750kV兰州东-平凉-乾县输电线路复合绝缘子周围电场分布仿真分析

温定筠孙亚明王 锋张秀斌江 峰

（1.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，兰州 730050；2.国网甘肃省电力公司，兰州 730030）

750kV兰州东-平凉-乾县输电线路复合绝缘子周围电场分布仿真分析

温定筠1孙亚明1王 锋2张秀斌1江 峰1

（1.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，兰州 730050；2.国网甘肃省电力公司，兰州 730030）

为了研究750kV输电线路复合绝缘子周围电场分布规律，为在现场开展复合绝缘子相关试验提供参考，本文以 750kV兰州东-平凉-乾县输电线路为研究对象，选取直线杆塔 ZGU125和 FXBW-750/210双联复合绝缘子串，对该直线杆塔和复合绝缘子进行了有限元仿真建模，仿真计算了该型号绝缘子串在实际运行电压下的电位、电场分布。通过仿真计算，得到了最大场强所在位置，从而为下一步开展现场试验提供理论依据。

750kV复合绝缘子；有限元；电位分布；电场分布

随着750kV电压等级电网成为我国西北地区电网主网架，运行现场对750kV复合绝缘子开展工频1min耐受电压试验提出了要求。要在现场开展这样高电压等级的工频1min耐压试验，对于试验设备和试验条件都有较高要求，很多单位都不具备现场开展这样试验的能力。或者个别单位有能力，但在现场开展时也面临各种困难，如设备运输、试验技术经济性等问题。本文以 750kV兰州东-平凉-乾县输电线路用750kV复合绝缘子为研究对象，对该线路的750kV复合绝缘子进行了建模，从而为进一步研究开展现场试验相关研究提供参考[1-5]。

750kV兰州东-平凉-乾县输电线路为同塔双回750kV超高压输电线路，塔形众多，但主要可以分为直线塔和耐张塔两大类，其中，直线杆塔主要为ZGU125型。复合绝缘子根据额定机械拉伸负荷来分，选用了100kN、210kN、300kN、400kN、420kN 5种，其中除100kN负荷绝缘子用于耐张塔及换位塔跳线支撑，其余复合绝缘子均用于直线塔悬垂绝缘子串[6-9]。

本文选取直线杆塔ZGU125为典型杆塔，搭载在 ZGU125型杆塔上的复合绝缘子主要为 FXBW-750/210双联复合绝缘子串。选取该型号绝缘子串设计方案为代表，仿真计算了这种型号绝缘子串在实际运行电压下的电位、电场分布。

1 计算模型

根据兰州东-平凉-乾县输电线路设计方案，直线杆塔ZGU125结构参数如图1所示。

图1 直线杆塔ZGU125结构图

750kV输电线路用复合绝缘子，其结构高度为7150±50mm，干弧距离≥6550mm，爬电距离≥23500mm。

FXBW-750/210复合绝缘子，其大小伞伞径为174/88mm，伞数为大伞86，小伞172，杆径φ=38mm。

图2、图3和图4分别是正视图、斜视图和局部放大图。根据上述线路设计方案建立的有限元仿真计算实体模型，计算时近似按静电场计算，相关参数选取如下：

（1）空气介电常数取为1.0。

（2）750kV复合绝缘子护套介电常数取为4.2。

（3）750kV复合绝缘子芯棒介电常数取为5.0。

图2 750kV输电线路有限元仿真计算实体模型正视图

图3 750kV输电线路有限元仿真计算实体模型斜视图

图4 750kV输电线路有限元仿真计算实体模型局部图

750kV兰州东-平凉-乾县输电线路是同塔双回线路。在运行过程中，鉴于杆塔的屏蔽作用，双回线路之间的电场影响较小，而同一回不同相之间的电场影响较大，如图5所示，特别在中间一相电压为正的峰值，上、下两相分别为负的半峰值电压时，相与相之间的影响最大，复合绝缘子表面的电场强度最大。

图5 工频三相交流电压波形图

因此，在仿真计算时，中间B相电压加压：

另外，A、C两相电压加压均为

2 复合绝缘子电位、电场分布

2.1 电位分布

对于直线杆塔 ZGU125，在中间一相电压为正的峰值时，FXBW-750/210复合绝缘子电位分布分别如图6、图7所示。图6是整体电位分布图，图7是中间一相局部电位分布图。

图6 复合绝缘子运行时整体电位分布云图

图7 复合绝缘子运行时局部电位分布云图

从图6可以看出，在中间一相电压为正的峰值这一瞬时，750kV直线杆塔ZGU125周围的等位线分布大体为蝶形，且中相周围空间的等位线明显比上、下两相周围空间的等位线密集。

从图7中可以看出，复合绝缘子周围空间的等位线大体垂直于复合绝缘子轴向方向，这说明复合绝缘表面电场以沿绝缘子轴向分量为主，沿绝缘子径向方向电场分量较小。

2.2 电场分布云图

对于直线杆塔 ZGU125，在中间一相电压为正的峰值时，FXBW-750/210复合绝缘子电场分布如图8至图12所示。其中图8是整体电场分布云图，图9是导线侧均压环表面最大电场分布云图，图10是导线侧复合绝缘子表面最大电场分布云图，图11是杆塔侧均压环表面最大电场分布云图，图12是杆塔侧复合绝缘子表面最大电场分布云图。

图8 复合绝缘子运行时整体电场分布云图

从图8可以看出，中间一相均压环表面和分裂导线最下面两根导线的外表面电场较高，是整个场域中电场较为集中的部位。

图9 复合绝缘子运行时导线侧均压环表面最大电场分布

从图9可以看出，导线侧大均压环表面最大电场强度为 1586V/mm，小均压环受大均压环屏蔽，其表面最大电场强度较小，不到1000V/mm。

图10 复合绝缘子运行时复合绝缘子表面最大电场分布

从图10可以看出，导线侧复合绝缘子最大电场强度出现在靠近大均压环的外表面，但复合绝缘子与金具相连的高压金具端受小均压环的屏蔽作用，其电场强度并不是最大。正常运行时，复合绝缘子表面最大电场强度低于500V/m。

图11 复合绝缘子运行时杆塔侧均压环表面最大电场分布

图12 复合绝缘子运行时杆塔侧复合绝缘子表面最大电场分布

从图11可以看出，杆塔侧均压环表面电场强度较小，不到500V/mm。从图12可以看出，杆塔侧复合绝缘子表面电场强度较小，不到150V/mm，但中段绝缘子表面电场强度略大。

2.3 电场分布曲线

为了更清楚的研究复合绝缘子在运行时的电场分布规律，自复合绝缘子高压侧起沿绝缘子轴向，分别作出距FXBW-750/210中心轴0mm、17mm、20mm、45mm，88mm位置的电场变化曲线，分别对应复合绝缘子芯棒内、护套内、护套表面、小伞裙表面和大伞裙表面，如图13所示。

图13 复合绝缘子轴向电场分布曲线选取位置示意图

图14至图18分别是复合绝缘子芯棒内、护套内、护套表面、小伞裙表面和大伞裙表面的电场自高压侧沿绝缘子轴向变化曲线。

图14 复合绝缘子芯棒内电场分布曲线

图15 复合绝缘子护套内电场分布曲线

图16 复合绝缘子护套表面电场分布曲线

图17 复合绝缘子小伞群表面电场分布曲线

图18 复合绝缘子大伞群表面电场分布曲线

从图14至图18可以看出，运行中的复合绝缘子两端电场强度较高，中部电场强度较低。在同一高度，护套表面的电场强度较绝缘子其他部位高。在正常运行中，复合绝缘子护套表面最高电场强度约为360V/mm。杆塔侧复合绝缘子护套表面最大场强约为110V/mm。因为在同一高度，复合绝缘子护套表面的电场强度大于其他位置的场强，所以在相关研究中，可以仅分析不同情况下复合绝缘子护套表面的场强。

3 结论

本文通过以 750kV兰州东-平凉-乾县输电线路为研究对象，选取直线杆塔ZGU125和FXBW-750/210双联复合绝缘子串为研究对象，对该直线杆塔和复合绝缘子进行了有限元仿真建模，仿真计算了该型号绝缘子串在实际运行电压下的电位、电场分布。

通过对FXBW-750/210结构的复合绝缘子建模分析可以看出，运行中的复合绝缘子两端电场强度较高，中部电场强度较低。在同一高度，护套表面的电场强度较绝缘子其他部位高，故在相关研究中，可以通过分析不同情况下复合绝缘子护套表面的场强，以简化运算。本文的研究内容将为后续开展750kV复合绝缘子等效交流耐压试验提供理论参考。

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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

温定筠（1982-），男，甘肃天水人，硕士，高级工程师，从事电力设备技术监督与状态检修工作。

750kV 复合绝缘子等效交流耐压试验技术研究基金项目（52272213002X）