覆冰在我國電網輸電線路安全運行過程中一直是一個嚴峻的問題,其不僅可以造成輸電線路、桿塔的機械過載、倒塌,同時也可造成輸電線路絕緣子串的覆冰閃絡。針對覆冰對電網輸電線路安全的影響機理,國內外學者做了大量研究。
導線覆冰造成的影響主要集中在機械特性上,因而研究導線覆冰機理,建立覆冰模型,預測其覆冰增長一直是關注重點。其中,以基于水滴碰撞、捕獲、凍結的三參數模型運用最為廣泛。模型指出,導線覆冰增長速率決定于過冷卻水滴在導線表面的碰撞、捕獲、凍結效率,并分別建立起了計算該3個參數的物理模型,計算涉及氣液二流場、熱力學方程等。
為完善該模型,相關研究指出,輸電導線表面電場強度及電暈放電會對覆冰形態、速率產生影響,必須在計算模型中予以考慮。而有的研究則從水滴在導線表面的碰撞系數出發,仿真計算了電場作用對該參數造成的影響,結果表明,電場會增大導線表面水滴碰撞范圍及碰撞系數值。
絕緣子覆冰的主要危害在于覆冰閃絡帶來的線路跳閘,以往的研究大都集中在覆冰對絕緣子閃絡電壓的降低特性。而輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室(重慶大學)的研究人員,從空氣中水滴運動角度出發,探究水滴在遭遇絕緣子至碰撞到絕緣子表面形成覆冰過程中,其受到絕緣子表面直流電場的影響規律。
圖1 復合絕緣表面不同位置的水滴碰撞
圖2 大型多功能人工氣候室及其控制系統
圖3 不帶電和帶電條件下表面濕覆冰形態
基于流體力學及電磁場原理,建立了水滴運動數學模型,綜合考慮氣流、電場力的作用,對運動水滴進行了受力分析及數值計算。以復合絕緣子為樣品,對比分析了其表面不同位置水滴受到電場力變化及產生的軌跡偏移程度,并得出以下結論:
以上研究成果發表在2020年第9期《電工技術學報》,論文標題為“復合絕緣子直流電場下的水滴運動及覆冰特性”,作者為韓興波、蔣興良、黃亞飛、任曉東、陳宇。