赵勇军

摘 要：高压输电线路用复合绝缘子由于长期在恶劣环境中运行，以及在生产工艺过程中难免形成局部缺陷，文章通过有限元算法对存在缺陷的复合绝缘子进行建模并求解，得出存在微观缺陷的复合绝缘子的场强电位分布情况，发现存在微观缺陷情况时比较于正常良好的绝缘子场强电位分布有一定关联性，存在场强电位畸变形态，影响安全稳定运行。

关键词：输电线路；缺陷；场强；电位

中图分类号：TM726 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）36-0152-02

引言

因复合绝缘子具有优异的耐污闪性能，有强大的抗污性、抗闪络性、高寿命性，在我国复合绝缘子被大力推广使用，特别是在高原、沿海地带，空气环境比较恶劣的环境下，复合绝缘子起着不可以替代性的作用，它对保证电网的可靠运行起了重要作用，它是今后高压、特高压电网挂网运行的必然，有研究文献表示未来复合绝缘子必然挂网全国70%以上的高压输电线路。

1 放电机理

由于复合绝缘子的生产工艺不十全十美的完善，特别是现在机械批量生产过程中，复合绝缘子的硅胶伞套成整套一起加封在芯棒上，难免会因微小雜质存留在两个绝缘界面上，使介质层间或介质与电极之间或介质内部留下有小气隙；另一个因素就是介质在运行中分解出气体，就普遍在介质当受潮时，或者是温度过高，或者是外界环境相互作用因素下形成小气泡，在高电压环境下，当大气中的水分侵入杂质后，如果外界的电场比较大的话，就会在有限的空间内作用下电离造成小气泡，空气的相对介电常数接近为1，比固体介质的相对介电常数小得多，则在该处的电能量密度线贯穿固体介质和气隙（尤其是窄气隙）时，窄气隙中的场强必然被大为强化，容易产生电离，形成不同形式的局部放电。

在畸变电场中，当存在局部电场的畸变，当某一处发生局部放电情况下，一次是无法完成击穿的，但是不完全击穿具有累积效应，意思是击穿电压会随着击穿次数成反比，当多次存在放电后，某空间局部放电会在多次放电的情况下发生贯穿，即介质的击穿电压随着过去曾经承受过的不完全击穿次数的增加而降低。久之，当外界某一次大气压或者是操作过电压作用后，超过了该层介质的耐受场强，则局部有限空间内电场发生剧烈的畸变，这将很容易使其他层介质也紧接接着被击穿。

2 建模与求解

ANSYS软件具体强大的求解功能，它主要作用当初是用来求解力学，后期经过缓慢发展，慢慢发展成为对电位场强等功能的求解，后期有学者利用它来建模，并结合其他软件辅助进行求解，目前大部分高校都学此软件，并使用不同方法对绝缘子、套管等高压元器件的电场进行优化计算。为电力系统的一次设备选型设计提供了丰富的参考依据，再以后发展相关软件有ANSOF、TCOSMOL等，它们都有着强大的求解场强、磁场的功能。本文为求有缺陷性复合绝缘子，假设复合绝缘子在第3-4片之间存在一个局部空气气泡，设定是前提生产过程中杂质的存在造成的，对这个缺陷复合绝缘子的场强电位数值大小进行计算分析。

在建模完毕后，施加载荷如下：在绝缘子下端挂导线处为高电位端，本文的绝缘子为电压110kV，则加电压载荷110/kV，绝缘子上端接地则为0电位，施加电压为0V，进而求出场强电位分布情况。存在局部间隙缺陷后，可以得到场强分布图如图1：

由图1可以看出当复合绝缘子里面存在微间隙时，影响绝缘子的总体场强大小，促进金具处的最大场强数值增大。因为场强的畸变是造成放电的根源，另外一方面，间隙缺陷的存在，使电位分布不均匀，存在个别电位承担电压数值高，个别承担电压数值低的情况，这样即可能产生放电的情况，进一步可能发生击穿的可能。

为了更清晰地查看间隙内部的场强数值情况，现在用节点查询功能，导出节点内的场强数值，具体场强数值可以见下面图2数值所示。

上图显示，间隙缺陷的存在，使间隙边缘的场强分布极不均匀，在离芯棒距离最远处达到最大值，最大值可以达到31349V/cm，这数值比空气击穿场值还要大，并随着距离增大而增大，而电位分布最大值为52607V。所以电离最容易在这些气隙中发生，在某些气隙中，甚至可能存在稳定性局部放电，气隙的电离将导致：使局部电场畸变，使局部介质承受过高的场强；另外一方面，带电质点为撞击气泡，使绝缘以电离很容易在这些气隙中发生：（1）使局物分解，并留下一些固态的聚合物，这些新出的气体又加放到电离过程中去，使电离进一步发展。（2）发生化学腐蚀，气隙电离会产生臭氧，一氧化氮，二氧化氮，当有潮气存在时，甚至形成亚硝酸等强烈腐蚀化学物质。对硅橡胶材料来说，是一致命的威胁。

为了解复合绝缘子高压端前几片绝缘子的场强数值，见一步取出其场强数值，列出数值表，如表1。

表1更直观，更清晰地显示了有无微间隙缺陷时候对复合绝缘子的场强分布的影响，先计高压端即挂导线的端位第一片计为编号1号，依次编号至23号，上表仅仅显示前7片的复合绝缘子场强情况。也是利用ANSYS查询功能得出有无、间隙时各伞裙的场强数据，并计算出有无间隙时场强高出百分比。上表表明，存在缺陷后，高压端前3片绝缘子场强数值比正常值明显高出几个百分点，数值显示第2片高出0.21个百分点，此数值不容忽视，当外界环境劣化后，即会产生击穿放电的可能。同时造成第45两片绝缘子场强数值畸变，反而比正常绝缘子数值严重偏小，所以，有缺陷的绝缘子会对场强数值产生畸变，进一步引发其他不利安全运行的因素。

3 结束语

（1）复合绝缘子总体场强分布呈U型曲线，当无间隙时，沿高压侧轴线方向，从第1片绝缘子到11片时，场强数值要比有间隙时数值高，约0.51个百分点，从第11片到23片时，有间隙时，场强数值要比无间隙时高，约0.89个百分点。

（2）复合绝缘子有、无间隙时对伞裙电位分布影响不大，复合绝缘子微间隙附近处，对伞裙场强影响甚大，有间隙比无间隙的场强高，其数值可达5410V/cm，最小值也达到250V/cm，在微间隙的内部场强数值可达到52284V/cm，此值比空气击穿场强还要大，所以要制造工艺时，应尽量避免微间隙的存在。

参考文献：

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