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覆冰在我國電網(wǎng)輸電線路安全運(yùn)行過程中一直是一個(gè)嚴(yán)峻的問題，其不僅可以造成輸電線路、桿塔的機(jī)械過載、倒塌，同時(shí)也可造成輸電線路絕緣子串的覆冰閃絡(luò)。針對(duì)覆冰對(duì)電網(wǎng)輸電線路安全的影響機(jī)理，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究。

導(dǎo)線覆冰造成的影響主要集中在機(jī)械特性上，因而研究導(dǎo)線覆冰機(jī)理，建立覆冰模型，預(yù)測(cè)其覆冰增長一直是關(guān)注重點(diǎn)。其中，以基于水滴碰撞、捕獲、凍結(jié)的三參數(shù)模型運(yùn)用最為廣泛。模型指出，導(dǎo)線覆冰增長速率決定于過冷卻水滴在導(dǎo)線表面的碰撞、捕獲、凍結(jié)效率，并分別建立起了計(jì)算該3個(gè)參數(shù)的物理模型，計(jì)算涉及氣液二流場(chǎng)、熱力學(xué)方程等。

為完善該模型，相關(guān)研究指出，輸電導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度及電暈放電會(huì)對(duì)覆冰形態(tài)、速率產(chǎn)生影響，必須在計(jì)算模型中予以考慮。而有的研究則從水滴在導(dǎo)線表面的碰撞系數(shù)出發(fā)，仿真計(jì)算了電場(chǎng)作用對(duì)該參數(shù)造成的影響，結(jié)果表明，電場(chǎng)會(huì)增大導(dǎo)線表面水滴碰撞范圍及碰撞系數(shù)值。

絕緣子覆冰的主要危害在于覆冰閃絡(luò)帶來的線路跳閘，以往的研究大都集中在覆冰對(duì)絕緣子閃絡(luò)電壓的降低特性。而輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)）的研究人員，從空氣中水滴運(yùn)動(dòng)角度出發(fā)，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(chǎng)的影響規(guī)律。

圖1 復(fù)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(tǒng)

圖3 不帶電和帶電條件下表面濕覆冰形態(tài)

基于流體力學(xué)及電磁場(chǎng)原理，建立了水滴運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，綜合考慮氣流、電場(chǎng)力的作用，對(duì)運(yùn)動(dòng)水滴進(jìn)行了受力分析及數(shù)值計(jì)算。以復(fù)合絕緣子為樣品，對(duì)比分析了其表面不同位置水滴受到電場(chǎng)力變化及產(chǎn)生的軌跡偏移程度，并得出以下結(jié)論：

• 1）覆冰過程中，隨氣流進(jìn)入復(fù)合絕緣子傘裙半徑區(qū)域內(nèi)的帶電水滴會(huì)受到快速增長的電場(chǎng)力作用，其導(dǎo)致水滴軌跡偏移，并趨向于碰撞到絕緣子表面電場(chǎng)強(qiáng)度較大的位置，增大了絕緣子表面不同位置水滴捕獲量的不均衡及覆冰的不均勻性。
• 2）復(fù)合絕緣子不同位置碰撞水滴受到電場(chǎng)的影響程度不同。在同一傘裙處，傘裙表面及傘裙邊緣的水滴軌跡偏離率接近，并明顯大于碰撞到芯棒處的水滴。不同傘裙間，越靠近高壓端的傘裙處水滴軌跡偏移程度越大。
• 3）復(fù)合絕緣子傘裙邊緣、芯棒的水滴碰撞系數(shù)值從駐點(diǎn)向兩端減小，其中帶電條件下的碰撞系數(shù)值大于不帶電條件，小風(fēng)速小水滴半徑下，電場(chǎng)可提高碰撞系數(shù)超過15%，該值隨水滴半徑的增大而減小。
• 4）相對(duì)不帶電，帶電干增長覆冰條件下，復(fù)合絕緣子覆冰表面更加粗糙，覆冰增長方向多樣，小風(fēng)速小水滴半徑下的覆冰速率提高百分比超過30%。濕增長覆冰條件下，電場(chǎng)對(duì)復(fù)合絕緣子覆冰速率影響較小，但易造成彎曲生長的冰棱。

以上研究成果發(fā)表在2020年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“復(fù)合絕緣子直流電場(chǎng)下的水滴運(yùn)動(dòng)及覆冰特性”，作者為韓興波、蔣興良、黃亞飛、任曉東、陳宇。