1、本科毕业论文（20 届）220KV 绝缘子防雷防污闪及电场分析所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- I -220KV 绝缘子防雷防污闪及电场分析摘要近年来绝缘子技术发展很快，特别是以有机材料的复合绝缘子问世以来，由于它突出的耐污闪性能以及重量轻易维护等一系列优点，获得迅速发展。输电线路的绝缘子都是并联运行的，任何一串绝缘子出问题都会造成输电线路故障，甚至会造成长时间停电，对电力系统的安全运行以及人们的日常生活造成很大危害。因此，对绝缘子的研究和分析非常重要。本文主要分析了高压绝缘子的防雷防污闪及电场，首先阐述了绝
2、缘子的分类。接着又对绝缘子的雷击闪络进行了分析讨论，当避雷线上落雷后雷电流沿避雷线流入杆塔，由于杆塔的接地电阻不够小，使得塔顶电位抬高，当此电位达到一定数值时就会使线路绝缘发生反击，造成绝缘子串闪络。对如何防止绝缘子的雷闪提出了相应措施。然后又分析了绝缘子污闪问题的机理及预防措施，绝缘子污闪主要包括：绝缘子表面的积污、绝缘子表面的湿润、局部放电的产生及局部电弧发展完成闪络四个阶段。第四章则在不同情况下对高压绝缘子进行了电场分析，得到相应的电位图、电场图，并作具体分析。关键词 绝缘子；雷电闪络；污闪；电场分析哈尔滨理工大学学士学位论文- II -220kV insulator lightning
3、 flash Pollution Flashover and the electric field analysisAbstractInsulator technology in recent years has developed rapidly, especially since the advent of composite insulators of organic materials, due to the prominent stain flash performance and light weight, easy maintenance and other advantages
4、 of rapid development. Transmission line insulators are operating in parallel, any string of insulator problems are caused by a transmission line fault, and may even cause an extended power outage, caused great harm to the safe operation of the power system, as well as peoples daily lives. Therefore
5、, research and analysis of the insulator is very important.This paper mainly analyzes the high voltage insulator Mine Pollution Flashover electric field, the first introduced types and uses of the insulators. Then he introduced the lightning flashover of insulators, when lightning online is doing an
6、d the lightning current along the grounding wire into the tower, the tower potential to raise the tower grounding resistance is not enough, when this potential reaches a certain value will make the line insulation to fight back, causing flashover of insulator strings. Corresponding measures on how t
7、o prevent the insulator flash of thunder. Then the problem of insulator contamination flashover mechanism and preventive measures, the insulator pollution flashover include: of the contamination of the insulator surface, the wetting of the insulator surface, the generation of partial discharge and t
8、he development of the local arc to complete the four stages of flashover. Chapter in different situations under high-voltage insulator electric field analysis, the corresponding potential map, the electric field map, and for specific analysis.哈尔滨理工大学学士学位论文- III -Keywords Insulator; lightning flashov
9、er; pollution flashover; electric field analysis哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 绝缘子的分类 .11.3 绝缘子制造和使用技术及当今热点 .21.4 本论文的工作 .3第 2 章 绝缘子雷击闪络 .42.1 220kV 绝缘子技术标准 .42.2 雷击闪络概述 .52.3 故障简述与分析 .62.3.1 220kV 丰金线瓷绝缘子掉串 .62.3.2 220kV 万文 1 线瓷绝缘子掉串 .72.4 雷电污闪的机理 .82.5 防止绝缘子发生雷击闪络的措
10、施 .92.6 本章小结 .9第 3 章 绝缘子污秽闪络 .113.1 污闪事故的危害 .113.2 绝缘子污闪的机理 .133.2.1 绝缘子表面的积污 .133.2.2 绝缘子表面的湿润 .143.2.3 局部放电的产生 .153.2.4 局部电弧发展完成闪络 .153.3 绝缘子防污闪措施 .163.3.1 防污型绝缘子 .173.3.2 调爬 .183.3.3 清扫和水冲洗 .183.3.4 半导体釉 .183.3.5 憎水性涂料 .193.4 本章小结 .20第 4 章 220kV 绝缘子电场分析 .214.1 合成绝缘子的应用及特点 .214.2 220kV 棒形悬式合成绝缘子的模
11、型简图 .21哈尔滨理工大学学士学位论文- V -4.3 220kV 棒形悬式合成绝缘子的计算分析 .224.3.1 模型建立 .224.3.2 网格剖分 .224.3.3 求解 .234.3.4 后处理 .244.4 污秽空气及潮湿空气时其电场分析 .264.4.1 污秽空气时电场分析 .264.4.2 潮湿空气时电场分析 .284.5 雷电时电场分析 .304.6 结果分析 .374.7 本章小结 .37结论 .38致谢 .39参考文献 .40附录 42哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景电能的出现和广泛应用彻底改变了人类的生产和生活状态,试想如果没有电,当
12、今世界将是什么景象。在对 20 世纪人类最伟大发明的评选中，电力系统独占鳌头，此评选结果客观地反映了电能对促进生产力发展和提升人类文明做出的突出贡献。电能的输送主要通过架空电线路，绝缘子是架空输电线路的重要组成部分。传输电能的导线处于高电位。杆塔处于地电位，绝缘子的作用一方面使导线和杆塔在电气上绝缘，另一方面使导线和杆塔在机械上相连，绝缘子要承受导线自重及导线的风载、覆冰等各种机械力的作用。这些作用力通过绝缘子传递给杆塔，杆塔还要承受绝缘子自身的重力。绝缘子要同时满足电气性能和机械性能两方面的要求。在电气性能方面，绝缘子除了承受长期工作电压外，还要承受暂态的操作过电压和雷电过电压的作用，要求绝
13、缘子应能承受这些电压的作用，不发生绝缘击穿，不发生沿面闪络，更不能造成损坏。在机械性能方面，要求绝缘子在长期的机械载荷作用下能稳定可靠地工作，同时要求对飓风和地震也要有较好的承受能力。对绝缘子除了电气性能和机械性能方面的要求外，还要求绝缘子有较好的耐候性能和抗老化能力。要求绝缘子能抵御雨雪冰霜、风吹热晒，在各种恶劣气象条件下都能稳定可靠地工作，并且应有几十年的使用寿命。1.2 绝缘子的分类用于架空线路的绝缘子称做线路绝缘子，在电站用于支持母线或隔离刀闸的绝缘子称做电站支柱绝缘子。套管的作用是使用器设备内部的带电端子和外部系统相连或者是使室内的带电端子和室外系统相连。根据用途的不同，线路绝缘子又
14、可细分为几种不同的类型。在杆塔上用于悬挂架空导线的线路绝缘子称做悬式绝缘子。在线路的始末端，线路转弯处以及其他部位，需要承受导线张力的绝缘子称做耐张绝缘子。悬式绝缘子和耐张绝缘子都是固定在与塔柱相连的塔臂上，它们的结构和形状可能一样，差别仅是悬挂方式和作用不同。按采用的绝缘材料划分，绝缘子可分为电瓷和玻璃以及复合绝缘子三大类。复合绝缘子又名合成绝缘子，也称为有机绝缘子或非瓷绝缘子。电哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -瓷和玻璃绝缘子由无机材料制作。半导体釉绝缘子是一种特殊形式的电瓷绝缘子，它是在普通电瓷绝缘子表面涂一层半导体釉，主要用于污秽地区。按绝缘子的具体结构划分，可分为线路绝缘子和电站绝
15、缘子两大类。线路绝缘子分为悬式绝缘子、针式绝缘子、横担绝缘子等几类，悬式绝缘子又分为盘形悬式绝缘子和棒形悬式绝缘子。电站绝缘子可分为支柱绝缘子、瓷套和套管等几类。1.3 绝缘子制造和使用技术及当今热点电瓷绝缘子的应用已有 100 多年的历史，玻璃绝缘子的应用虽比电磁绝缘子短，但也称得上历史悠久，复合绝缘子应用的历史不长，但挂网运行的时间也有 30 年。可以认为，绝缘子的制造和使用技术相对比较成熟，但仍在不断更新和发展。电瓷和玻璃绝缘子的外形结构百年来没有发生革命性的变化，但是对材料、工艺、结构的改进始终没有停止，处于不断进步中，突出表现在以下几方面：1.随着输电电压等级的提高，对单片绝缘子机电
16、破坏负荷的要求越来越高，目前已能制造出机电破坏负荷为 300kN,400kN,500kN 甚至 800kN的电瓷绝缘子。2.由于制造工艺和材料的改进，玻璃绝缘子的自爆率已大幅度下降，这对提高绝缘子的可靠性意义更大。3.绝缘子制型的改进是永恒的课题，绝缘子的形状是有地区适用性的，不可能找出一种形状的绝缘子在世界各地的使用效果都是最好的。4.采用等径压工艺产生的电瓷绝缘子强度提高很大，并在对大尺寸支柱绝缘子和瓷套制造方面，该工艺有逐步取代普通湿法生产工艺的趋向。复合绝缘子的生产技术发展很快，针对使用中出现的问题，在工艺、材料、结构方面都在研究和改进中，研究的热点问题主要有以下几方面：1.硅橡胶材料
17、配方和生产工艺的改进，使硅橡胶材料有更好的耐电损耗和耐老化性能。2.研究硅橡胶材料特有的憎水迁移特性和憎水性的暂时消失和恢复特性，这是复合绝缘子具有优异耐污闪能力的主要原因。从机理上研究具有上述特性的原因，并从材料的配方上强化该特性。3.在金属接头和芯棒制造两方面提高复合绝缘子的机电破坏强度，我国已能制造出机电破坏负荷为 300kN 的复合绝缘子，能满足 750kV 交流输电和 500kV 直流输电工程的需要。4.研究人工加速老化试验方法，能在较短时间内筛选出具有优异耐老化性能的硅橡胶材料配方。哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -在绝缘子的运行维护方面，目前研究的重点和热点问题主要有：1.电瓷
18、绝缘子的零值在线检测问题，迄今为止仍没有找到一种简便、可靠的方法。2.复合绝缘子的运行健康状态的在线监测方法问题，目前除了目测、检查表面憎水性、监测泄漏电流外，尚未找到有效的方法。3.复合绝缘子的脆断和不明原因闪络问题，对这两个问题的研究虽然取得很大进展，但尚未解决。4.防止绝缘子污秽闪络问题，实践表明，在电瓷或玻璃绝缘子表面涂覆 RTV 硅橡胶憎水涂料，是一种行之有效的防污闪措施。有关 RTV 硅橡胶憎水涂料的防污闪机理和寿命判断及在线监测问题依然是研究热点。复合绝缘子已从线路悬式发展到电站支柱绝缘子和套管，RTV 硅橡胶憎水涂料也从在变电站应用发展到应用到输电线路。由于我国大气污染问题仍未
19、解决，污闪事故仍是困扰电力系统安全运行的主要问题，所以这两项技术在我国发展很快，复合绝缘子在绝缘子市场上已占领 1/3 份额，在我国有些地区 100%的变电站都已涂覆了 RTV 硅橡胶憎水性涂料，因此对有机外绝缘问题的研究自然成了重点和热点问题 1。1.4 本论文的工作本论文对 220kV 绝缘子的防雷防污闪及电场分析进行了研究，主要研究内容如下：1.阐述了课题背景及绝缘子的种类和用途，并对绝缘子的制造使用技术和当今热点进行了分析。2.绝缘子的雷电闪络危害着电力系统，举例说明了雷电闪络事故，分析雷电闪络事故的机理和原因，并提出防止绝缘子雷闪具体措施。3.说明绝缘子闪络的危害，分析绝缘子闪络的机
20、理提出相应的具体措施。4.运用 ANSYS 软件在不同情况（污秽、潮湿空气、雷电冲击）下对绝缘子进行电场分析，得出相应的电位图、电场图，并作具体分析。哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -第 2 章 绝缘子雷击闪络作为电力系统组成部分的输电线路，带给人类文明源源不断的动力，其自身的安全运行极为重要，雷电是危害输电线路安全的重要因素。雷击故障能够造成杆塔绝缘闪络、线路跳闸、供电中断，雷击线路产生的雷电过电压波，沿线路侵入变电所，是危害变电所电力设备的主要因素，而且这种浪涌电压还会对生产和生活用户的现代化电子设备(尤其是数字设备、微甩子设备)造成损害。随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，现代社会
21、对电力质量的要求越来越高。因此输电线路的防雷研究一直吸引着全世界研究人员不断探索，力求减少雷电危害 2。2.1 220kV 绝缘子技术标准对于绝缘子既要要求其电气特性又要要求其机械特性，以至满足各项要求。根据国标规定，220kV 绝缘子技术标准如表 2-1 所示。表 2-1 220kV 绝缘子技术标准绝缘子型号绝缘子类型额定电压kV额定机械拉伸负荷kN连接结构标记结构高度H，mm最小电弧距离h，mm最小公称爬电距离L，mm雷电全波冲击耐受电压kV（峰值）不小于工频一分钟湿耐受电压kV（有效值）不小于FXBW4220/100棒形悬式合成绝缘子220 100 16 2240 30 1900 6300 1000 395最小电弧距离：绝缘子满足其电气性能要求的电弧距离最小值。最小公称爬电距离：两个不同极性的导电部件之间或带电件与易触及表面
