表面能对典型绝缘子积污特性影响的数值模拟

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绝缘子是输电线路的重要组成元件,其积污特性会影响绝缘子的外绝缘性能,是外绝缘配置的主要依据之一。而绝缘子表面能作为伞面能量状态的一种描述,直接影响着绝缘子表面的积污性能。因此,掌握自然条件下绝缘子表面能对其积污特性的影响规律,可为绝缘子伞面材料的研究提供一定的参考依据,对有效减少输电线路污闪事故的发生具有重要的现实意义。本文以典型绝缘子为研究对象,对污秽颗粒与绝缘子表面的碰撞及粘附过程进行了受力分析,基于能量方程建立了污秽颗粒动态沉积模型,并利用计算方程得到了两种绝缘子原表面能的数值;利用COMSOL软件对XWP2-160型瓷双伞绝缘子和FXBW-330/120型复合绝缘的风洞积污特性进行了模拟,并将两种绝缘子沉积模型的积污量模拟结果与试验结果进行了对比分析,验证了采用表面能修正沉积模型的数值模拟方法的合理性。通过查找相关文献,得到了两种绝缘子可能存在的表面能极小值。籍此,利用COMSOL建立了XWP2-160型瓷双伞绝缘子和FXBW4-110/100型复合绝缘子的自然积污沉积模型;对所得到的流场和电场进行了分析,分别控制风速、粒径、污秽浓度三种单一因素,对比分析了两种绝缘子原表面能和低表面能下自然积污特性的异同,探究了表面能对绝缘子积污特性的影响。主要研究结果表明:1)采用表面能修正沉积模型的数值模拟方法更具合理性。2)两种绝缘子原表面能的积污量均大于低表面能的积污量,减少绝缘子表面能均可起到降低积污量的效果。3)与瓷双伞绝缘子相比,复合绝缘子两表面能的积污量倍数较小。4)瓷双伞绝缘子在粒径为15μm时,原表面能与低表面能的积污量最低;而复合绝缘子在10μm粒径时,原表面能与低表面能的积污量最低;两者均在20μm粒径时,原表面能与低表面能的积污量间的倍数较大,其最大倍数分别为10.4倍和1.4倍;在较大粒径时,两种绝缘子的低表面能均对积污量的影响较大。5)瓷双伞绝缘子在2m/s时,两表面能的积污量差值较大,与此相似的是,复合绝缘子在2m/s和4m/s时两表面能的积污量差值也较大。6)在1~4m/s风速下,两种绝缘子原表面能和低表面能的积污量均随浓度的增加而增加。故在较高浓度的污染时,低表面能对积污量的影响较大。
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