輸電線路絕緣子表面積污規(guī)律的數值模擬與現場實驗研究.pdf

1、隨著我國霧霾天氣的頻繁發(fā)生，大氣污染環(huán)境下輸電線路懸掛絕緣子表面的積污問題變得越來越嚴重。在潮濕天氣受潮后，絕緣子表面沉積的污穢物質會使絕緣子的絕緣水平大大降低，造成污穢閃絡事故。研究絕緣子表面的積污規(guī)律，能幫助我們確定不同大氣污染環(huán)境條件下絕緣子表面的積污狀況，為防治污閃的相關措施提供借鑒和參考，從而減少污閃的發(fā)生。為了深入研究輸電線路懸掛絕緣子表面的積污規(guī)律，本文以江蘇省使用廣泛地XWP2-160型絕緣子為研究對象，選取兩處大氣污染

2、嚴重的實驗地點，在當地輸電線路懸掛絕緣子進行現場自然積污實驗。結合兩處實驗點當地的實時氣象與污染物濃度信息，利用計算流體力學方法，對絕緣子在自然環(huán)境條件下的積污過程進行了同步數值模擬，將模擬計算結果與實驗結果進行對比以驗證數學模型的有效性。在驗證數學模型的基礎上，通過數值模擬方法研究了不同因素對絕緣子表面的積污沉積速率和沉積區(qū)域的影響。本文主要研究內容和成果包括以下幾個方面:
　　(1)本文采用現場實驗與計算機數值模擬相結合的方法

3、對絕緣子的自然積污過程進行研究。在江蘇省徐州市選取兩處污染嚴重地區(qū)作為實驗點，在當地輸電線路懸掛若干絕緣子進行現場積污實驗，定期取回一定數目絕緣子進行鹽密、灰密測量。利用兩實驗點實時氣象和污染物濃度數據作為計算條件，對絕緣子采用三維建模，采用歐拉方法處理氣相場，采用拉格朗日方法處理離散顆粒場，進行絕緣子表面積污過程的數值模擬計算。結合鹽密、灰密清洗率和降雨量的相關關系以及實驗點降雨量數據，對數值模擬值進行修正。通過實測值與模擬修正值的對

4、比可知，兩實驗點實測值與模擬修正值的相對誤差均小于30％，模擬修正值與實測值的總體趨勢基本吻合，驗證了本文所建數學模型的有效性與準確性。通過對絕緣子表面積污形態(tài)云圖和取樣絕緣子積污照片的對比分析可知，數值模擬結果可以有效地反映絕緣子表面不同區(qū)域積污的分布情況，進一步驗證了數學模型的有效性。
　　(2)在不同風速下，對絕緣子周邊氣相場進行模擬，分析了絕緣子周邊的流場特性。研究結果表明，絕緣子迎風面的風速整體高于背風面，風速越高，迎風

5、面與背風面風速的差距越明顯;隨著風速提高，上傘裙上方和下傘裙下方的風速明顯提高;下傘裙上方中間區(qū)域由于傘裙的阻擋作用氣流速度較低，但下傘裙上方兩側區(qū)域由于氣流流通區(qū)域狹窄，氣流速度較高;邊界層的存在使污穢顆粒易于粘附在絕緣子表面并且使已經粘附在絕緣子表面的污穢顆粒難以被氣流帶走。絕緣子迎風面，氣流在傘裙邊緣會出現分流;由于傘裙形狀的影響，在絕緣子下表面下方，氣流在迎風面向上流動，在背風面向下流動，氣流方向變化較劇烈;在下傘裙背風面的上方

6、，氣流會出現回流現象且隨著風速的增加越來明顯。
　　(3)在不同風速下，對絕緣子表面的積污規(guī)律進行了數值模擬研究。研究結果表明，絕緣子表面的積污量隨風速的增加而增加并且增速和增幅逐漸增大;絕緣子上表面與下表面積污量的比值隨風速的增加逐漸減小。不同風速下，絕緣子表面積污的分布規(guī)律不同。對于表面一，隨著風速增加，積污傾向于分布在迎風面并且在邊緣區(qū)域分布較多;對于表面二，積污大部分分布在迎風面且中間區(qū)域分布較多，兩側分布較少，部分分布在

7、背風面中間區(qū)域;對于表面三，積污大部分分布在背風面，隨著風速增加，積污傾向于均勻分布在背風面。
　　(4)在不同風向傾角、污染物質量濃度條件下，對絕緣子表面積污過程進行了數值模擬。研究結果表明，絕緣子表面的積污量隨污染物質量濃度的增加基本呈線性增加關系;風速越高，絕緣子表面積污量隨污染物質量濃度增加的速度越快。在0～30°范圍內，隨著風向傾角增大，絕緣子上表面的顆粒沉積數逐漸減少，下表面的顆粒沉積數逐漸增加;在0～-30°范圍內，

8、隨著風向傾角增大，絕緣子上表面的顆粒沉積數逐漸增加，下表面的顆粒沉積數逐漸減少;風向傾角對顆粒沉積數目的影響隨著風速增加逐漸增強，在較低的風速下，風向傾角的影響幾乎可以忽略。
　　(5)對不同粒徑顆粒在絕緣子表面的積污規(guī)律進行了數值模擬研究。研究結果表明，當風速為2m/s與4m/s時，絕緣子表面顆粒沉積數目較少且顆粒沉積曲線之間差別較小，當風速達到6m/s與8m/s時，顆粒沉積數目增多且顆粒沉積曲線之間的差別明顯增大。對于絕緣子上

9、表面，小于20μm顆粒的沉積數目幾乎不受粒徑影響，大于20μm顆粒的沉積數目隨著粒徑的增加逐漸增加并且增幅越來越大。對于絕緣子下表面，在2m/s與4m/s的風速下，顆粒沉積數目較少且?guī)缀醪皇芰接绊?在6m/s與8m/s的風速下，顆粒沉積數目隨著粒徑增大出現先增加后減少的變化趨勢。不同粒徑的顆粒在絕緣子表面的分布規(guī)律不同。對于表面一，粒徑較小的顆粒主要沉積在迎風面且沉積數目由邊緣到內部逐漸減小，隨著粒徑增大，顆粒傾向于均勻分布在表面一;