随着雾霾天气的频繁发生,输电线路绝缘子表面沉积的污秽物也随之增加,在潮湿的条件下这些污秽物中的可溶物质会使绝缘子的绝缘水平大大降低,严重时会发生强烈的放电现象即污闪事故。污闪对电力系统的威胁极大,传统的预防污闪的措施主要有:安装防污型绝缘子、对绝缘子的定期清扫、加大爬电距离、涂刷RTV涂料等,但这些方法都比较被动,无法完全适应气候条件和大气污染的复杂性,因此需要建立一个能够对绝缘子在不同大气自然环境条件下的积污情况进行有效且准确预测的绝缘子积污预测系统,从而为电力部门的预报和防治污闪工作提供有效工具。目前对绝缘子积污预测系统的研究已取得一定成果,现有的绝缘子积污预测系统在对积污情况的预测上起到了一定的作用,但是预测的准确性还不够完善,没有考虑到不同的风速对污染物在绝缘子表面的沉积的影响,也忽略了细颗粒的沉积特性与大颗粒之间的差异。针对以上问题,本文通过设计搭建人工雾霾试验装置,采用人工模拟绝缘子在雾霾环境下积污的方法,开展了小于10mm的细颗粒以不同风速条件在绝缘子表面积污的试验,对不同风速和不同粒径下细颗粒的积污规律进行了研究与归纳,并将试验所获得的规律加入到细颗粒在绝缘子表面积污数学模型中,以建立更加完善、准确性更高的绝缘子积污预测系统。本文的主要研究工作包含以下方面:(1)对现有绝缘子积污预测系统给出的模拟值和实验值进行了系统的对比,通过分析发现了模拟值普遍高于实验值的主要原因,即现有积污预测系统在求解过程中假定了所有颗粒一旦与绝缘子表面发生接触即认为颗粒沉积在绝缘子表面,从而导致模拟值普遍高于实验值。这一假定没有考虑到实际积污过程中颗粒在不同风速下的沉积规律是不同的,同时也忽略了小粒径颗粒的沉积特性与大粒径颗粒之间的差异。(2)为了减小误差,提高系统的准确性,本文针对现有系统存在的问题,设计并搭建了人工雾霾试验装置,开展了绝缘子人工积污试验,研究了风速和粒径对绝缘子积污的影响规律。试验根据雾霾天气下的实际风速选取了四种工况,对粒径小于10mm的22种细颗粒在绝缘子表面积污过程进行了模拟试验,在每组工况积污过程中,采用浓度监测装置对试验舱中不同粒径颗粒的浓度变化进行监测,试验舱中颗粒的浓度变化可以反映出颗粒的沉积规律。(3)通过绝缘子人工积污试验,发现了粒径对细颗粒在绝缘子表面沉积的影响规律:不同粒径的颗粒其浓度降低幅度不同,根据颗粒的浓度降低幅度可将小于10mm的颗粒分为三个粒径区间:小于0.6mm、0.6-2.5mm和2.5-10mm,三者浓度降低幅度相差很大。其中2.5-10mm区间内的颗粒浓度降低幅度最大;0.6-2.5mm区间内的颗粒浓度降低幅度次之;低于0.6mm区间内的颗粒浓度降低幅度最小且浓度数值在气流稳定后几乎不变。(4)在大量积污试验数据的基础上,通过定义颗粒的浓度降低比率,获得了不同粒径颗粒在不同风速条件下的积污规律:颗粒在低风速(v≤1.5m/s)下的浓度降低比率近似相等;颗粒在高风速(v≥2.5m/s)下的浓度降低比率也近似相等,二者遵循不同的积污规律。通过曲线拟合得到了高风速与低风速下颗粒的浓度降低比率与粒径的关系式:当低风速时,浓度降低比率β_c与粒径d的关系为:(?);当高风速时,浓度降低比率β_c与粒径d的关系为:(?)。(5)将试验获得的细颗粒在绝缘子表面的积污规律应用到现有的绝缘子表面积污数学模型中,并结合计算流体力学方法建立了新的细颗粒在绝缘子表面积污数学模型。新模型的建立过程是对绝缘子进行三维建模,采用欧拉法描述连续气相场,采用拉格朗日法描述离散颗粒场,对模型求解得到绝缘子表面的盐密、灰密值。新模型的创新之处是运用试验获得的积污规律对现有模型进行了改进,并提出了改进的计算方法和计算公式,改进后的数学模型对盐密、灰密的计算更加完善。(6)在建立了细颗粒在绝缘子表面积污数学模型的基础上,通过大量的数值计算建立足够丰富的数据库,从而构建更加完善的绝缘子积污预测系统,并应用系统对两处实验点四个实验阶段绝缘子表面的盐、灰密值进行计算,将计算得到的修正值与现有积污预测系统给出的模拟值以及实验值进行比较分析发现,修正值与实验值的增减规律比模拟值更加吻合,二者之间的相对误差由32%减小至15%以下,绝缘子积污预测系统的准确性得到大幅度提高。