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覆冰在我國電網(wǎng)輸電線路安全運行過程中一直是一個嚴峻的問題，其不僅可以造成輸電線路、桿塔的機械過載、倒塌，同時也可造成輸電線路絕緣子串的覆冰閃絡(luò)。針對覆冰對電網(wǎng)輸電線路安全的影響機理，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究。

導(dǎo)線覆冰造成的影響主要集中在機械特性上，因而研究導(dǎo)線覆冰機理，建立覆冰模型，預(yù)測其覆冰增長一直是關(guān)注重點。其中，以基于水滴碰撞、捕獲、凍結(jié)的三參數(shù)模型運用最為廣泛。模型指出，導(dǎo)線覆冰增長速率決定于過冷卻水滴在導(dǎo)線表面的碰撞、捕獲、凍結(jié)效率，并分別建立起了計算該3個參數(shù)的物理模型，計算涉及氣液二流場、熱力學(xué)方程等。

為完善該模型，相關(guān)研究指出，輸電導(dǎo)線表面電場強度及電暈放電會對覆冰形態(tài)、速率產(chǎn)生影響，必須在計算模型中予以考慮。而有的研究則從水滴在導(dǎo)線表面的碰撞系數(shù)出發(fā)，仿真計算了電場作用對該參數(shù)造成的影響，結(jié)果表明，電場會增大導(dǎo)線表面水滴碰撞范圍及碰撞系數(shù)值。

絕緣子覆冰的主要危害在于覆冰閃絡(luò)帶來的線路跳閘，以往的研究大都集中在覆冰對絕緣子閃絡(luò)電壓的降低特性。而輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室（重慶大學(xué)）的研究人員，從空氣中水滴運動角度出發(fā)，探究水滴在遭遇絕緣子至碰撞到絕緣子表面形成覆冰過程中，其受到絕緣子表面直流電場的影響規(guī)律。

圖1 復(fù)合絕緣表面不同位置的水滴碰撞

圖2 大型多功能人工氣候室及其控制系統(tǒng)

圖3 不帶電和帶電條件下表面濕覆冰形態(tài)

基于流體力學(xué)及電磁場原理，建立了水滴運動數(shù)學(xué)模型，綜合考慮氣流、電場力的作用，對運動水滴進行了受力分析及數(shù)值計算。以復(fù)合絕緣子為樣品，對比分析了其表面不同位置水滴受到電場力變化及產(chǎn)生的軌跡偏移程度，并得出以下結(jié)論：

• 1）覆冰過程中，隨氣流進入復(fù)合絕緣子傘裙半徑區(qū)域內(nèi)的帶電水滴會受到快速增長的電場力作用，其導(dǎo)致水滴軌跡偏移，并趨向于碰撞到絕緣子表面電場強度較大的位置，增大了絕緣子表面不同位置水滴捕獲量的不均衡及覆冰的不均勻性。
• 2）復(fù)合絕緣子不同位置碰撞水滴受到電場的影響程度不同。在同一傘裙處，傘裙表面及傘裙邊緣的水滴軌跡偏離率接近，并明顯大于碰撞到芯棒處的水滴。不同傘裙間，越靠近高壓端的傘裙處水滴軌跡偏移程度越大。
• 3）復(fù)合絕緣子傘裙邊緣、芯棒的水滴碰撞系數(shù)值從駐點向兩端減小，其中帶電條件下的碰撞系數(shù)值大于不帶電條件，小風(fēng)速小水滴半徑下，電場可提高碰撞系數(shù)超過15%，該值隨水滴半徑的增大而減小。
• 4）相對不帶電，帶電干增長覆冰條件下，復(fù)合絕緣子覆冰表面更加粗糙，覆冰增長方向多樣，小風(fēng)速小水滴半徑下的覆冰速率提高百分比超過30%。濕增長覆冰條件下，電場對復(fù)合絕緣子覆冰速率影響較小，但易造成彎曲生長的冰棱。

以上研究成果發(fā)表在2020年第9期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“復(fù)合絕緣子直流電場下的水滴運動及覆冰特性”，作者為韓興波、蔣興良、黃亞飛、任曉東、陳宇。