基于DEM-CFD耦合技術(shù)的絕緣子動態(tài)積污特性研究.pdf

1、絕緣子污閃是造成電力系統(tǒng)安全運(yùn)行故障的主要原因之一。通過對絕緣子的動態(tài)積污特性的研究,可以了解絕緣子表面動態(tài)積污機(jī)理及絕緣子在復(fù)雜環(huán)境條件下的積污狀況;從而可以采取有效措施來減小絕緣子表面積污,以及降低污閃發(fā)生的概率。絕緣子積污過程是大氣環(huán)境中的污穢顆粒與絕緣子表面相互作用并耦合的過程,國內(nèi)外學(xué)者使用過多種方法進(jìn)行絕緣子積污特性的分析研究,但都沒有采用離散元方法(DEM)和計算流體動力學(xué)方法(CFD)耦合的技術(shù)對絕緣子的積污特性進(jìn)行數(shù)值

2、分析。文章引入離散元技術(shù),通過建立動態(tài)積污模型,分析絕緣子動態(tài)積污特性,然后采用DEM-CFD耦合技術(shù)對標(biāo)準(zhǔn)型和防污型兩種棒狀絕緣子表面動態(tài)積污過程進(jìn)行數(shù)值模擬,并分析污穢顆粒在絕緣子表面沉降的特性,從而根據(jù)地勢環(huán)境、氣候條件以及污穢類型等各種影響因素對絕緣子進(jìn)行選型和安裝。
　　文章首先分析絕緣子的動態(tài)積污過程,建立了顆粒在外流場運(yùn)動、顆粒與絕緣子表面接觸粘附的動態(tài)積污模型。通過對積污模型的計算和分析,得到灰塵顆粒從絕緣子表面脫

3、附所需的最小水平風(fēng)速。然后根據(jù)離散元方法和計算流體力學(xué)方法耦合技術(shù),利用仿真軟件EDEM和FLUENT,選擇合適的數(shù)值耦合模擬方法,采用RNG k-ε湍流模型對空氣流場進(jìn)行數(shù)值計算,采用JKR模型進(jìn)行顆粒和絕緣子表面的接觸分析,并分析耦合域內(nèi)污穢顆粒的動力學(xué)特性;采用歐拉耦合的方法模擬污穢顆粒在絕緣子表面的沉積過程,并考慮湍流脈動及表面能對顆粒擴(kuò)散的影響,從而得到絕緣子表面的積污特性,在得到了絕緣子外部流場以及絕緣子表面污穢顆粒累積特性

4、的基礎(chǔ)上,分析了氣流速度、來流角度、粒徑和絕緣子安裝傾角等對絕緣子動態(tài)積污特性的影響。
　　論文研究結(jié)果表明:重力沉降的臨界水平風(fēng)速與粒徑呈二次函數(shù)關(guān)系;顆粒脫附所需的最小水平風(fēng)速隨粒徑呈負(fù)一次冪函數(shù)分布,粒徑越小,顆粒吸附性越好,越易粘附在絕緣子表面,粒徑增加,顆粒碰撞反彈概率增加,顆粒脫附性能提高;顆粒與上表面碰撞的入射角度小于與下表面碰撞的入射角度,傘裙下表面積污比上表面嚴(yán)重;絕緣子親水性對顆粒粘附性能影響最大,顆粒潤濕性對

5、粘附性能影響最小;對于己粘附顆粒,需要風(fēng)力剪切流速大于30.8m/s時,顆粒才會被清除。一定時間內(nèi),絕緣子表面粘附的污穢顆粒數(shù)隨時間呈線性增長趨勢;隨著風(fēng)速的增加,顆粒粘附速率先增加,然后逐漸下降,粘附速率最大時對應(yīng)的風(fēng)速為最適合積污風(fēng)速,最適積污風(fēng)速隨粒徑的增加逐漸降低,降低幅度越來越小;當(dāng)來流角度為135°左右時,顆粒粘附速率最大;來流角度的變化使顆粒與絕緣子下表面二次碰撞大于上表面,增大了上表面積污。當(dāng)絕緣子軸線、風(fēng)向和重力方向不