500kV紧凑型输电线路V形复合绝缘子屈曲特性研究

作     者：蔡林峰 

作者单位：华北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘衍平;陈原

授予年度：2015年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：复合绝缘子 玻璃纤维增强环氧树脂 有限元 屈曲特性 

摘      要：绝缘子是架空输电线路中悬挂与支撑导线的电气绝缘器件,对保障输电线路安全运行起到至关重要的作用,复合绝缘子以其良好的防污闪性能,在电网运行中得到广泛应用。与此同时,其断裂破坏故障也时有发生,造成输电线路掉串、掉线事故,威胁着电网的安全运行。2010年,昌平—房山500kV紧凑型线路发生国内首次有记录的复合绝缘子屈曲失效断裂事故,这与以往悬垂串、耐张串中绝缘子在轴向拉力作用下断裂的破坏形式完全不同。因此,有必要对V形复合绝缘子串的屈曲力学特性进行深入研究,为其加工工艺改进和运行更换周期确定提供参考。本文通过ANSYS建模仿真,分别基于线性、非线性大变形理论对V串的屈曲变形情况及力学特性进行了研究。分析了线路走廊途径区域的典型气象条件,分别计算出V串悬挂点的水平和垂直外载荷,确定了极端气象条件下的最大风偏角度及其对V串受力的影响。介绍了复合绝缘子及其芯棒的生产工艺特点,基于Halpin-Tsai方程理论,在ANSYS环境中建立了玻璃纤维增强环氧树脂材料的有限元模型。分别用数值法、解析法求得复合芯棒的屈曲临界载荷,对芯棒进行了非线性屈曲分析。对V串整体的屈曲失稳变形情况进行了仿真模拟。结果表明：最大风偏角大于V串夹角的一半,下风向绝缘子在轴向压力作用下发生屈曲变形;复合芯棒屈曲临界载荷的数值解和解析解相差不超过0.2%,验证了建模的有效性,第3阶屈曲模态振型与实际变形情况比较接近;对V串整体失稳变形的仿真模拟发现,中间联板偏转角度对特征值、特征矢量的影响显著。在国内对V串屈曲变形的研究中,本文首次关注中间联板偏转角度对变形情况的影响,得到了与实际工况吻合的变形、应力云图。可以在此基础上,开展进一步的研究,调整试验思路,改进试验设备。