特高压长串绝缘子风偏研究

2018-12-13罗先国邹相国

数字通信世界 2018年11期

罗先国，何川，邹相国

（湖北省电力勘测设计院有限公司，武汉 430040）

在电网运行中，绝缘子串在风荷载下发生风偏现象将会严重影响电网的安全运行。经统计，2007年以后，我国输电线路发生多次风偏跳闸事件，范围涉及全国大部分省份。可见输电线路发生风偏跳闸事故比较频繁，因此研究绝缘子串在脉动风作用下的风偏角大小很有必要。由于特高压输电线路具有以下特征：绝缘子串长、片数多、吨位大；导线截面大、分裂数多；档距长；金具尺寸大、吨位大等，而我国现行电力行业标准计算绝缘子串风偏角采用刚体静力学模型，存在以下问题：未考虑长串绝缘子的柔性影响；未考虑导线之间风压屏蔽尾流影响；未考虑脉动风的动力放大系数影响；未考虑输电线与绝缘子串之间的耦合作用。针对上述不足很多学者进行了研究，但均未考虑分裂导线之间风压屏蔽尾流对风偏角的影响。本文就是在脉动风基础上，考虑导线之间的风压屏蔽尾流影响，建立绝缘子串-导线耦合有限元模型，进一步研究绝缘子串风偏动态响应。

1 多分裂导线屏蔽系数确定

多分裂导线屏蔽尾流影响是指流体经过上游子导线后生成的尾流对下游子导线会产生影响，因此各子导线在流体作用下的气动力特性系数会不同。本文利用CFD数值仿真技术，计算出各子导线的阻力系数Cd，通过分析各子导线Cd值从而得出分裂导线的屏蔽影响系数。

首先运用Gambit进行流体模型建立，再将该流体模型导入Fluent中进行计算。图1为计算后的速度云图。

提取1、5、7子导线Cd值时程曲线（见图2）。

图1 CFD速度云图

图2 1、5和7子导线Cd值时程曲线

分析图2得到如下结论：

（1）1导线Cd最大，均值为1.05，与规范中μSC取值1.1相比误差不大，证明了模型的正确性。

（2）5导线Cd最小，均值为0.6，因为3导线与5导线距离很近，因此3导线产生的尾流对其影响很大。

（3）7导线Cd均值为0.84，介于1和5导线之间，因为7导线距1导线距离远，因此对其影响就小些。

最后提取出各子导线Cd均值（见表1），并作为各子导线的体型系数 μSC。

表1 各子导线Cd均值

定义多分裂导线屏蔽影响系数为多分裂导线总体Cd值（各子导线Cd值之和）与规范μSC（分裂数×1.1）之比，得出本文屏蔽影响系数为0.807。

2 长串绝缘子风偏计算

本文采用文献[3]中的改进Deodatis谱表示法模拟空间相关的风速时程曲线。再将脉动风带入《电力工程高压送电线路设计手册》中计算风荷载公式中，即可得到每根导线每点风荷载时程曲线。

悬垂绝缘子串、导线分别采用杆单元、索单元进行模拟。

悬垂绝缘子串最上端与导线两端均采用铰约束。

根据悬链线方程，得出每个节点空间坐标，从而建立绝缘子串-导线有限元模型。

3 结果与分析

基于以上有限元模型，计算出绝缘子串考虑屏蔽尾流作用和不考虑屏蔽尾流作用的风偏角。再与规范中的刚体静力学模型进行对比分析。

表2 绝缘子串风偏角计算工况

其中工况1和2基本风速都一样，工况1考虑了屏蔽尾流影响，工况2未考虑屏蔽尾流影响；工况3和工况4均是规范中的刚体静力学模型。

4种工况风偏角随时间变化的曲线见图3，提取每种工况的风偏角最大值，见表3。

根据图3和表3得出如下结论：

（1）在脉动风作用下，前40s的绝缘子串动态风偏角响应比较大，不考虑屏蔽影响时风偏角达到71.08°，考虑屏蔽影响时风偏角达到62.44°，因为绝缘子串-导线有限元模型是柔性结构，其侧向刚度从无到有需要一个过程，因此刚开始时风偏角很大，这是发生风偏闪络最危险时刻，随着时间的推移，导线侧向刚度会增大，同时导线的结构阻尼也会影响风偏角的大小，因此40s后风偏角基本上在一个固定的值上下摆动。