文档介绍：研究生课程考核试卷(适用于课程论文、提交报告)科目:现代电工工程问题教师:建模与仿真姓名:学号:20161102122t专业:电气工程类别:学术型上课时间:2017年3月至2017年4月考生成绩:卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语:阅卷教师(签名)重庆大学研究生院劣化绝缘子对悬垂串电场分布特性的影响摘要:劣化绝缘子的存在会直接威胁到电力系统的安全运行。针对这一问题,本文利用ANSYS有限元分析软件,采用准静态谐分析方法,建立了绝缘子二维电场计算模型来分析绝缘子在正常情况下和存在缺陷时的电场及电位分布。通过分析对比串中有/无劣化绝缘子时的空间电场分布特性,发现:劣化绝缘子对空间轴向电场分量影响最大;测量距离越远,其空间轴向电场的变化率越小;劣化绝缘子位置靠近高压端时,其空间轴向电场变化率增加,中间位置时最小且基本不变,靠近低压端时又略微增加;2片绝缘子连续劣化比不连续劣化引起空间轴向电场变化率大;通过分析绝缘子串空间轴向电场的变化能够判断出劣化绝缘子及其位置。.模型的建立本模型采用XP-160型陶瓷绝缘子,其结构和尺寸[1]如图1所示:图1XP-160型陶瓷绝缘子其中D=255mm,H=155mm。因为悬挂时的绝缘子串为轴对称结构,因此选用2D模型进行仿真,其材料相对介电常数设置[2]如表1所示:,本文采用了如下方法:利用图片处理软件Photoshop读取结构图的关键点坐标信息,如图2所示;图2Photoshop读取坐标利用matlab编写程序,输入绝缘子实际尺寸即可得到陶瓷表面关键点的坐标,程序代码见附录;新建一个2DDesign,设置SolutionType为Electrostatic,模式为CylindricalaboutZ;利用曲线工具,将得到的关键点实际坐标输入(绝对值),即可得到衫裙的曲面模型。用同样的方法绘制钢帽的轮廓模型。用矩形工具和椭圆工具绘制出钢脚模型,其中矩形宽4mm,高45mm,椭圆长轴4mm,。用矩形工具绘制出水泥区域。将上述各模型互相相减(oolobjectsbeforeoperation)。修改材料。由于没有预设的陶瓷材料,选用玻璃材质[3]glass,按照表1修改该模型后命名为ceramic(),模型命名为gap[5],并修改其颜色为棕色。钢帽和钢脚选用steel_stainless,模型命名为pin和hat,颜色设置为银色。水泥clone玻璃材料模型,按照表1设置介电常数,材料命名为cement,模型命名为cmt,颜色设置为灰色。得到的单个绝缘子模型如图3所示。图3绝缘子模型利用复制一系列该模型构成绝缘子串。假定该绝缘子用于220kV的输电线路,根据文献[3]按照公式1计算绝缘子的个数。(1)式中n——绝缘子片数;Um——系统最高频(线)电压有效值,kV;Ke——绝缘子爬电距离有效系数。计算后决定采用13片XP-160型绝缘子,从高压侧到接地侧分别用1~13号标识,复制间隔为82mm,结果如图4所示。图4绝缘子串激励和求解设置对于220kV的线路,相电压峰值179kV。所以直接设置低端钢帽电压为179kV,顶端钢帽接地为0kV,作为仿真的激励。文献仿真[1]表明,,具体见图5。因此,,换算之后按照图6设置region。图5空气介质厚度改变时绝缘子串周围空间的电场分布图6求解域设置设置SolveSetup,采用默认的设置参数,点击确定。新建一个网格划分,设置单元格最大长度为20mm,运行一次仿真,观察其剖分结果如图7所示,观察认为该剖分密度合理。图7网格划分为了绘制沿平行z轴的电场强度分布曲线,需要设置三条直线。用直线工具,设置三条直线的端点分别为:A1(100,0,0),A2(100,0,990),B1(150,0,0),B2(150,0,990),C1(200,0,0),C2(200,0,990),如图8所示。图8参考线位置劣化绝缘子建模劣化瓷绝缘子在运行状态下时,其钢帽与钢脚之间的瓷和水泥中存在的非贯穿和贯穿性空气间隙会被击穿而短路[4]。仿真时对于存在贯穿性气隙的劣化绝缘子(零值绝缘子)设置其钢帽与钢脚之间的绝缘部分为金属导体材料属性。对于存在非贯穿性气隙的劣化绝缘子(低值绝缘子)设置其钢帽与钢脚之间绝缘中的气隙部分为金属导体材料属性,其余部分仍设置为绝缘材料属性。由于低值绝缘子主要是部分裂痕导致绝缘性能下降,电压分布会分布不均,用二维模型无法仿真。因此新建一个3D模型,将原来的2D模型复制进来,全选后选择draw-sweepalongaxis