，金具、伞裙交界面下沿侧2cm 处与伞裙最边沿处，电动势分布值最高；金具、伞裙正交界处与伞裙、金具交界下沿侧10cm 左右，电动势分布值最低，对污闪、不明闪络、干闪、湿闪提供某一定程度上的指导作用【关键词】ANSYS；电动势；电场引言瓷绝缘子是随着电力工业的兴起而首先发展起来的，距今已有100多年的历史。
瓷作为一种传统的无机绝缘材料，具有良好的绝缘性能、耐酸碱性、耐候性和耐热性，抗老化性好，具有足够电气和机械强度。
被广泛地应用于电力系统中，至今，同玻璃绝缘子、复合绝缘子相比，瓷绝缘子仍然是电力系统中使用最广泛的绝缘子。
且有运行经验表明，某些类型的瓷绝缘子在交流或直流线路上的实际使用寿命都超过了30 年[1]。
有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。
它是20 世纪50 年代首先在连续体力学领域中应用的一种有效的数值分析方法, 随后很快广泛地应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。
1. 目前ANSYS 分析绝缘子简述文献[2,3]对绝缘子的结构优化设计进行了初步的探讨,文献[4~8]通过不同方法对绝缘子、套管等高压元器件的电场、磁场分布进行各种数值计算，同时对不同方法的精度、优劣进行比较。
而仿真[4]和文献[9]证明可适当简化绝缘子建模仿真而不影响计算的整体精度。
文献[10~15]用ANSYS 分析了污秽对绝缘子的场强影响，或采用均压环改善绝缘子串上的电压均匀分布，并提出最优化均压环外径，高度等设计，或提出绝缘子头部形状及大小参数对绝缘子电场等电气性能的影响。
对以上文献总结发现，进行单个绝缘子的电场、电动势分析，进而探讨绝缘子表面某点位置电场、电动势大小及分配关系的相关文献比较少，而发生污闪、或不明闪络的机率与伞裙电场电动势分布有直接的关系，本文基于XP- 210 陶瓷绝缘子进行ANSYS电场、电动势浅析。
为定性分析陶瓷绝缘子沿面电场和电位的分布，计算中做了如下简化:（1）假设绝缘子及金具表面是在清洁干燥的环境下;（2）整个绝缘子无破损，裂纹（3）由于仅考虑单个绝缘子的电位、场强分布影响问题，所以只对单个绝缘子二维建模，并考虑远场单元INFIN110。
参考文献[16][17]整个模型可以简化为二维轴对称电场来进行分析，根据模型尺寸及对称性,建立1/2 场域的有限元计算模型。
2. 有限元控制方程及计算模型2.1 控制方程有限元法的基本步骤：采用变分原理或加权余量法对微分形式的控制方程进行离散处理，导出一个代数方程组，此代数方程组具有庞大稀疏对称的系数矩阵，经边界条件约束处理后成为正定矩阵，即可对其求近似解。
静电场问题遵循下面的麦克斯韦方程：▽×E=0 (1) ▽•D=ρ(2)式中ρ 为自由电荷密度。
再加上结构方程D=Εe (3) 式中ε为介电常数。
为便于求解，引入电位V ，其表达式为：E ＝－▽V (4) 由式(2) ~(4)可得：－ ▽·ε▽V ＝ρ (5) 采用加权余量法并运用相应的边界条件将微分方程(5)转变成积分方程，经单元离散后得到线性方程组KV=Q (6) 式中矩阵K 为有限元离散后式(5) 中等式左项形成的系数矩阵，V 为有限元节点电位矢量，Q 为边界约束处理后形成的激励矢量。
静电分析的解由节点电位组成，由此可计算出电场强度分布[18]2.2 计算模型本文采用XP- 210 陶瓷绝缘子进行计算，其参数为：公称直径280mm ，结构高度为170mm,公称爬电距离335mm,工频击穿电压大于120kV 。
计算模型二维模型如图1，三维模型如图2图1 二维模型 图2 三维模型2.3 赋予材料属性与网格划分各材料属性如下表一： 表一各材料相对介对常数其中有限元计算选用二维平面单元Plane121 高压端电位取电压100 kV ，同时在陶瓷、金具，特别是伞裙附近设立细剖分区域，以提高计算精度。
为了便于后期查看伞裙边缘电压与电场的分布，特意建立均匀的路径结点，标号为2000－2009。
如图3 所示图3 网格划分与路径定义3. 计算结果及分析3.1 计算结果通过加上激励后，进行求解，所得总体电压分布图见图4，伞裙电压分布见图5，图4 电压总体分布图图5 伞裙电压分布图同时求出伞裙电场分布分别见图6。
相对介 质常数 空 气水 泥 陶 瓷 金 具 Er1.005 461.0E12图6 伞裙电场分布图3.2 结果分析3.2.1 电动势最大值分布在节点2002（即金具、伞裙交界面下沿侧2cm处）与节点2009（即伞裙最边沿）处，数值可达3175V，最小值分布在节点2000（即金具、伞裙正交界）与节点2004（即伞裙、金具交界下沿侧10cm左右）。
3.2.2 电场强度最大值分布位置特点与上述电动势发布不难看出正是相反关系，这与公式E= U/d 是一致的。
结论:通过对表面清洁，无破损，无裂纹的陶瓷绝缘子ANSYS 电场、电动势防真计算，发现：（1）金具、伞裙交界面下沿侧2cm处与伞裙最边沿处，电动势分布值最高。
（2）金具、伞裙正交界处与伞裙、金具交界下沿侧10cm左右，电动势分布值最低。
（3）电场强度在伞裙边缘分布与电压成相反关系。
（4）伞裙上，电动势分布较高的几何位置，当处于污秽状态时，绝缘子更容易发生闪络参考文献：[1]关志成, 刘瑛岩, 周远翔, 等.绝缘子及输变电设备外绝缘[M].北京: 清华大学出版社, 2006. GUAN Zhi cheng, LIUYingyan, ZHOU Yuan xiang, et al. Insulatorand external insulation of electric transmission and transformation equipment[M] . Beijing China: Press of Tsinghua,University,2006[2]GubanskiSM. Modern. outdoor .insulation concerns. and challenges [C]. Proceedings of the XIIIth International Symposium on High Voltage Engineering. Rotterdam, Nehterlands Mill press, 2003.[3] HackamR.Outdoor .HV composite .poly- meric insulators [J ]. IEEE Transactions on D&EI, 1999, 6(5): 557- 585. [4] Fan Yadong, Wen Xishan, Zhang Fei yu. Simulation of electric field distribution of composite insulator [C]. Proceedings of the XIV- th International Symposium on High Voltage. Engineering Beijing, China; Tsing- hua University Press,2005[5] Qin B L,Chen G Z, Qiao Q, et al. Efficient Computation of electricfield in high voltage equipment [J]. IEEE Trans Magnetics 1990, 26(2): 387- 390[6]Wang P, Wilson P, Raghuveer M R, Hesse K, et al. Electrical Field Analysis in the In vestigation of the AC 500 kV Flashover during Live Line Work [C]. Proceedings of the XIVth International Symposium on High Voltage Engineering. Beijing, Tsinghua University Press , 2005 , 59260.[7] B.l.Gin, Efficient computation of electric field in high voltage equipment". IEEE Trans Magnetic, Vol.26, pp.387- 390,1990.[8]K. Palaniswamy, K. Udaya Kumar , M. A. Panneer Selvam, Application of improved charge simulation method for multi- Dielectric field problems"12th international symposiums International on High Voltage Engineering. Bangalore.2001.[9] 姜勇,张波. ANSYS7.0 实例精解[M].北京:清华大学出版社, 2004.[10] 高博, 王清亮, 周建博, 等.干燥带对污秽绝缘子电场分布的影响[ J] . 高电压技术, 2009, 35( 10) : 2421- 2426. GAO Bo, WANG Qing liang, ZHOU Jian bo, et al. Effect of dry band on electric field distribution of polluted insulator [J] .High Voltage Engineer ,2009,35(10) 2421- 2426. [11] 高博,张亚婷,王清亮,周建博,张乔根,污秽不均匀性对绝缘子电场的影响[J]. 电瓷避雷器,2008,(3):13- 16,21. [12] 徐志钮,律方成,李和明. 干燥带对染污支柱绝缘子电场分布的影响[J]. 高电压技术,2011,(2).276- 283.[13] 徐志钮,律方成,李和明,刘云鹏,. 绝缘子电场有限元分析法的影响因素及其优化[J]. 高电压技术,2011,(4):944- 951.[14] 成俊奇,丁立健,. 绝缘子表面电场分布的数值仿真[J]. 电瓷避雷器,2009,(6):16- 18.[15] 高军,王永晖,. 悬式绝缘子头部形状对电气性能的影响[J].、电瓷避雷器,2001,(1):12- 16,18.[16] 江汛，王仲奕．330 kV 带均环的棒形悬式复合绝缘子电场的有限元分析[J].高压电器，2004，40 ( 3):215- 217. JIANG Xun，WANG Zhong yi．Analysis of the electric fieldof 330kV composite insulator with grading rings [J].High Volt age Apparatus，2004，40( 3) : 215- 217.[17] 张子阳,赵彦珍,李华良,马西奎,1000kV 交流特高压输电线路用玻璃绝缘子串电压分布特性的研究[J]. 华东电力，2007,(6)：526- 528.[18] 沈鼎申,张孝军,万启发,阮江军. 750kV 线路绝缘子串电压分布的有限元计算[J]. 电网技术,2003,(12).：54- 57。