基于不同均压环的复合绝缘子电场分析
基于不同均压环的复合绝缘子电场分析[20191213104510]
摘 要
复合绝缘子是一种特殊的绝缘控件。随着科技的发展，发展成为了增加爬电距离的而悬挂于高型高压电线连接塔一端的绝缘体。绝缘子在架空输电线路中起着两个基本作用，即支撑导线和防止电流回地。
均压环是一种改善绝缘子串上电压分布的圆环状金具。均压环通过与绝缘子并联的方式来提高绝缘子的绝缘性能，通过调整高压端附近的电压分布从而降低绝缘子沿面电场强度以避免产生电晕，能减少由电晕引起的可听噪声，以及电晕噪声产生的无线电干扰和电视干扰，并能消除由电晕引起的非瓷材料的降解作用。
由于空间直流电场的测量尚未很好解决测量设备引发的电场畸变问题.高压直流绝缘子串表面的场强分布目前还不能很准确的测量。如果能得出均压环参数对复合绝缘子表面场强的分布规律，从而进行最优化设计，不仅能够节省材料，还能尽可能的减小复合绝缘子表面场强分布不均匀所带来一系列问题。因此研究不同均压环下复合绝缘子电场分布规律是非常重要的。
本文主要研究了不同结构均压环对复合绝缘子电场的影响。结合目前大多数研究所采用的有限元方法，选取了有限元软件Ansoft来进行电场仿真。本文所采用的数据是由厂家所给的±800kv 线路复合绝缘子和均压环的实际几何尺寸。在经过初步简化之后建立了三维模型。首先通过添加均压环对比了没有均压环的情况下复合绝缘子表面场强的变化。其次，通过改变均压环的结构参数，得出了不同参数下均压环对复合绝缘子表面场强的影响。本文主要改变了均压环的管径、环径和罩深参数。经过分析发现，当管径、环径和罩深有轻微的变化时，绝缘子表面的最大场强都会发生比较大的变化。为了使均压环实现最优化设计，在本文所用的数据范围内确定了管径参数为110mm，环径参数为800mm，罩深参数为1000mm。为后期的优化设计提供了理论基础。
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关键字:字复合绝缘子；均压环；有限元；Ansoft；表面场强
目录
摘 要 I
第1章 绪论 1
1.1 本课题研究的背景 1
1.2 复合绝缘子均压环的研究现状 2
1.3 本课题研究的意义 4
1.4 本文的主要研究内容与章节安排 5
1.5 本章小结 6
第2章 有限元理论及Ansoft软件 7
2.1有限元理论 7
2.1.1 有限元思想 7
2.1.2 有限元法的应用 7
2.2.3 网格剖分 8
2.2 Ansoft软件 9
2.3本章小结 10
第3章 对复合绝缘子和均压环的Ansoft软件仿真 11
3.1 开域问题的解决 11
3.1.1边值问题 12
3.1.2渐进边界条件 13
3.2模型仿真 17
3.2.1建立工程 17
3.2.2求解器类型的确定 18
3.2.3建立几何模型 18
3.2.3确定计算区域 20
3.2.4网格剖分 20
3.2.5设置激励和计算参数 21
3.2.6仿真 21
3.3本章小结 22
第4章 均压环结构参数改变时对复合绝缘子电场影响的研究 24
4.1均压环管径对复合绝缘子电场影响的研究 24
4.2均压环环径对复合绝缘子电场影响的研究 26
4.3均压环罩深对复合绝缘子电场影响的研究 28
4.4数据分析 30
4.5结论 32
4.6本章小结 32
第5章 总结与展望 33
5.1 课题总结 33
5.2 课题展望 33
参考文献 I
第1章 绪论
1.1 本课题研究的背景
复合绝缘子，是指绝缘件由玻璃纤维树脂芯棒、合成材料护套、伞裙和两端的连接金具组成的绝缘子。是架空输电线路的关键部件之一,其性能优劣将直接影响到整条线路的运行安全。
复合绝缘子的整个结构由芯棒、护套、伞群和连接金具组成。芯棒是绝缘子承担外力负荷的部件。我国现有的绝缘子芯棒是由以环氧树脂和玻璃纤维为主要原料加其它添加剂通过引拔制成的。而早期的普通芯棒在耐高温方面有所欠缺，曾在线路运行中由于各种原因造成了脆断等恶性事故，经过科研人员的一系列研究，研制出了耐高温芯棒、耐酸耐高温芯棒等新型芯棒。伞裙护套是合成绝缘子的外绝缘,它保护芯棒免受大气环境的侵袭，一般是用硅胶制成的，具有良好的憎水性、抗老化性、耐漏电起痕性和耐电蚀损性。复合绝缘子的端部金具的主要作用是连接绝缘子和高压电线杆。要具有较好的抗舞性和抗风性。
与传统的瓷玻璃绝缘子相比,合成绝缘子具有重量轻、强度高,耐污闪能力强,制造、维护、运输方便等优点,尽管我国在合成绝缘子的研究方面起步较晚,但近年来发展十分迅猛,越来越受到了电力系统的认可和好评。
均压环是一种改善绝缘子串上电压分布的圆环状金具。一般情况下由铝制的或者钢制的。主要作用是均压，可将高压均匀分布在物体周围，保证在环形各部位之间没有电位差，从而达到均压的效果。
在使用瓷或者玻璃的绝缘干线路上，仅在500KV线路上我们见到过均压环，而且使用复合绝缘子的线路上，在110kv---220kv线路上差不多都是用均压环，这是因为复合绝缘子较之次或玻璃绝缘子，其电压更加不均匀。众所周知，绝缘子的电压分布与其自身的对地电容量有关，对地电容量大的绝缘子电压分布趋于均匀，反之则不均匀。复合绝缘子较之瓷或玻璃绝缘子的对地电容小，则电压的不均匀分布是显而易见的了。而复合绝缘子这种电压的不均匀分布，电压等级越高，表现原价明显，理论计算表明，在电压超过500kv，复合绝缘子靠近带电端的电场强度，已经超过了空气的击穿强度。因此，在高电压等级的线路上使用复合绝缘子应适当配置均压环，除此之外，复合绝缘子上配置均压环，除了具有均压效果外，还可以起到引弧作用，线路上产生的放电闪络两环之间，保护伞群表面不被灼伤。
复合绝缘子在实际运行时如果不安装均压环，其表面电场强电压分布不均匀意识一个不争的事实，但符合绝缘子均压环的安装位置及均压环结构对合成绝缘子电压分布改善的影响很大。在不安装均压环的情况下，复合绝缘子靠近带电端的绝缘子与端部金属附件连接处的场强最高，靠近带电端第一个伞群上的分布电压最高。如果均压环还踢所在的平面与绝缘体和端部金属附件的连接处在同一高度上，均压环几乎起不到均压作用。随着均压环插入绝缘体高度的增加，由于均压环的均压与屏蔽作用，均压效果就愈加明显。
但是，均压环插入绝缘体的高度增加，其电压分布得到改善，但绝缘子的有效放电距离因此而缩小，造成雷电冲击放电电压的降低，实验表明，我国现有的复合绝缘子在安装均压环后与为安装均压环相比，其雷电冲击放电电压降低6-11%。
1.2 复合绝缘子均压环的研究现状
在实际应用中，均压环在220 kV电压等级线路上通常仅安装在复合成绝缘子高压端，当线路电压等级超过330 kV时，复合成绝缘子的高压端和接地端均需安装均压环。然而，并不是任意结构参数的均压环都能均匀绝缘子沿面电位分布，从而降低绝缘子表面电场强度，均压环的结构参数及安装位置等因素将直接影响绝缘子表面的沿面电位分布；同时，当均压环自身的表面电场强度超过 2.2kV/mm时，均压环自身也会产生电晕，这样反而使得绝缘子的绝缘性能降低。
现有文献对复合绝缘子均压环的研究中采用了三种方法：分域迭代法、边界元法和有限元法。
分域迭代法主要是利用分域思想将结构复杂的绝缘子及其表面空间作为细剖分区域,杆塔、导线及外部空间部分作为辅助计算区域,对细剖分区域和辅助计算区域进行迭代计算得到最终的电场分布。这种方法克服了大型有限元模型剖分难度大以及计算时间长的缺点,且具有更高的计算精度。
现有文献对均压环的研究中一般选择了有限元法与边界元法相结合的求解方法。针对有限元法与边界元法各自的特点及其互补性，使用区域分解法将两者结合起来，实现迭代求解。这种求解方法既结合了两者的优点又保持了两者的独立性。应用了FEMLab软件，对220kV合成绝缘子沿面电场进行了分析，所得结果表明，有限元与边界元迭代求解方法是可行的，计算精度达到了工程设计要求。
参考文献[1]: 利用分域思想将结构复杂的绝缘子及其表面空间作为细剖分区域, 杆塔、导线及外部空间部分作为辅助计算区域, 对细剖分区域和辅助计算区域进行迭代计算得到最终的电场分布. 对800 kV 复合绝缘子电场分布的计算表明, 绝缘子伞裙结构影响其表面电场分布, 伞裙表面的电场比其附近杆部表面的电场高50%~ 60%。
有限元法是将物理模型进行网格剖分，将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。
参考文献[2]: 运用静态电场的三维有限元法分析计算了750kV 输电线绝缘子串的电压分布，考虑了绝缘子电介质、屏蔽环、输电线路及铁塔对绝缘子电压分布的影响。
参考文献[3]: 在建立数学模型的基础上计算合成绝缘子沿面场强, 利用二次插值有限元法计算110kv 合成绝缘子电场分布和相同边界条件的空气间隙的电场分布情况; 并将不同边界条件下的合成绝缘子的电场分布计算结果进行比较分析, 结果表明在改善绝缘子电场分布的三种方法中以外加装均压环的效果最好。
参考文献[4]: 试验并分析了复合绝缘子均压环对电场分布的影响。指出复合绝缘子沿面场强和电压分布极不均匀, 高压侧芯棒在高场强作用下的电老化和化学腐蚀是芯棒脆断的重要因素。根据确定均压环参数的要点, 推荐了330 kV 均压环的参数。
参考文献[5]: 论文通过对合成绝缘子在耐污性、结构、耐侯性、寿命等各方面性能与瓷绝缘子的应用试验分析比较, 评价了合成绝缘子的优越性能; 在合成绝缘子故障分析的基础上, 探讨了合成绝缘子在生产工艺、结构、检测等方面应注意的问题, 提出了应用方面的建议。
参考文献[6]: 介绍了计算合成绝缘子沿面场强的简化模型; 在此模型的基础上, 给出了利用二次插值有限元法计算合成绝缘子沿面电场的分布情况结果, 并对不同安装参数下均压环对合成绝缘子沿面电场强度的影响进行计算研究,最终给出了不同电压等级下有效改善绝缘子电场分布的均压环推荐参数
参考文献[7]: 建立数学模型计算了复合绝缘子的沿面电场分布, 利用有限元法计算了220 kV 线路复合绝缘子不安装均压环及安装不同形状尺寸均压环时沿面场强分布和电位分布。分析了均压环各因素变化对电场分布改善效果的影响, 指出环径和罩深对端部电压分布改善效果明显, 管径对电场分布改善效果好,根据各因素的综合影响, 推荐了220 kV 复合绝缘子均压环的结构参数。
参考文献[8]: 通过一定的实验数据说明了均压环的屏蔽深度、均压环的外径等参数对改善电场分布都有重要影响。提出在重污闪地区采用增加均压环来降低绝缘子对塔杆和对导线的电容， 进而达到改善电场分布的目的。
边界元法是一种继有限元法之后发展起来的一种新数值方法，与有限元法在连续体域内划分单元的基本思想不同，边界元法是只在定义域的边界上划分单元，用满足控制方程的函数去逼近边界条件。所以边界元法与有限元相比，具有单元个数少，数据准备简单等优点。但用边界元法解非线性问题时，遇到同非线性项相对应的区域积分，这种积分在奇异点附近有强烈的奇异性，使求解遇到困难。
参考文献[9]: 本文分析了750kV输电线路用封闭式结构均压环不足之处,设计新型对接式均压环,通过电场计算、电气试验、安装成本核算和目前的使用情况,得出该新型对接式均压环可在后续750kV输电线路推广应用的结论。
1.3 本课题研究的意义
复合绝缘子使用均压环不仅能够改善绝缘子端部场强和调整绝缘子串电压分布，同时还有招弧引弧的作用。近年来，由于复合成绝缘子具有防污性能好、轻便、便于维护等优点在我国的电力系统中得到了广泛的应用。但复合绝缘子在实际运用中也遇到一些问题，诸如芯棒脆断、覆冰下电气性能严重降低、电场分布严重不均匀等。其中电场分布严重不均匀是复合绝缘子在超特高压线路上运用所面临的一个紧迫问题。通常情况下，悬式绝缘子串在干燥条件下的电场分布一般由绝缘子串的结构参数和沿面电容分布决定，因而绝缘子串的沿面电位有很明显的梯度分布，避免了在高压端或高压端附近产生较高的电场。而复合绝缘子由于其外形特点、金具结构和硅橡胶材料的低电导率，使得电位分布从高压端开始快速衰减，这样的电位分布使得在邻近高压端和接地端处产生了较高的电场。如果绝缘子表面电场强度超过了电晕起始场强（0.45kV/mm），就会产生电晕放电。均压环通过与绝缘子并联的方式来提高绝缘子的绝缘性能，通过调整高压端附近的电压分布从而降低绝缘子沿面电场强度以避免产生电晕，能减少由电晕引起的可听噪声，以及电晕噪声产生的无线电干扰和电视干扰，并能消除由电晕引起的非瓷材料的降解作用。因此研究均压环参数对复合绝缘子电场分布的影响是极其重要的。
1.4 本文的主要研究内容与章节安排
本课题的目标是以复合绝缘子上的均压环为研究对象对其电场分布进行分析，得出当均压环的环径、管径和罩深改变时复合绝缘子表面电场分布规律，并提出初步结构优化建议，使其表面上的电场强度尽可能的均匀化分布且最大电场强度达到最小。在此过程中除了了解有限元方法之外，还学习了ANSOFT 软件。本文的章节安排如下：
第一章：绪论。介绍复合绝缘子、均压环的基本定义。缝合绝缘子与均压环的关系。前人对复合绝缘子以及均压环的研究和本论文的章节安排。
第二章：有限元理论及Ansoft软件。本章节主要介绍了有限元方法的思想，运用有限元方法时的主要步骤。结合本论文的电场研究，解释了有限元方法在电磁场领域中的应用。还对一些比较著名的有限元软件进行了初步介绍。详细叙述了如何使用有限元软件ANSOFT的步骤。其中还配插了一些图片。对于如何建立工程，模型组建以及参数设置有详细的解释。
摘 要
复合绝缘子是一种特殊的绝缘控件。随着科技的发展，发展成为了增加爬电距离的而悬挂于高型高压电线连接塔一端的绝缘体。绝缘子在架空输电线路中起着两个基本作用，即支撑导线和防止电流回地。
均压环是一种改善绝缘子串上电压分布的圆环状金具。均压环通过与绝缘子并联的方式来提高绝缘子的绝缘性能，通过调整高压端附近的电压分布从而降低绝缘子沿面电场强度以避免产生电晕，能减少由电晕引起的可听噪声，以及电晕噪声产生的无线电干扰和电视干扰，并能消除由电晕引起的非瓷材料的降解作用。
由于空间直流电场的测量尚未很好解决测量设备引发的电场畸变问题.高压直流绝缘子串表面的场强分布目前还不能很准确的测量。如果能得出均压环参数对复合绝缘子表面场强的分布规律，从而进行最优化设计，不仅能够节省材料，还能尽可能的减小复合绝缘子表面场强分布不均匀所带来一系列问题。因此研究不同均压环下复合绝缘子电场分布规律是非常重要的。
本文主要研究了不同结构均压环对复合绝缘子电场的影响。结合目前大多数研究所采用的有限元方法，选取了有限元软件Ansoft来进行电场仿真。本文所采用的数据是由厂家所给的±800kv 线路复合绝缘子和均压环的实际几何尺寸。在经过初步简化之后建立了三维模型。首先通过添加均压环对比了没有均压环的情况下复合绝缘子表面场强的变化。其次，通过改变均压环的结构参数，得出了不同参数下均压环对复合绝缘子表面场强的影响。本文主要改变了均压环的管径、环径和罩深参数。经过分析发现，当管径、环径和罩深有轻微的变化时，绝缘子表面的最大场强都会发生比较大的变化。为了使均压环实现最优化设计，在本文所用的数据范围内确定了管径参数为110mm，环径参数为800mm，罩深参数为1000mm。为后期的优化设计提供了理论基础。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:字复合绝缘子；均压环；有限元；Ansoft；表面场强
目录
摘 要 I
第1章 绪论 1
1.1 本课题研究的背景 1
1.2 复合绝缘子均压环的研究现状 2
1.3 本课题研究的意义 4
1.4 本文的主要研究内容与章节安排 5
1.5 本章小结 6
第2章 有限元理论及Ansoft软件 7
2.1有限元理论 7
2.1.1 有限元思想 7
2.1.2 有限元法的应用 7
2.2.3 网格剖分 8
2.2 Ansoft软件 9
2.3本章小结 10
第3章 对复合绝缘子和均压环的Ansoft软件仿真 11
3.1 开域问题的解决 11
3.1.1边值问题 12
3.1.2渐进边界条件 13
3.2模型仿真 17
3.2.1建立工程 17
3.2.2求解器类型的确定 18
3.2.3建立几何模型 18
3.2.3确定计算区域 20
3.2.4网格剖分 20
3.2.5设置激励和计算参数 21
3.2.6仿真 21
3.3本章小结 22
第4章 均压环结构参数改变时对复合绝缘子电场影响的研究 24
4.1均压环管径对复合绝缘子电场影响的研究 24
4.2均压环环径对复合绝缘子电场影响的研究 26
4.3均压环罩深对复合绝缘子电场影响的研究 28
4.4数据分析 30
4.5结论 32
4.6本章小结 32
第5章 总结与展望 33
5.1 课题总结 33
5.2 课题展望 33
参考文献 I
第1章 绪论
1.1 本课题研究的背景
复合绝缘子，是指绝缘件由玻璃纤维树脂芯棒、合成材料护套、伞裙和两端的连接金具组成的绝缘子。是架空输电线路的关键部件之一,其性能优劣将直接影响到整条线路的运行安全。
复合绝缘子的整个结构由芯棒、护套、伞群和连接金具组成。芯棒是绝缘子承担外力负荷的部件。我国现有的绝缘子芯棒是由以环氧树脂和玻璃纤维为主要原料加其它添加剂通过引拔制成的。而早期的普通芯棒在耐高温方面有所欠缺，曾在线路运行中由于各种原因造成了脆断等恶性事故，经过科研人员的一系列研究，研制出了耐高温芯棒、耐酸耐高温芯棒等新型芯棒。伞裙护套是合成绝缘子的外绝缘,它保护芯棒免受大气环境的侵袭，一般是用硅胶制成的，具有良好的憎水性、抗老化性、耐漏电起痕性和耐电蚀损性。复合绝缘子的端部金具的主要作用是连接绝缘子和高压电线杆。要具有较好的抗舞性和抗风性。
与传统的瓷玻璃绝缘子相比,合成绝缘子具有重量轻、强度高,耐污闪能力强,制造、维护、运输方便等优点,尽管我国在合成绝缘子的研究方面起步较晚,但近年来发展十分迅猛,越来越受到了电力系统的认可和好评。
均压环是一种改善绝缘子串上电压分布的圆环状金具。一般情况下由铝制的或者钢制的。主要作用是均压，可将高压均匀分布在物体周围，保证在环形各部位之间没有电位差，从而达到均压的效果。
在使用瓷或者玻璃的绝缘干线路上，仅在500KV线路上我们见到过均压环，而且使用复合绝缘子的线路上，在110kv---220kv线路上差不多都是用均压环，这是因为复合绝缘子较之次或玻璃绝缘子，其电压更加不均匀。众所周知，绝缘子的电压分布与其自身的对地电容量有关，对地电容量大的绝缘子电压分布趋于均匀，反之则不均匀。复合绝缘子较之瓷或玻璃绝缘子的对地电容小，则电压的不均匀分布是显而易见的了。而复合绝缘子这种电压的不均匀分布，电压等级越高，表现原价明显，理论计算表明，在电压超过500kv，复合绝缘子靠近带电端的电场强度，已经超过了空气的击穿强度。因此，在高电压等级的线路上使用复合绝缘子应适当配置均压环，除此之外，复合绝缘子上配置均压环，除了具有均压效果外，还可以起到引弧作用，线路上产生的放电闪络两环之间，保护伞群表面不被灼伤。
复合绝缘子在实际运行时如果不安装均压环，其表面电场强电压分布不均匀意识一个不争的事实，但符合绝缘子均压环的安装位置及均压环结构对合成绝缘子电压分布改善的影响很大。在不安装均压环的情况下，复合绝缘子靠近带电端的绝缘子与端部金属附件连接处的场强最高，靠近带电端第一个伞群上的分布电压最高。如果均压环还踢所在的平面与绝缘体和端部金属附件的连接处在同一高度上，均压环几乎起不到均压作用。随着均压环插入绝缘体高度的增加，由于均压环的均压与屏蔽作用，均压效果就愈加明显。
但是，均压环插入绝缘体的高度增加，其电压分布得到改善，但绝缘子的有效放电距离因此而缩小，造成雷电冲击放电电压的降低，实验表明，我国现有的复合绝缘子在安装均压环后与为安装均压环相比，其雷电冲击放电电压降低6-11%。
1.2 复合绝缘子均压环的研究现状
在实际应用中，均压环在220 kV电压等级线路上通常仅安装在复合成绝缘子高压端，当线路电压等级超过330 kV时，复合成绝缘子的高压端和接地端均需安装均压环。然而，并不是任意结构参数的均压环都能均匀绝缘子沿面电位分布，从而降低绝缘子表面电场强度，均压环的结构参数及安装位置等因素将直接影响绝缘子表面的沿面电位分布；同时，当均压环自身的表面电场强度超过 2.2kV/mm时，均压环自身也会产生电晕，这样反而使得绝缘子的绝缘性能降低。
现有文献对复合绝缘子均压环的研究中采用了三种方法：分域迭代法、边界元法和有限元法。
分域迭代法主要是利用分域思想将结构复杂的绝缘子及其表面空间作为细剖分区域,杆塔、导线及外部空间部分作为辅助计算区域,对细剖分区域和辅助计算区域进行迭代计算得到最终的电场分布。这种方法克服了大型有限元模型剖分难度大以及计算时间长的缺点,且具有更高的计算精度。
现有文献对均压环的研究中一般选择了有限元法与边界元法相结合的求解方法。针对有限元法与边界元法各自的特点及其互补性，使用区域分解法将两者结合起来，实现迭代求解。这种求解方法既结合了两者的优点又保持了两者的独立性。应用了FEMLab软件，对220kV合成绝缘子沿面电场进行了分析，所得结果表明，有限元与边界元迭代求解方法是可行的，计算精度达到了工程设计要求。
参考文献[1]: 利用分域思想将结构复杂的绝缘子及其表面空间作为细剖分区域, 杆塔、导线及外部空间部分作为辅助计算区域, 对细剖分区域和辅助计算区域进行迭代计算得到最终的电场分布. 对800 kV 复合绝缘子电场分布的计算表明, 绝缘子伞裙结构影响其表面电场分布, 伞裙表面的电场比其附近杆部表面的电场高50%~ 60%。
有限元法是将物理模型进行网格剖分，将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。
参考文献[2]: 运用静态电场的三维有限元法分析计算了750kV 输电线绝缘子串的电压分布，考虑了绝缘子电介质、屏蔽环、输电线路及铁塔对绝缘子电压分布的影响。
参考文献[3]: 在建立数学模型的基础上计算合成绝缘子沿面场强, 利用二次插值有限元法计算110kv 合成绝缘子电场分布和相同边界条件的空气间隙的电场分布情况; 并将不同边界条件下的合成绝缘子的电场分布计算结果进行比较分析, 结果表明在改善绝缘子电场分布的三种方法中以外加装均压环的效果最好。
参考文献[4]: 试验并分析了复合绝缘子均压环对电场分布的影响。指出复合绝缘子沿面场强和电压分布极不均匀, 高压侧芯棒在高场强作用下的电老化和化学腐蚀是芯棒脆断的重要因素。根据确定均压环参数的要点, 推荐了330 kV 均压环的参数。
参考文献[5]: 论文通过对合成绝缘子在耐污性、结构、耐侯性、寿命等各方面性能与瓷绝缘子的应用试验分析比较, 评价了合成绝缘子的优越性能; 在合成绝缘子故障分析的基础上, 探讨了合成绝缘子在生产工艺、结构、检测等方面应注意的问题, 提出了应用方面的建议。
参考文献[6]: 介绍了计算合成绝缘子沿面场强的简化模型; 在此模型的基础上, 给出了利用二次插值有限元法计算合成绝缘子沿面电场的分布情况结果, 并对不同安装参数下均压环对合成绝缘子沿面电场强度的影响进行计算研究,最终给出了不同电压等级下有效改善绝缘子电场分布的均压环推荐参数
参考文献[7]: 建立数学模型计算了复合绝缘子的沿面电场分布, 利用有限元法计算了220 kV 线路复合绝缘子不安装均压环及安装不同形状尺寸均压环时沿面场强分布和电位分布。分析了均压环各因素变化对电场分布改善效果的影响, 指出环径和罩深对端部电压分布改善效果明显, 管径对电场分布改善效果好,根据各因素的综合影响, 推荐了220 kV 复合绝缘子均压环的结构参数。
参考文献[8]: 通过一定的实验数据说明了均压环的屏蔽深度、均压环的外径等参数对改善电场分布都有重要影响。提出在重污闪地区采用增加均压环来降低绝缘子对塔杆和对导线的电容， 进而达到改善电场分布的目的。
边界元法是一种继有限元法之后发展起来的一种新数值方法，与有限元法在连续体域内划分单元的基本思想不同，边界元法是只在定义域的边界上划分单元，用满足控制方程的函数去逼近边界条件。所以边界元法与有限元相比，具有单元个数少，数据准备简单等优点。但用边界元法解非线性问题时，遇到同非线性项相对应的区域积分，这种积分在奇异点附近有强烈的奇异性，使求解遇到困难。
参考文献[9]: 本文分析了750kV输电线路用封闭式结构均压环不足之处,设计新型对接式均压环,通过电场计算、电气试验、安装成本核算和目前的使用情况,得出该新型对接式均压环可在后续750kV输电线路推广应用的结论。
1.3 本课题研究的意义
复合绝缘子使用均压环不仅能够改善绝缘子端部场强和调整绝缘子串电压分布，同时还有招弧引弧的作用。近年来，由于复合成绝缘子具有防污性能好、轻便、便于维护等优点在我国的电力系统中得到了广泛的应用。但复合绝缘子在实际运用中也遇到一些问题，诸如芯棒脆断、覆冰下电气性能严重降低、电场分布严重不均匀等。其中电场分布严重不均匀是复合绝缘子在超特高压线路上运用所面临的一个紧迫问题。通常情况下，悬式绝缘子串在干燥条件下的电场分布一般由绝缘子串的结构参数和沿面电容分布决定，因而绝缘子串的沿面电位有很明显的梯度分布，避免了在高压端或高压端附近产生较高的电场。而复合绝缘子由于其外形特点、金具结构和硅橡胶材料的低电导率，使得电位分布从高压端开始快速衰减，这样的电位分布使得在邻近高压端和接地端处产生了较高的电场。如果绝缘子表面电场强度超过了电晕起始场强（0.45kV/mm），就会产生电晕放电。均压环通过与绝缘子并联的方式来提高绝缘子的绝缘性能，通过调整高压端附近的电压分布从而降低绝缘子沿面电场强度以避免产生电晕，能减少由电晕引起的可听噪声，以及电晕噪声产生的无线电干扰和电视干扰，并能消除由电晕引起的非瓷材料的降解作用。因此研究均压环参数对复合绝缘子电场分布的影响是极其重要的。
1.4 本文的主要研究内容与章节安排
本课题的目标是以复合绝缘子上的均压环为研究对象对其电场分布进行分析，得出当均压环的环径、管径和罩深改变时复合绝缘子表面电场分布规律，并提出初步结构优化建议，使其表面上的电场强度尽可能的均匀化分布且最大电场强度达到最小。在此过程中除了了解有限元方法之外，还学习了ANSOFT 软件。本文的章节安排如下：
第一章：绪论。介绍复合绝缘子、均压环的基本定义。缝合绝缘子与均压环的关系。前人对复合绝缘子以及均压环的研究和本论文的章节安排。
第二章：有限元理论及Ansoft软件。本章节主要介绍了有限元方法的思想，运用有限元方法时的主要步骤。结合本论文的电场研究，解释了有限元方法在电磁场领域中的应用。还对一些比较著名的有限元软件进行了初步介绍。详细叙述了如何使用有限元软件ANSOFT的步骤。其中还配插了一些图片。对于如何建立工程，模型组建以及参数设置有详细的解释。
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