覆冰在我国电网输电线路安全运行过程中一直是一个严峻的问题,其不仅可以造成输电线路、杆塔的机械过载、倒塌,同时也可造成输电线路绝缘子串的覆冰闪络。针对覆冰对电网输电线路安全的影响机理,国内外学者做了大量研究。
导线覆冰造成的影响主要集中在机械特性上,因而研究导线覆冰机理,建立覆冰模型,预测其覆冰增长一直是关注重点。其中,以基于水滴碰撞、捕获、冻结的三参数模型运用最为广泛。模型指出,导线覆冰增长速率决定于过冷却水滴在导线表面的碰撞、捕获、冻结效率,并分别建立起了计算该3个参数的物理模型,计算涉及气液二流场、热力学方程等。
为完善该模型,相关研究指出,输电导线表面电场强度及电晕放电会对覆冰形态、速率产生影响,必须在计算模型中予以考虑。而有的研究则从水滴在导线表面的碰撞系数出发,仿真计算了电场作用对该参数造成的影响,结果表明,电场会增大导线表面水滴碰撞范围及碰撞系数值。
绝缘子覆冰的主要危害在于覆冰闪络带来的线路跳闸,以往的研究大都集中在覆冰对绝缘子闪络电压的降低特性。而输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)的研究人员,从空气中水滴运动角度出发,探究水滴在遭遇绝缘子至碰撞到绝缘子表面形成覆冰过程中,其受到绝缘子表面直流电场的影响规律。
图1 复合绝缘表面不同位置的水滴碰撞
图2 大型多功能人工气候室及其控制系统
图3 不带电和带电条件下表面湿覆冰形态
基于流体力学及电磁场原理,建立了水滴运动数学模型,综合考虑气流、电场力的作用,对运动水滴进行了受力分析及数值计算。以复合绝缘子为样品,对比分析了其表面不同位置水滴受到电场力变化及产生的轨迹偏移程度,并得出以下结论:
以上研究成果发表在2020年第9期《电工技术学报》,论文标题为“复合绝缘子直流电场下的水滴运动及覆冰特性”,作者为韩兴波、蒋兴良、黄亚飞、任晓东、陈宇。