Load Analysis of Backward V 2type Insulators by FEM
L IU Chun1 , L U J ia2zheng1 , ZHOU Wei2hua1 , L IN Feng2 ( 1. Hunan Elect ric Power Test and Research Instit ute , Changsha 410007 , China ; 2. Hunan Elect ric Power Corporatio n , Changsha 410007 , China)
A、 L 分别为绝缘子串的弹性模量 、 等效横截面面积
和长度 , F1 、 F2 、 F3 、 F4 、 TI 、 TJ 分别为 I 、 J 端点荷载 分量及张力 ,由静力平衡可得
F1 = - FH , F2 = FV ; F3 = - F1 , F4 = - F2 + mgL ; TI = F1 + F2 , TJ =
arcsin h- 1 ( ( FV - mgL ) / FH ) ) ;
L
Z 2
( 5)
= mgL / EA ( FV / mgL - 1 / 2) + FH / mg ( ( 1 +
( FV / FH ) 2 ) 1/ 2 - ( 1 + ( ( FV - mgL ) / FH ) 2 ) 1/ 2 ) 。 ( 6)
对 LX 、 L Z 进行 F1 、 F2 的微分得 ( 9) d L X = 5 L X d F1 / 5 F1 + 5 L X d F2 / 5 F2 ; d L Z = 5 L Z d F1 / 5 F1 + 5 L Z d F2 / 5 F2 。 ( 10) 式中 5L X F4 TJ + F4 1 ( F2 ) - L ; ( 11) = + - ln 5 F1 mg T I TJ T I - F2 EA 5 L X / 5 F2 = 5 L Z / 5 F1 = F1 ( 1/ TJ - 1/ T I ) / mg ; ( 12) 5 L Z / 5 F2 = - L / EA - ( F2 / T I + F4 / TJ ) / mg 。( 13) ( 10 ) 的形式可得 变换式 ( 9) 、
d F1 = K1 d L X + K2 d L Z ; d F2 = K3 d L X + K4 d L Z 。
( 14) ( 15)
表1 倒 V 型绝缘子串试验数据
Tab. 1 Experimental result of backw ard V 2type insulators
序号 等荷载 1 等荷载 2 等荷载 3 不等荷载 1 不等荷载 2
d F1 d F2
= [ K]
dLX dLZ=ຫໍສະໝຸດ K1 K3K2 K4
dLX dLZ
( 16) 。
注 : F b 为绝缘子底部连接导线的力值 ( 下表相同) 。
试验分为左 、 右侧导线等荷载试验和不等荷载 进行 , 分别模拟倒 V 型绝缘子串安装状态和因档 距、 高差不等和覆冰不均匀而偏转情况 。等荷载试 验分 3 步加载 ,不等荷载试验分两步进行 。由于试 θ 验条 件 的 限 制 , 试 验 中 θ 和 2 、 3 的 实 测 值 为 141°
2 2
( 1) ( 2)
2
F3 + F4 。
2
( 3)
式中 , m g 为单位长度绝缘子的自重 , FH 、 FV 为绝缘 子串 I 端点张力的水平和竖直方向的分量 。悬链曲 线方程为 [ 15 ]
y = ( FH / mg ) ch ( mg/ FH ) ( x + C1 ) + C2 。 ( 4)
0 引 言
1 理论分析
我国输电线路直线杆塔悬挂导线一般采用悬垂 绝缘子串 , 少部分中相及上相采用 V 型绝缘子串 。 统计表明 ,冰闪一般发生在悬垂绝缘子串上 ,很少发 现 V 型绝缘子串冰闪 ,其原因是 V 型绝缘子串具有 较好的自清洗效果 ,绝缘子表面积污量少 ,结冰时冰 凌不容易桥接伞间空间 , 融冰时难以形成贯通性水 帘 ,而且 V 性串能改善绝缘子附近的电场分布 , 提 高绝缘子串的覆冰闪络电压 [ 129 ] 。为了有效解决绝 缘子覆冰闪络 ,对发生冰闪的绝缘子实施顺线路方 向悬挂倒 V 型绝缘子串改造是非常有效的措施 。 但是由于山地地形及微气候的影响 ,使用倒 V 型绝 缘子串可能会引起改造的铁塔纵向不平衡张力大于 设计值[ 10214 ] ,绝缘子串偏转致使绝缘距离不够等问 题 。为了解倒 V 型绝缘子串对输电线路的影响 ,本 文应用有限单元法对其进行了力学特性分析 , 对计 算的可靠性进行力学性能试验验证 , 并根据特定地 形和荷载条件对某 500 kV 输电线路倒 V 型绝缘子 串改造进行了计算分析 ,确定了改造的可行性 。
2008 年 3月
第 34 卷 第 3 期
高 电 压 技 术
High Voltage Engineering
Vol . 34 No . 3 Mar . 2008
・569 ・
倒 V 型绝缘子串荷载的有限元分析
刘 纯1 , 陆佳政1 , 周卫华1 , 林 峰2 ( 1. 湖南省电力试验研究院 ,长沙 410007 ;2. 湖南省电力公司 ,长沙 410007 )
式中 , L X 为绝缘子串在 x 轴的投影距离 ; L Z 为绝缘 子两端点在 z 轴的投影距离 。 ( 6) 可得 将式 ( 1～3) 带入式 ( 5) 、
L X = - F1 ( TJ + F4 L 1 ); + ln EA mg T1 - T2 ( 7)
2 2 ( 8) L Z = ( TJ - T I ) / 2 EA m g + ( TJ - T I ) / mg 。
摘 要 : 500 kV 输电线路采用倒 V 型绝缘子串是解决覆冰闪络的有效措施 ,但档距 、 高差和不均匀荷载等原因将 引起改造的铁塔纵向不平衡张力大于设计值 ,倒 V 型绝缘子串偏转致使绝缘距离不够等问题 ,限制了其应用范围 。 为此 ,应用悬链线模型和有限单元法研究了倒 V 型绝缘子串的力学荷载特性 ,并通过实荷载试验验证了算法的准 确性 ,最后将此计算方法应用于 500 kV 输电线路倒 V 型绝缘子串的改造实例 ,为工程的进行提供了依据 。工程实 例的应用表明 ,该方法可信有效 ,既能应用于改造校核 ,也可推广应用于设计计算 。 关键词 : 500 kV 输电线路 ; 有限元法 ; 倒 V 型绝缘子串 ; 不平衡张力 ; 冰闪 ; 悬链线模型 中图分类号 : TM726. 1 ; TM216 文献标志码 : A 文章编号 : 100326520 (2008) 0320569204
F1 F2 F3 Fb
kN
17. 64 21. 56 25. 48 22. 54 22. 54
15. 288 21. 364 26. 362 21. 756 20. 384
16. 562 23. 618 29. 4 24. 5 24. 598
10. 878 15. 484 19. 306 15. 974 15. 190
式中 , C1 、 C2 根据所取坐标原点的位置及边界条件
・570 ・ Mar. 2008 而定 。取 I 端点为原点 ,则
High Voltage Engineering
Vol . 34 No . 3
L X = FH L / EA + FH / mg ( arcsinh ( FV / FH ) -
式中 , K1 = ( 5 L Z / 5 F2 ) / Δ; K2 = ( 5 L Z / 5 F1 ) / Δ; K3 = ( 5 L X / 5 F2 ) / Δ; K4 = ( 5 L X / 5 F1 ) / Δ; Δ = ( 5 L X / 5 F1 ) ( 5 L Z / 5 F2 ) - ( 5 L Z / 5 F1 ) ( 5 L X / 5 F2 ) 。 ( 15) 矩阵形式为 式 ( 14) 、
Abstract : To comp ute t he static co nfiguratio n and tensio n for a backward V2type insulato rs , t he mechanical charac2 teristics of backward V2type insulato rs are st udied on suspensio n line model , and t he catenary co nfiguratio n and ten2 sion are analyzed by t he finite element met hod , t he comp utation result s is verified by real loading experiment . Final2 ly , t his finite element met hod is applied to simulate a t ransformation of backward V2type insulators on 500 kV t rans2 mission line , acco rdingly , t he t ransfo rmation is successf ully co mpleted. The application indicates t hat t he effective met hod can be used in check calculatio n of t ransmission line ’s t ransformatio n , also can be used in comp uting of de2 sign. Key words : 500 kV transmission line ; FEM ; backward V insulators ; unbalanced tension ; icing flashover ; catenary model