[发明专利]一种不同空气湿度下大伞裙复合绝缘子积污特性分析方法

说明书

一种基于Fluent有限元仿真分析计算的不同空气湿度下大伞裙复合绝缘子积污特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据输电线路所处地区的气象特征，确定空气流场的风速、污染物颗粒浓度，以及颗粒粒径的变化范围和空气湿度的变化范围；2)建立流场和绝缘子仿真模型；3)对仿真模型进行求解，以计算绝缘子周围空气流场分布；4)在3)得到的空气流场中加入污染物颗粒，变为气固耦合的两相流模型，继续求解，以分析污染物颗粒与绝缘子碰撞率的变化规律以得到复合绝缘子的积污特性。本方法分析总结了空气湿度的表征方法，并根据仿真软件Fluent中湿度的表示方式，把相对湿度和绝对湿度进行了转化，为控制变量空气湿度变化范围的选取提供了理论依据。

技术领域

本发明涉及一种不同空气湿度下大伞裙复合绝缘子积污特性的分析方法，特别是涉及了一种基于Fluent有限元仿真分析计算绝缘子积污特性的方法。

背景技术

绝缘子污闪、冰闪、雨闪、雷击和操作冲击闪络对电力系统安全运行产生了巨大的危害，外绝缘子事故中发生数量最多的是雷击事故，但造成经济损失最大的却是污闪事故。污闪发生的主要包括四个过程：积污、受潮、产生局部放电电弧和电弧发展直至贯穿绝缘子表面，因此，污闪发生的前提就是污染物的沉积，探究不同绝缘子污染物沉积的过程，从源头上抑制污闪事故的发生就很有必要。

为减少输电线路污闪事故的发生，对部分易发生冰闪、雪闪和污闪事故的线路区域进行线路改造，采用加大伞裙的防冰雪复合绝缘子。随着伞裙直径的增加，绝缘子沿面放电的距离增加，使得绝缘子的闪络电压增加，可有效的减少污闪事故的发生。与瓷绝缘子、玻璃绝缘子和传统的复合绝缘子相比，大伞裙防冰雪复合绝缘子的伞裙结构具有较大的变化，导致在不同空气湿度下，绝缘子周围的流场分布和颗粒运动轨迹具有较大的变化。

目前对于绝缘子积污特性的研究，主要分为：自然积污试验、人工风洞试验和数值模拟计算三种方法。

(1)自然积污试验指的是在特定区域专门建立试验段，利用运行的输电线路对绝缘子在自然条件下的积污特性进行研究。但是存在试验周期长、试验结果分散性大、易受季节和地理环境的限制，使得试验结果不具有普遍性。

(2)人工风洞试验指采用人工制造的风洞装置，人为的控制某一影响因素为变量，人工模拟绝缘子表面的污染物颗粒的积污过程。受自然环境因素的影响较小，对于自然积污试验周期相较短，但是风洞积污试验对污染物颗粒分布的不均匀性，风速的瞬时变化等因素容易被忽略。

(3)仿真分析计算主要根据流体力学、电磁场等多物理场耦合的仿真软件，对污染物颗粒的运动轨迹进行模拟仿真。从理论上分析污染物颗粒的运动轨迹和积污状态，通过数值模拟在一定程度上可以对自然积污试验和人工模拟试验的研究结果进行补充。

以往对于绝缘子积污特性的研究主要考虑风速、空气中颗粒浓度、颗粒粒径等因素，但是随着雾霾天气的增多，空气中湿度含量也发生很大的变化，不同空气湿度下水蒸气或者悬浮的小液滴对大气中颗粒物的存在也会产生影响，关于空气湿度对绝缘子积污特性影响的研究还相对较少，因此，有必要研究不同空气湿度下绝缘子积污特性的分析方法。

发明内容

本发明的目的即在于，在传统的复合绝缘子积污特性的研究基础上，提出了针对不同空气湿度下大伞裙复合绝缘子的积污特性的研究方法。该方法根据具体输电线路的气候和气象特征，分析确定了空气湿度的表征方法，提出了 Fluent中空气湿度的换算方法，建立绝缘子和流场模型，对不同空气湿度下绝缘子表面与污染物颗粒碰撞率的变化规律进行了分析，有助于对雾霾和阴雨天气下输电线路的闪络事故发生的预测，为采取合理措施减少闪络事故提供理论依据。

基于上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种基于Fluent有限元仿真分析计算的不同空气湿度下大伞裙复合绝缘子积污特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据输电线路所处地区的气象特征，确定空气流场的风速、污染物颗粒浓度，以及颗粒粒径的变化范围和空气湿度的变化范围；