適用于覆冰地區(qū)使用的復(fù)合絕緣子傘形結(jié)構(gòu)研究

項(xiàng)目嚴(yán)格按照項(xiàng)目計(jì)劃書(shū)要求展開(kāi)工作，并達(dá)到了相應(yīng)的目標(biāo)。本項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)外首次提出在研究不同傘形結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子在不同條件下的覆冰規(guī)律和研究覆冰復(fù)合絕緣子的冰閃模型與放電路徑的基礎(chǔ)上，提取具有優(yōu)良冰閃性能的傘形參數(shù)規(guī)律，針對(duì)不同冰區(qū)對(duì)復(fù)合絕緣子進(jìn)行傘形結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)思路，在帶電與不帶電、不同覆冰程度、不同風(fēng)速下研究不同傘形結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子的覆冰規(guī)律和冰閃特性。研究發(fā)現(xiàn)：電場(chǎng)、風(fēng)速、染污方式和傘形結(jié)構(gòu)均對(duì)復(fù)合絕緣子覆冰和冰閃特性有一定的影響，優(yōu)化的傘形結(jié)構(gòu)能提高復(fù)合絕緣子的電氣性能；項(xiàng)目首次建立“多電弧-多冰帶”冰閃模型；同時(shí)，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果、電場(chǎng)仿真和所建的冰閃模型，對(duì)不同冰區(qū)復(fù)合絕緣子傘形結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果對(duì)提高復(fù)合絕緣子在覆冰地區(qū)的電氣性能，減少電網(wǎng)覆冰災(zāi)害具有重要的工程價(jià)值；項(xiàng)目提出的“多電弧-多冰帶”冰閃模型也有助于完善覆冰絕緣子冰閃機(jī)理與模型，具有較為重要的理論意義。 2100433B

復(fù)合絕緣子重量輕、耐污性能好，目前已廣泛應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)中；但在覆冰環(huán)境下，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子傘裙易被冰凌橋接，電氣性能下降顯著。為了提高復(fù)合絕緣子在覆冰地區(qū)的電氣性能，解決復(fù)合絕緣子在覆冰地區(qū)的適用性問(wèn)題，有必要對(duì)其傘形結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究。本項(xiàng)目選取大型多功能人工氣候室與雪峰山自然覆冰試驗(yàn)站作為研究場(chǎng)所，分別在帶電與不帶電、不同覆冰程度、不同風(fēng)速下研究不同傘形結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子的覆冰規(guī)律；通過(guò)仿真計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證研究覆冰復(fù)合絕緣子的電位電場(chǎng)分布規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，建立復(fù)合絕緣子多電弧-多冰帶冰閃模型，尋求覆冰復(fù)合絕緣子的放電路徑，確定其冰閃電壓，并通過(guò)超高速攝像機(jī)拍攝的電弧發(fā)展過(guò)程與覆冰閃絡(luò)試驗(yàn)，驗(yàn)證所建立的冰閃模型；進(jìn)而在此基礎(chǔ)上提取具有優(yōu)良冰閃性能的復(fù)合絕緣子傘形參數(shù)規(guī)律，設(shè)計(jì)適用于不同冰區(qū)的優(yōu)化傘形結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子，并在人工氣候室、自然覆冰試驗(yàn)站及實(shí)際線路上驗(yàn)證其防冰閃效果。

線路覆冰雨凇覆冰

是在凍雨期發(fā)生于低海拔地區(qū)的覆冰，持續(xù)時(shí)間一般較短，環(huán)境溫度接近冰點(diǎn)，風(fēng)相當(dāng)大，積冰透明，在導(dǎo)線上的粘合力很強(qiáng)，冰的密度很高，雨凇覆冰是混合凇覆冰的初級(jí)階段，由于凍雨持續(xù)期一般較短，因此，導(dǎo)線覆冰為純粹的雨凇覆冰的情況相對(duì)較少。

線路覆冰混合凇

當(dāng)溫度在冰點(diǎn)以下，風(fēng)比較猛時(shí)，則形成混合凇。在混合凇覆冰條件下，水滴凍結(jié)比較弱，積冰有時(shí)透明，有時(shí)不透明，冰在導(dǎo)線上粘合力很強(qiáng)。導(dǎo)線長(zhǎng)期暴露于濕氣中，便形成混合凇?；旌馅∈且粋€(gè)復(fù)合覆冰過(guò)程，密度較高，生長(zhǎng)速度快，對(duì)導(dǎo)線危害特別嚴(yán)重。

線路覆冰軟霧凇

輕霧凇是由于山區(qū)低層云中含有的過(guò)冷水滴，在極低溫度與風(fēng)速較小情況下形成的。這種積冰呈白色、不透明、晶狀結(jié)構(gòu)、密度小，在導(dǎo)線上附著力相當(dāng)弱。最初的結(jié)冰是單向的，由于導(dǎo)線機(jī)械失衡，逐漸圍繞導(dǎo)線均勻分布，在此情況下，這種冰對(duì)導(dǎo)線一般不構(gòu)成威脅。

線路覆冰白霜

白霜是空氣中濕氣與0℃以下的物體接觸時(shí)，濕氣往冷物體表面凝合形成的，白霜在導(dǎo)線上的粘結(jié)力十分微弱，即使是輕輕地振動(dòng)，也可以使白霜脫離所粘結(jié)導(dǎo)線的表面，與其他類型覆冰相比，白霜基本不對(duì)導(dǎo)線構(gòu)成嚴(yán)重危害。

線路覆冰干雪

空氣中的干雪或冰晶很難粘結(jié)到導(dǎo)線表面。只有當(dāng)空氣中的雪為“濕雪”時(shí)，導(dǎo)線才會(huì)出現(xiàn)積雪現(xiàn)象。當(dāng)有強(qiáng)風(fēng)時(shí)，雪片易被風(fēng)吹落，導(dǎo)線覆雪不可能發(fā)生，故導(dǎo)線覆雪受風(fēng)速制約，因此平原地區(qū)或低地勢(shì)無(wú)風(fēng)地區(qū)，導(dǎo)線覆雪現(xiàn)象較山區(qū)常見(jiàn)。

在寒冷海域海洋工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，控制荷載多為冰荷載，從而抗冰結(jié)構(gòu)成為設(shè)計(jì)的主要方向之一，而能夠?qū)е卤虐l(fā)生彎曲破壞的破冰錐形結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)際冰工程界已針對(duì)冰排與錐形結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)程開(kāi)展了一定規(guī)模的研究，但仍有較多關(guān)鍵性問(wèn)題尚未得到揭示，如冰排的斷裂長(zhǎng)度、碎冰的堆積進(jìn)程、冰荷載的準(zhǔn)確估算方法、冰激錐形結(jié)構(gòu)振動(dòng)等。目前國(guó)際上最新的研究成果表明，冰排上是否有雪覆蓋對(duì)上述問(wèn)題具有重要的影響，但尚未有覆雪冰排與錐形結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)程研究開(kāi)展的實(shí)例，進(jìn)而覆雪情況對(duì)上問(wèn)題具體的控制機(jī)理與影響水平還不得而知。本課題正是針對(duì)這一問(wèn)題，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試、理論分析與物理模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法，開(kāi)展覆雪冰排與錐形結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)程的研究。本課題將研制出室內(nèi)生成覆雪模型冰蓋的試驗(yàn)技術(shù)，填補(bǔ)國(guó)際范圍內(nèi)冰工程模型試驗(yàn)在該技術(shù)上的空白，并最終通過(guò)系統(tǒng)研究，揭示覆雪情況對(duì)冰排與錐形結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)程的控制機(jī)理與影響水平。

在寒冷海域海洋工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，控制載荷多為冰荷載，從而抗冰結(jié)構(gòu)成為設(shè)計(jì)的主要方向之一，而能夠?qū)е卤虐l(fā)生彎曲破壞的破冰錐形結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)際冰工程界已針對(duì)冰蓋與錐形結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)程開(kāi)展了一定規(guī)模的研究，但仍有較多關(guān)鍵性問(wèn)題尚未得到揭示，如冰排的斷裂長(zhǎng)度、碎冰的堆積進(jìn)程、冰荷載的準(zhǔn)確估算方法、冰激錐形結(jié)構(gòu)振動(dòng)等。目前國(guó)際上最新的研究成果表明，冰蓋上是否有雪覆蓋對(duì)上述問(wèn)題具有重要的影響，但尚未有覆雪冰蓋與錐形結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)程研究開(kāi)展的實(shí)例，進(jìn)而覆雪情況對(duì)上問(wèn)題具體的控制機(jī)理與影響水平還不得而知。本項(xiàng)目正是針對(duì)這一問(wèn)題，通過(guò)調(diào)查研究、理論分析與物理模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法，開(kāi)展了覆雪冰蓋與錐形結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)程研究。本項(xiàng)目首先基于現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試結(jié)果，結(jié)合多年冰模型試驗(yàn)積累的模型冰生成與制備試驗(yàn)技術(shù)，成功地開(kāi)發(fā)出覆雪模型冰蓋的室內(nèi)生成試驗(yàn)技術(shù)，并對(duì)覆雪冰排的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究。在取得相關(guān)進(jìn)展的基礎(chǔ)上，對(duì)錐形結(jié)構(gòu)前覆雪冰排破壞模式進(jìn)行了理論分析，并根據(jù)分析結(jié)果制定了相應(yīng)的試驗(yàn)方案。課題組在天津大學(xué)冰工程實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了包括多種雪厚、冰速、錐角以及錐體水線面直徑在內(nèi)的一系列模型試驗(yàn)，獲得了大量寶貴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。項(xiàng)目以所有不同覆雪水平下錐體冰力時(shí)程曲線分析為基礎(chǔ)，聯(lián)系試驗(yàn)影像觀測(cè)，結(jié)合已有的冰排破壞理論，歸納概括覆雪冰排斷裂的模式及機(jī)理，構(gòu)建了考慮冰排覆雪水平的錐體冰力幅值理論分析模型和冰激錐形結(jié)構(gòu)振動(dòng)動(dòng)力分析模型。綜合冰條件、覆雪水平、抗冰錐尺寸、碎冰塊尺寸及分布演變規(guī)律等因素，最終構(gòu)建覆雪冰排與錐形結(jié)構(gòu)相互作用的數(shù)值模型。結(jié)合課題培養(yǎng)研究生8名。發(fā)表論文8篇，其中被SCI收錄3篇，EI收錄4篇。 2100433B