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不良气象微环境下桥塔横梁覆冰灾害过程模拟

科学技术与工程 2024年第16期24卷 6980-6988页

作者：周鑫隆孟鸿儒肖衡林宁新辉马强陈智湖北工业大学土木建筑与环境学院武汉430068 湖北省融雪化冰工程中试基地武汉430068

冬季桥塔横梁坠冰是威胁桥梁交通安全的重大隐患之一,系统分析不良气象微环境下横梁覆冰灾害过程机制,是保证桥梁交通安全的迫切需求。依托FLUENT与FENSAP-ICE软件建立桥塔横梁覆冰数值仿真模型,探讨风速、液态水含量和环境温度等微气... 详细信息

冬季桥塔横梁坠冰是威胁桥梁交通安全的重大隐患之一,系统分析不良气象微环境下横梁覆冰灾害过程机制,是保证桥梁交通安全的迫切需求。依托FLUENT与FENSAP-ICE软件建立桥塔横梁覆冰数值仿真模型,探讨风速、液态水含量和环境温度等微气象参数对桥塔横梁覆冰灾害演化过程的影响规律。结果表明:所提出的数值仿真方法在明冰及霜冰条件下均具有较高的可行性与准确性;对武汉长江二桥桥塔横梁结冰数值模拟发现,覆冰区域集中分布于横梁迎风侧前缘及上下边缘,整体呈现出“U”形分布特征,是横梁防冰、除冰的重点区域;不良气象微环境是影响横梁结冰形态、分布及覆冰量的重要因素,覆冰形状受风速、液态含水量影响较大,受温度影响较小。

关键词：桥塔横梁气象微环境积冰覆冰量桥梁安全

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架空输电导线三维时变积冰计算

哈尔滨工业大学学报 2023年第1期55卷 116-124页

作者：周超晁萌电站能量传递转化与系统教育部重点实验室(华北电力大学) 北京102206 河北省电力机械装备健康维护与失效预防重点实验室(华北电力大学) 河北保定071003

输电线路覆冰严重影响电网安全运行。现有输电线路积冰模型多忽略轴向积冰差异,且将关键积冰参数设定为时不变(单步)条件,鲜见时变参数(多步)三维积冰模型的讨论。本文基于润滑理论及导线覆冰机理,提出了考虑时变积冰参数影响下的输电... 详细信息

输电线路覆冰严重影响电网安全运行。现有输电线路积冰模型多忽略轴向积冰差异,且将关键积冰参数设定为时不变(单步)条件,鲜见时变参数(多步)三维积冰模型的讨论。本文基于润滑理论及导线覆冰机理,提出了考虑时变积冰参数影响下的输电导线覆冰模型。依托ANSYS-Fluent ICING模块,对三维导线模型开展时变参数积冰计算,利用真实输电线路覆冰试验数据对计算方法的有效性进行了验证,计算结果与试验结果吻合度较好。在此基础上对比研究了单步与多步积冰算法,并着重分析了输电导线倾斜角度、导线直径对积冰形貌、积冰质量的影响。结果表明:多步积冰计算法较单步积冰计算法精度提高约8%。干覆冰条件下,随输电线倾斜角度增大,输电线上积冰形貌和积冰质量均没有明显变化;湿覆冰条件下,输电线倾斜角度对积冰有显著影响,当倾斜角度由0°增至60°,表面积冰覆盖面积减小、积冰形貌逐渐圆滑,但积冰质量降低约21%。对比不同直径导线积冰计算结果,大直径导线积冰量明显高于小直径导线。

关键词：架空输电线三维积冰模型时变参数雾凇覆冰雨凇覆冰冰形覆冰量

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采用扩径导线替代分裂导线的防冰方法

电工技术学报 2020年第11期35卷 2469-2477页

作者：毕聪来蒋兴良韩兴波杨忠毅任晓东输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044

输电线路覆冰对电力系统安全运行具有严重威胁,目前已有多种防冰除冰方法,但每种方法都有其局限性,对于一些微气象、微地形重覆冰地区尚未有较好的解决方法。与钢芯铝绞线相比,在传输能力相同的情况下,扩径导线具有更好的抗冰效果。为... 详细信息

输电线路覆冰对电力系统安全运行具有严重威胁,目前已有多种防冰除冰方法,但每种方法都有其局限性,对于一些微气象、微地形重覆冰地区尚未有较好的解决方法。与钢芯铝绞线相比,在传输能力相同的情况下,扩径导线具有更好的抗冰效果。为此该文提出采用扩径导线替代分裂导线防冰的方法。在该方法论证中,考虑电气因素,分析扩径导线临界起晕电压和表面电场分布特性,结果表明:其临界起晕电压低于运行电压,其表面电场低于分裂导线表面电场。自然覆冰试验结果表明:使用有效导电面积相同的扩径导线代替分裂导线,覆冰量减少约30%~80%,能显著提高抗冰强度,从而达到非人工干预的防止冰雪灾害的目的。

关键词：扩径导线分裂导线表面电场碰撞系数覆冰量自然覆冰

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等效扩径导线与分裂导线覆冰比较

高电压技术 2022年第7期48卷 2698-2705页

作者：王新宽喻建波刘振华秦榛蒋兴良胡琴国网重庆市电力公司经济技术研究院重庆400022 重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400030

覆冰地区的输电线路覆冰将对电网的安全稳定运行产生严重威胁,甚至导致大面积停电。考虑到扩径导线具有覆冰少、表面电场强度低等优点,在覆冰地区采用扩径导线有望降低输电线路的冰灾事故。为此结合导线覆冰形成机理,在雪峰山野外站对... 详细信息

覆冰地区的输电线路覆冰将对电网的安全稳定运行产生严重威胁,甚至导致大面积停电。考虑到扩径导线具有覆冰少、表面电场强度低等优点,在覆冰地区采用扩径导线有望降低输电线路的冰灾事故。为此结合导线覆冰形成机理,在雪峰山野外站对导线覆冰与其直径的关系进行了十余年的观测统计分析,并对扩径导线替代n(n=4,6,8)分裂导线的3种方案的覆冰特性和机械特性进行对比研究。结果表明:导线覆冰与其直径的关系满足导线直径越大,水滴碰撞率越低,覆冰量越少;与普通分裂导线相比,采用有效导电面积相同的扩径导线代替分裂导线,其传输能力相同,但覆冰量减少约60%~70%,提高了输电线路的抗冰强度,且其机械特性也优于多分裂导线。该研究结果可为覆冰地区的高压、超高压以及特高压输电线路采用扩径导线替代分裂导线实现冰灾的有效防治提供新思路和数据参考。

关键词：扩径导线分裂导线覆冰量自然覆冰机械特性

预染污方式对复合绝缘子人工覆冰直流闪络电压的影响

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高电压技术 2009年第3期35卷 551-556页

作者：蒋兴良周仿荣胡建林张志劲杨剑蓝重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400030

绝缘子覆冰是一种特殊形式的污秽,一般来说覆冰前绝缘子表面存在污秽才会导致绝缘子在运行电压下发生冰闪。为模拟和表征污秽对绝缘子冰闪电压的影响,根据多功能人工气候室的试验结果,探讨了染污方式,即固体涂层法或覆冰水电导率法对两... 详细信息

绝缘子覆冰是一种特殊形式的污秽,一般来说覆冰前绝缘子表面存在污秽才会导致绝缘子在运行电压下发生冰闪。为模拟和表征污秽对绝缘子冰闪电压的影响,根据多功能人工气候室的试验结果,探讨了染污方式,即固体涂层法或覆冰水电导率法对两种型式的复合绝缘子覆冰直流电压的影响,分析了人工覆冰绝缘子的两种染污方式之间的关系。研究结果表明:在对冰闪电压的影响上,两种染污方式存在等价性,但采用覆冰水电导率模拟污秽时试验简便,试验结果的分散性相对较小;染污方式对覆冰绝缘子的放电路径有影响,固体涂层法染污的复合绝缘子冰闪路径沿着绝缘子表面,由于憎水性的影响,其间歇性电弧容易烧伤伞裙表面,导致憎水性下降或丧失;覆冰水电导率模拟污秽时,放电沿着冰层外表面,试验结果的分散性较小,试验简便和易于控制。因此,建议试验时可以采用覆冰水电导率法模拟污秽。

关键词：复合绝缘子覆冰闪络电压染污方式直流覆冰量

基于最优时间步长模型的输电导线雾凇覆冰预测

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电工技术学报 2018年第18期33卷 4408-4418页

作者：蒋兴良姜方义汪泉霖罗兵韩兴波输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心广州510080

输电导线覆冰是影响电力系统安全稳定运行的主要自然灾害之一,研究大气环境参数对导线覆冰过程的影响并对其进行准确预测具有重要意义。考虑直接影响覆冰预测准确度和计算时间开销的计算时间步长ts,研究并提出覆冰预测最优时间步长模型... 详细信息

输电导线覆冰是影响电力系统安全稳定运行的主要自然灾害之一,研究大气环境参数对导线覆冰过程的影响并对其进行准确预测具有重要意义。考虑直接影响覆冰预测准确度和计算时间开销的计算时间步长ts,研究并提出覆冰预测最优时间步长模型,针对雾凇覆冰情形,在每步预测计算中重新确定时变环境参数,对重构网格贴体加密,采用有限体积法求解基于RNG方法的k-ε湍流模型得到气流流场,采用拉格朗日方法在气流流场基础上得到过冷却水滴运动轨迹,通过后处理获得导线雾凇覆冰质量与冰形。研究导线在不同风速、大气温度、液态水含量、水滴中值体积直径以及导线直径等因素下的雾凇覆冰质量与冰形,总结了各因素对导线雾凇覆冰的影响规律。为验证所建雾凇覆冰预测模型,在重庆大学雪峰山自然覆冰试验基地进行了自然雾凇覆冰试验。试验得到的覆冰质量及冰形均与文中预测结果吻合度较好,证明了该预测模型准确、有效。

关键词：导线雾凇覆冰最优时间步长冰形覆冰量时变参数预测

覆冰XP-160型绝缘子串的操作冲击闪络特性

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电网技术 2008年第11期32卷 95-98页

作者：盛道伟蒋兴良苑吉河孙利朋黄斌输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市沙坪坝区400044

目前对操作冲击电压作用下的覆冰绝缘子电气特性的研究较少。文章在人工气候室内进行了模拟覆冰试验,研究了普通悬式覆冰瓷绝缘子的操作冲击特性。结果表明:覆冰将导致绝缘子的操作冲击特性下降,且随着覆冰量、覆冰水电导率的增加,50%... 详细信息

目前对操作冲击电压作用下的覆冰绝缘子电气特性的研究较少。文章在人工气候室内进行了模拟覆冰试验,研究了普通悬式覆冰瓷绝缘子的操作冲击特性。结果表明:覆冰将导致绝缘子的操作冲击特性下降,且随着覆冰量、覆冰水电导率的增加,50%放电电压下降且50%放电电压降低的百分比有明显的饱和趋势,击穿时间几乎发生在波尾和波峰附近。根据试验结果,文章还得到了50%放电电压与覆冰量、覆冰水电导率分别满足负指数幂函数关系的结论。

关键词：覆冰绝缘子操作冲击覆冰量覆冰水电导率

110kV覆冰绝缘子串操作冲击放电特性研究

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110kV覆冰绝缘子串操作冲击放电特性研究

作者：盛道伟重庆大学

学位级别：硕士

绝缘子串覆冰后其电气强度急剧下降,造成覆冰绝缘子串冰闪事故,严重威胁电力系统的安全运行。覆冰绝缘子串冰闪事故可能是在操作过电压所造成的,但目前国内外对工作电压下覆冰绝缘子串的闪络特性和机理的研究较多,对于操作冲击电压下覆... 详细信息

绝缘子串覆冰后其电气强度急剧下降,造成覆冰绝缘子串冰闪事故,严重威胁电力系统的安全运行。覆冰绝缘子串冰闪事故可能是在操作过电压所造成的,但目前国内外对工作电压下覆冰绝缘子串的闪络特性和机理的研究较多,对于操作冲击电压下覆冰绝缘子串放电特性却研究甚少。为满足覆冰地区外绝缘设计的需要,开展绝缘子串覆冰操作冲击放电特性的研究具有重要的意义。本文选用输电线路常用的三种不同材质的绝缘子为试品,在大型多功能气候室内模拟自然覆冰,以覆冰量和覆冰水电导率为特征参量,试验研究了覆绝缘子串的操作冲击放电特性。研究结果表明:在严重覆冰且覆冰水电导率较高时,瓷、玻璃和复合绝缘子覆冰后的正(负)极性操作冲击50%放电电压分别比干燥清洁时的低了52.85%(66.28%)、43.19%(56.95%)和48.59%(59.67%)。覆冰绝缘子正(负)极性操作冲击50%放电电压与覆冰状态和覆冰特征参量有关,50%放电电压U50与覆冰水电导率或覆冰量均满足负指数幂函数规律。对放电时间的统计分析表明,覆冰绝缘子在操作冲击击穿时间大多发生在操作波的波尾及波峰附近,50%放电电压与波尾时间有关。覆冰瓷和玻璃绝缘子串无明显极性效应,但复合绝缘子具有一定的极性效应,即复合绝缘子正极性操作冲击50%放电电压低于负极性,但其极性效应随覆冰量的增加而减弱。操作冲击下覆冰绝缘子串50%放电电压降低的原因是沿面电位分布的畸变,高压端电极附近区域承受较高的场强,泄漏电阻下降以及沿绝缘子(串)表面的泄漏距离减小。

关键词：覆冰绝缘子操作冲击覆冰量覆冰水电导率

架空输电导线三维时变积冰模型及关键影响因素研究

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架空输电导线三维时变积冰模型及关键影响因素研究

作者：晁萌华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

长期以来输电线路覆冰严重影响电网安全运行,覆冰机理的研究是国内外亟待解决的问题,由于涉及到的影响因素众多,使得覆冰机理研究较为困难。目前,覆冰模型较少考虑导线表面未冻结的液态水流动过程,且多忽略轴向积冰差异,将关键积冰参数... 详细信息

长期以来输电线路覆冰严重影响电网安全运行,覆冰机理的研究是国内外亟待解决的问题,由于涉及到的影响因素众多,使得覆冰机理研究较为困难。目前,覆冰模型较少考虑导线表面未冻结的液态水流动过程,且多忽略轴向积冰差异,将关键积冰参数设定为时不变(单步)条件,鲜见时变参数(多步)三维积冰模型的研究。针对当前输电线覆冰增长模型的不足,本文基于润滑理论及导线覆冰机理,提出了导线表面补水模型及考虑时变积冰参数影响下的输电导线覆冰模型,并针对影响覆冰的关键参数进行了分析,论文主要研究及结论如下:(1)考虑到水膜受到重力,分子间作用力、表面张力及粘附力的作用,建立水膜在无风工况下的流动模型,求解流动方程和质量守恒得到水膜最终形态。在此基础上增加风载荷影响,继续求解水膜演变方程,并逐一分析导线表面粗糙度、水膜厚度、风速等对水膜形态的影响。研究发现:导线表面粗糙度阻碍水膜流动,易致水膜破裂分散。风速对水膜上水线形成影响度较大,随风速增大水线形成时间缩短,水线高度增大,且不断向背风面移动;(2)计及导线表面水膜形态研究,进一步对热量平衡、覆冰密度及多步积冰算法求解,得出导线表面覆冰质量和冰形。结合ANSYS Fluent-icing模块,对三维导线模型开展时变参数积冰计算,利用真实输电线路覆冰试验数据对计算方法的有效性进行验证,并对比了单步与多步积冰算法。研究表明:计算结果与试验结果吻合度较好。多步积冰计算法较单步积冰计算法精度提高约8%。湿覆冰(雨凇)积冰条件下,覆冰外形计算精度提高约6%,覆冰质量计算精度提高约5%;(3)在三维积冰模型研究基础上,综合分析了输电导线倾斜角度、环境温度、风速、空气中过冷液滴中值体积直径、导线直径、导线内传输电流对积冰形貌、积冰质量、导线表面水膜流动状态的影响。湿覆冰条件下,输电线倾斜角度对积冰有显著影响,随倾斜角度由0°增至60°,表面积冰覆盖面积减小、积冰形貌逐渐圆滑,但积冰质量降低约21%。随风速、过冷液滴中值体积直径、导线直径增加,导线上覆冰增长速率及表面覆冰面积逐渐提高,覆冰表面粗糙度降低;随导线内传输电流增大,导线表面焦耳热效应增强,积冰速率下降,冰层上水膜质量增加,并向背风面移动,最终形成扁平状覆冰外形。

关键词：架空输电线表面水膜三维积冰模型时变参数冰形覆冰量