COMSOL 多物理场仿真应用实例
电力行业专辑
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POWER Engineers 公 司 ,美 国
输电线路的绝缘子设计
仿真技术使输电线路性能最优化
高压输电线路的设计需要综合考量经济、电气、力学及环境等一系列限制因素,因此是一项十分复杂且
耗时的工作。 POWER Engineers 公司在进行新线路设备制造和高压测试之前,先利用仿真技术进行输
电线路电晕性能的分析工作,从而节省了时间和资金。
作者 ALEXANDRA FOLEY
利用高精度仿真技术,以
及过去数十年运行设备分析
所得到的经验,如今工程师已
经能够研究、建模和消除电
晕 放 电 的 细 微 影 响 。但 在 几
年前,想要得到这些结果,只
能 通 过 费 用 高 昂 、过 程 严 格
的测试来实现。如今仿真技
术正在成功地应用于多个领
域 ,其 中 就 包 括 分 析 电 晕 放
电对大功率容量输电线路及
其相关设备的不利影响。
研究人员通常会利用高
压实验室测试或评估运行
设备的表现来进行这类分析
工作,但全球咨询工程公司
POWER Engineers 公司(简
称 P O W E R 公 司 )发 现 ,有 限
元仿真软件是分析输电线路
电晕性能的有效工具。例如,
根据与中西部一家公用事业
公 司 签 订 的 合 同 ,P O W E R 公
司对 345 千伏输电线路设
备的电晕性能进行了详细研
究 ,旨 在 减 轻 风 和 冰 载 荷 对
线 路 造 成 的 机 械 应 力 。通 过
这 些 仿 真 研 究 ,工 作 人 员 可 以
在进实验室完成高压测试之
图 1. 上图:终端结构。下图:终端绝缘子的 CAD 绘图。图片来源:Danny
Frederick 和 Charlie Koenig,POWER Engineers 公司。 图注:Corona
ring - 电晕环; Square mounting pods - 垫片安装; Insulator string -
绝缘子串; Insulator shed - 绝缘器; Insulator pin - 绝缘子脚
前,就对设备的电气性能有
一个更好的认识。
复杂几何结构的电场
计算
由 于 张 力 作 用 ,高 压 输
电线会在水平方向产生巨大
拉 力 ,因 此 需 要 设 计 一 种 结
构来承载这一巨大拉力,这
就是终端结构。在这些终端
结 构 上 装 有 绝 缘 子 ,使 得 终
端结构和带电导线虽然连接
在 一 起 ,但 却 处 于 电 隔 离 状 态
( 图 1 )。这 些 高 压 导 线 和 终
端组件表面附近的电场可以
电离周围的空气分子,进而
产生电晕放电,从而产生能
量损失、电磁(AM 无线电)
干 扰 、可 闻 噪 声 、可 见 光 以 及
可能的材料侵蚀等一系列不
良影响。
“如果你曾站在输电线
路 旁 ,很 可 能 听 到 过 它 发 出
的嘶嘶声”,POWER 公司的
高级项目工程师 Jon Leman
说道。
“当电压达到一定数值
后,电场会电离空气分子并
产 生 电 晕 放 电 。通 常 这 就 是
我们听到噪声的原因。要将
这种噪声和其他负面影响
降到最低,就需减少电晕放
电 。”对 输 电 线 路 导 线 来 说 ,
一定程度的电晕活动及其相