1. In transmissielijnen met ultra-hoogspanning (UHV) dragen isolatoren niet alleen zware mechanische belastingen, maar moeten ze ook voldoen aan de vereisten voor elektrische sterkte; hun betrouwbaarheid heeft rechtstreeks invloed op de veilige werking van de transmissielijn. Bovendien moeten isolatorstrings ook voldoen aan elektromagnetische omgevingseisen, inclusief eisen die verband houden met radio-interferentie. Bij UHV-transmissielijnen is de elektrische veldverdeling langs de isolatorreeks ongelijkmatig, met ernstige elektrische veldvervorming, vooral nabij de isolatoren aan de geleider-zijde, waar de elektrische veldsterkte relatief hoog is. Dit zorgt ervoor dat corona-initiatie en elektrolytische corrosie in de isolatorreeks vaak beginnen bij de isolatoren aan de geleider-zijde. Het installeren van goed-ontworpen coronaringen en afschermingsringen kan de elektrische veldverdeling van de isolatorreeks effectief verbeteren, waardoor anti-coronabescherming wordt geboden.
In opdracht van Wuhan Line Power heeft het State Key Laboratory of Electrical Insulation for Power Equipment van de Xi'an Jiaotong Universiteit drie-eindige elementen-driedimensionale elektrische veldverdelingsberekeningen uitgevoerd op een 1000 kV AC-staaf--type hangende composietisolator.
Bij de berekeningen werd gebruik gemaakt van numerieke methoden voor eindige elementen en grenselementen, waarbij gebruik werd gemaakt van krachtige eindige-elementenanalysesoftware en werkstations met robuuste solide modellering, oplossings-, data-analyse en verwerkingsmogelijkheden om drie-dimensionale eindige-elementenpotentieel- en elektrische veldverdelingsberekeningen uit te voeren voor een 1000 kV AC-staaf--type hangende composietisolator.
Numerieke methoden voor het berekenen van elektrische velden omvatten voornamelijk de eindige-verschilmethode, de eindige-elementenmethode, de ladingssimulatiemethode en de grenselementenmethode. De eindige-elementenmethode is een numerieke oplossingsmethode voor differentiaalvergelijkingen, die aanvankelijk werd gebruikt om problemen met de structurele mechanica op te lossen. Halverwege de jaren zestig werd de eindige-elementenmethode toegepast om elektrostatische, magnetische en stroomveldproblemen met complexe grenzen in de elektrotechniek op te lossen.
2. Het rekenmodel is gebaseerd op de AC 1000 kV-staaf--type ophanging-composiet-isolatortekeningen en gerelateerde parameters geleverd door Wuhan Laine Transmission and Transformation Equipment Co., Ltd. Er werd een drie--dimensionaal solide model gemaakt op basis van de werkelijke afmetingen van de 1000 kV-lijntorens, isolatoren, geleiders en fittingen, rekening houdend met de bodemgesteldheid en equipotentiaalringen.
De 1000 kV wisselstroom staaf-type composiet ophangisolator maakt gebruik van rechte-lijnbeker-vormige torens. De zijfasen zijn opgehangen met behulp van een structuur met enkele-verbinding I-type, en de middelste fasen gebruiken een structuur met enkele-verbinding V-type. De lengte van de isolatorstreng is 9500 mm en de geleider is van LGJ-500/35 staal-gekernde aluminium draad met een structuur met acht- gespleten delen en een tussenafstand tussen de subgeleiders van 400 mm. De structurele afmetingen en het model van elk onderdeel zijn als volgt.
Distributie van elektrisch veld
Rekenmodel van 1000 kV AC-staafophanging-composietisolator
3. Conclusies
Gebaseerd op de berekeningen van de potentiële en elektrische veldverdeling en de studie van de corona-ringconfiguratie voor 1000 kV AC-staaf--ophanging-composietisolatoren, worden de volgende conclusies getrokken:
1. Als gevolg van de invloed van torens, geleiders, grond- en omgevingscondities is de verdeling van het elektrische veld van 1000 kV AC-staaf--type ophanging van composietisolatiestrings ongelijkmatig. De elektrische veldvervorming is ernstig aan de geleiderzijde, terwijl het elektrische veld relatief laag is aan de midden- en torenzijde. Het elektrische veld dat wordt ervaren door de isolatorrokken en de lucht aan de geleiderzijde is hoger dan dat in het midden. Een redelijke configuratie van equipotentiaalringen kan de elektrische veldverdeling aan de geleiderzijde van de isolatorreeks effectief verbeteren.
2. Wanneer zowel grote als kleine sorteringsringen zijn geconfigureerd, bedraagt de maximale elektrische veldsterkte nabij de geleiderzijde van de samengestelde isolator van fase I ongeveer 290 V/mm, terwijl de maximale elektrische veldsterkte aan de torenzijde minder dan 100 V/mm bedraagt. De maximale elektrische veldsterkte treedt op op het buitenoppervlak van de grote sorteerring aan de geleiderzijde en bereikt 1388 V/mm; de maximale elektrische veldsterkte op het oppervlak van de sorteerring aan de torenzijde bedraagt 445 V/mm.
3. Wanneer zowel grote als kleine sorteringsringen zijn geconfigureerd, bedraagt de maximale elektrische veldsterkte nabij de geleiderzijde van de samengestelde isolator van fase V ongeveer 320 V/mm, terwijl de maximale elektrische veldsterkte aan de torenzijde minder dan 30 V/mm bedraagt. De maximale elektrische veldsterkte treedt op op het buitenoppervlak van de grote sorteerring aan de geleiderzijde en bereikt 1626 V/mm; de maximale elektrische veldsterkte op het oppervlak van de sorteerring aan de torenzijde bedraagt 55 V/mm. De bovenstaande configuratie is relatief redelijk en de elektrische veldverdeling van de isolator is relatief uniform.. 4. Vanwege het afschermende effect van de toren en de grote coronaring aan de torenzijde is de elektrische veldsterkte aan de torenzijde van de samengestelde isolator relatief laag en is de elektrische veldverdeling relatief uniform. Het effect van de kleine coronaring is niet duidelijk. Daarom hoeft de kleine coronaring niet aan de torenzijde te worden geïnstalleerd.