750kV蘭州東-平涼-乾縣輸電線路復合絕緣子周圍電場分布仿真分析

溫定筠孫亞明王 鋒張秀斌江 峰

（1.國網甘肅省電力公司電力科學研究院，蘭州 730050；2.國網甘肅省電力公司，蘭州 730030）

750kV蘭州東-平涼-乾縣輸電線路復合絕緣子周圍電場分布仿真分析

溫定筠1孫亞明1王 鋒2張秀斌1江 峰1

（1.國網甘肅省電力公司電力科學研究院，蘭州 730050；2.國網甘肅省電力公司，蘭州 730030）

為了研究750kV輸電線路復合絕緣子周圍電場分布規律，為在現場開展復合絕緣子相關試驗提供參考，本文以 750kV蘭州東-平涼-乾縣輸電線路為研究對象，選取直線桿塔 ZGU125和 FXBW-750/210雙聯復合絕緣子串，對該直線桿塔和復合絕緣子進行了有限元仿真建模，仿真計算了該型號絕緣子串在實際運行電壓下的電位、電場分布。通過仿真計算，得到了最大場強所在位置，從而為下一步開展現場試驗提供理論依據。

750kV復合絕緣子；有限元；電位分布；電場分布

隨著750kV電壓等級電網成為我國西北地區電網主網架，運行現場對750kV復合絕緣子開展工頻1min耐受電壓試驗提出了要求。要在現場開展這樣高電壓等級的工頻1min耐壓試驗，對于試驗設備和試驗條件都有較高要求，很多單位都不具備現場開展這樣試驗的能力。或者個別單位有能力，但在現場開展時也面臨各種困難，如設備運輸、試驗技術經濟性等問題。本文以 750kV蘭州東-平涼-乾縣輸電線路用750kV復合絕緣子為研究對象，對該線路的750kV復合絕緣子進行了建模，從而為進一步研究開展現場試驗相關研究提供參考[1-5]。

750kV蘭州東-平涼-乾縣輸電線路為同塔雙回750kV超高壓輸電線路，塔形眾多，但主要可以分為直線塔和耐張塔兩大類，其中，直線桿塔主要為ZGU125型。復合絕緣子根據額定機械拉伸負荷來分，選用了100kN、210kN、300kN、400kN、420kN 5種，其中除100kN負荷絕緣子用于耐張塔及換位塔跳線支撐，其余復合絕緣子均用于直線塔懸垂絕緣子串[6-9]。

本文選取直線桿塔ZGU125為典型桿塔，搭載在 ZGU125型桿塔上的復合絕緣子主要為 FXBW-750/210雙聯復合絕緣子串。選取該型號絕緣子串設計方案為代表，仿真計算了這種型號絕緣子串在實際運行電壓下的電位、電場分布。

1 計算模型

根據蘭州東-平涼-乾縣輸電線路設計方案，直線桿塔ZGU125結構參數如圖1所示。

圖1 直線桿塔ZGU125結構圖

750kV輸電線路用復合絕緣子，其結構高度為7150±50mm，干弧距離≥6550mm，爬電距離≥23500mm。

FXBW-750/210復合絕緣子，其大小傘傘徑為174/88mm，傘數為大傘86，小傘172，桿徑φ=38mm。

圖2、圖3和圖4分別是正視圖、斜視圖和局部放大圖。根據上述線路設計方案建立的有限元仿真計算實體模型，計算時近似按靜電場計算，相關參數選取如下：

（1）空氣介電常數取為1.0。

（2）750kV復合絕緣子護套介電常數取為4.2。

（3）750kV復合絕緣子芯棒介電常數取為5.0。

圖2 750kV輸電線路有限元仿真計算實體模型正視圖

圖3 750kV輸電線路有限元仿真計算實體模型斜視圖

圖4 750kV輸電線路有限元仿真計算實體模型局部圖

750kV蘭州東-平涼-乾縣輸電線路是同塔雙回線路。在運行過程中，鑒于桿塔的屏蔽作用，雙回線路之間的電場影響較小，而同一回不同相之間的電場影響較大，如圖5所示，特別在中間一相電壓為正的峰值，上、下兩相分別為負的半峰值電壓時，相與相之間的影響最大，復合絕緣子表面的電場強度最大。

圖5 工頻三相交流電壓波形圖

因此，在仿真計算時，中間B相電壓加壓：

另外，A、C兩相電壓加壓均為

2 復合絕緣子電位、電場分布

2.1 電位分布

對于直線桿塔 ZGU125，在中間一相電壓為正的峰值時，FXBW-750/210復合絕緣子電位分布分別如圖6、圖7所示。圖6是整體電位分布圖，圖7是中間一相局部電位分布圖。

圖6 復合絕緣子運行時整體電位分布云圖

圖7 復合絕緣子運行時局部電位分布云圖

從圖6可以看出，在中間一相電壓為正的峰值這一瞬時，750kV直線桿塔ZGU125周圍的等位線分布大體為蝶形，且中相周圍空間的等位線明顯比上、下兩相周圍空間的等位線密集。

從圖7中可以看出，復合絕緣子周圍空間的等位線大體垂直于復合絕緣子軸向方向，這說明復合絕緣表面電場以沿絕緣子軸向分量為主，沿絕緣子徑向方向電場分量較小。

2.2 電場分布云圖

對于直線桿塔 ZGU125，在中間一相電壓為正的峰值時，FXBW-750/210復合絕緣子電場分布如圖8至圖12所示。其中圖8是整體電場分布云圖，圖9是導線側均壓環表面最大電場分布云圖，圖10是導線側復合絕緣子表面最大電場分布云圖，圖11是桿塔側均壓環表面最大電場分布云圖，圖12是桿塔側復合絕緣子表面最大電場分布云圖。

圖8 復合絕緣子運行時整體電場分布云圖

從圖8可以看出，中間一相均壓環表面和分裂導線最下面兩根導線的外表面電場較高，是整個場域中電場較為集中的部位。

圖9 復合絕緣子運行時導線側均壓環表面最大電場分布

從圖9可以看出，導線側大均壓環表面最大電場強度為 1586V/mm，小均壓環受大均壓環屏蔽，其表面最大電場強度較小，不到1000V/mm。

圖10 復合絕緣子運行時復合絕緣子表面最大電場分布

從圖10可以看出，導線側復合絕緣子最大電場強度出現在靠近大均壓環的外表面，但復合絕緣子與金具相連的高壓金具端受小均壓環的屏蔽作用，其電場強度并不是最大。正常運行時，復合絕緣子表面最大電場強度低于500V/m。

圖11 復合絕緣子運行時桿塔側均壓環表面最大電場分布

圖12 復合絕緣子運行時桿塔側復合絕緣子表面最大電場分布

從圖11可以看出，桿塔側均壓環表面電場強度較小，不到500V/mm。從圖12可以看出，桿塔側復合絕緣子表面電場強度較小，不到150V/mm，但中段絕緣子表面電場強度略大。

2.3 電場分布曲線

為了更清楚的研究復合絕緣子在運行時的電場分布規律，自復合絕緣子高壓側起沿絕緣子軸向，分別作出距FXBW-750/210中心軸0mm、17mm、20mm、45mm，88mm位置的電場變化曲線，分別對應復合絕緣子芯棒內、護套內、護套表面、小傘裙表面和大傘裙表面，如圖13所示。

圖13 復合絕緣子軸向電場分布曲線選取位置示意圖

圖14至圖18分別是復合絕緣子芯棒內、護套內、護套表面、小傘裙表面和大傘裙表面的電場自高壓側沿絕緣子軸向變化曲線。

圖14 復合絕緣子芯棒內電場分布曲線

圖15 復合絕緣子護套內電場分布曲線

圖16 復合絕緣子護套表面電場分布曲線

圖17 復合絕緣子小傘群表面電場分布曲線

圖18 復合絕緣子大傘群表面電場分布曲線

從圖14至圖18可以看出，運行中的復合絕緣子兩端電場強度較高，中部電場強度較低。在同一高度，護套表面的電場強度較絕緣子其他部位高。在正常運行中，復合絕緣子護套表面最高電場強度約為360V/mm。桿塔側復合絕緣子護套表面最大場強約為110V/mm。因為在同一高度，復合絕緣子護套表面的電場強度大于其他位置的場強，所以在相關研究中，可以僅分析不同情況下復合絕緣子護套表面的場強。

3 結論

本文通過以 750kV蘭州東-平涼-乾縣輸電線路為研究對象，選取直線桿塔ZGU125和FXBW-750/210雙聯復合絕緣子串為研究對象，對該直線桿塔和復合絕緣子進行了有限元仿真建模，仿真計算了該型號絕緣子串在實際運行電壓下的電位、電場分布。

通過對FXBW-750/210結構的復合絕緣子建模分析可以看出，運行中的復合絕緣子兩端電場強度較高，中部電場強度較低。在同一高度，護套表面的電場強度較絕緣子其他部位高，故在相關研究中，可以通過分析不同情況下復合絕緣子護套表面的場強，以簡化運算。本文的研究內容將為后續開展750kV復合絕緣子等效交流耐壓試驗提供理論參考。

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Simulation Analysis of Electric Field Distribution around Organic Composite Insulator on 750kV Lanzhoudong-Pingliang-Qianxian Electric Transmission Line

Wen Dingjun1Sun Yaming1Wang Feng2Zhang Xiubin1Jiang Feng1
(1.State Grid Gansu Electric Power Research Institute,Lanzhou 730050；2.State Grid Gansu Electric Power Company,Lanzhou 730030)

In order to study the distribution law of electric field around composite insulator of 750kV transmission line,and provide reference to related field test of composite insulator,with 750kV Lanzhoudong-Pingliang-Qianxian Electric Transmission Line as the object of study,intermediate support ZGU125 and Organic Composite Insulator FXBW-750/210 are studied.Finite element simulation model is established.Potential distribution and electric-field distribution of these insulator strings under actual operating voltage are simulated and calculated.Through simulation calculation,the maximum field strength is obtained,which can provide theoretical basis to the field test in the next step.

750kV organic composite insulator；finite element method；potential distribution；electric-field distribution

溫定筠（1982-），男，甘肅天水人，碩士，高級工程師，從事電力設備技術監督與狀態檢修工作。

750kV 復合絕緣子等效交流耐壓試驗技術研究基金項目（52272213002X）