摘要：本文针对220kV输电线路绝缘子串周围有水滴下落时电压不均匀问题，通过ANSYS有限元仿真软件建立二维计算模型，并确定了220kV绝缘子串在晴天和雨天时的电压分布，对保证输电线路在雨天的安全、稳定运行有重要意义。

    绝缘子串用于支撑导线，并保证导线与大地、杆塔间的绝缘安全，其性能的优劣直接影响输电线路的安全运行。然而在下雨天，绝缘子串周围下落的水滴在一定程度上会改变绝缘子串上的电压分布，使绝缘串上局部的电压过大，长此以往会造成绝缘子的闪络，从而影响输电线路的安全运行，因此确定220kV绝缘子串在下雨天的电位分布对有效防止绝缘子的雨闪，确保输电线路安全、有效运行有重要的意义。目前，国内外对绝缘子串的污闪和覆冰情况下的电位分布研究较多，但对绝缘子周围下落水滴对绝缘子电压分布的影响尚无研究，且高压绝缘子的电位分布难以实测，因此本文通过ANSYA有限元仿真软件分别对220kV输电线路绝缘子在晴天和雨天时的电位分布进行了研究。

    1 220kV输电线路绝缘子串实体仿真模型
    高压输电线路棒形复合悬式绝缘子是由绝缘芯棒、硅橡胶伞套及两端的连接金具组成。利用ANSYS有限元仿真软件建立二维仿真模型时，首先选用型一号为FXSW4-220/100的伞形绝缘子串，其结构高度为2 240mm，绝缘距离为2 000mm，最小公称爬电距离为6 600mm，绝缘子串片数选择49片。图1为绝缘子串的部分实体，图2是绝缘子串的二维仿真模型。因为绝缘子串是轴对称图形，所以选取绝缘子串的一半进行建模，并进行仿真。

    2.仿真计算
    220kV输电线路电压频率为50Hz，其波长为6000km，因极间绝缘距离远小于此波长，故绝缘子串电压分布可近似按静电场来分析。ANSYS是专业的有限元分析软件，可利用ANSYS电磁分析中的静电场分析功能对220kV输电线路绝缘子串进行电压分布分析。静电场的基本方程为泊松方程，故在求解域内有：

    建立模型时首先赋予材料属性，绝缘子串各组成部分的材料属性见表1。绝缘子串模型上下两个矩形部分赋予金具材料属性，中间的长方形部分赋予芯棒材料属性，三角形部分赋予硅橡胶的材料属性，最后给周围的大圆形区域赋予空气的材料属性，对于有水滴的绝缘子串模型还需定义水滴的材料属性。

    为绝缘子串模型定义材料属性后，对其进行网格划分。首先选取二维单元PLANE121，由于绝缘子串模型较为复杂，因此选取划分单元的尺寸为0．005m，形状为三角形；然后划分空气和水滴，因为空气的面积相对于绝缘子串较大，所以选取单元尺寸为0. 05m，智能网格级别为6。绝缘子串无水滴和有水滴网格划分后的模型如图3所示。

    图3左边绝缘子串模型网格密集、排列规矩，周围的空气网格相对较大，呈三角形排列，与绝缘子串网格之间很好地结合在一起，使计算的结果更加精确。而图3右边绝缘子串模型中出现了两个网格相对密集的区域，这是在空气模型中加入两个直径为0. 005m的水滴模型所导致的，水滴的网格与空气的网格分布均匀，其计算结果有较高的精确度。

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