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摘 要

本篇文章详细阐述了绝缘子的定义以及其作用，并且也详细介绍了盘形悬式绝缘子、棒形悬式绝缘子、针式绝缘子、耐张绝缘子等不同类型的绝缘子的特点和它们的损坏原因，也介绍了绝缘电阻测定法、红外热像仪、光学成像探测法、超声波测量法等在线检测绝缘子缺陷的方法。在现有方法之外，本文提出了用有限差分法测量绝缘子缺陷的方法，对有限差分法计算进行介绍，并介绍求解算法，进行建模计算，通过对仿真结果分析来阐明这种方法的可靠性及可行性。

近些年来，计算机技术得到了极大的发展，随之而来的是工程电磁场的数值计算也得到了很好的利用，数值积分法、有限元法、模拟电荷法、矩量法等用来解决电磁场问题的数值分析的方法也都得到了应用。本文具体介绍一种优化的电磁场计算方法——有限差分法，并对其原理和如何求解进行详细的描述。

在电网的运行中，绝缘子的安全运行对其有着至关重要的影响。如果绝缘子有缺陷，那么电网是无法安全运行的，电网的稳定将受到很大的影响。本文基于有限差分法，使用MATLAB软件仿真，并且对绝缘子进行建模，通过对比没有缺陷的绝缘子以及内部有缺陷的绝缘子的电场分布，对气泡缺陷、水泡缺陷和导电缺陷这三种类型不同的缺陷中不同位置和不同尺寸的缺陷来进行分析和研究。通过计算分析表明，场强会因为水泡而增大，场强会因为气泡和导电缺陷而导致减小。电场畸变程度受绝缘子位置不同的影响很严重，同样的故障，在高电压端引起的畸变影响是最明显的。绝缘子的缺陷越大，电场引起的失真就越大。

关键词：有限差分法；绝缘子；内部缺陷；电场分布；计算

ABSTRACT

This article elaborates the definition and function of insulators in detail, and also introduces the characteristics and damage reasons of different types of insulators, such as disk suspension insulator, rod suspension insulator, pin insulator and tension insulator. It also introduces the on-line detection methods of insulation resistance, infrared thermal imager, optical imaging detection method and ultrasonic measurement method. In addition to the existing methods, this paper presents a method of measuring insulator defects by finite difference method, introduces the calculation of finite difference method, introduces the solving algorithm, carries out modeling calculation, and illustrates the reliability and feasibility of this method through the analysis of simulation results.

In recent years, the rapid development of computer technology, engineering electromagnetic field numerical calculation has also been a good development. Numerical integration methods, finite element method, analog charge method, and moment method are also used to solve the numerical analysis of electromagnetic field problems. The application. This paper introduces an optimized electromagnetic field calculation method-finite difference method, and describes its principle and how to solve it in detail.

Whether the insulator is safe to operate means important to the operation of power networks. When the insulator is defective, the grid cannot operate safely. Based on the finite difference method, this paper uses the MATLAB software to conduct insulator modeling. By comparing the electric field distribution of the insulator without defects and the internal defective insulator, different positions of three different types of defects, such as bubble defects, blister defects and conductive defects, are used. And different sizes of defects for analysis and research. The calculation and analysis show that the field strength will increase due to blisters, and the field strength will decrease due to bubbles and conductive defects. The degree of electric field distortion is greatly affected by the position of the insulator. The same fault, the distortion caused by the high voltage end is the most obvious. The electric field is seriously affected by the insulator. When the insulator is defective, the electric field will also be distorted.

KEY WORDS: finite difference method; insulator; internal defect; electric field distribution; calculation

目 录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2绝缘子概述 1

1.2.1绝缘子简介 2

1.2.2绝缘子使用要求 2

1.2.3不同类型绝缘子特点 2

1.3绝缘子损坏原因 4

1.3.1绝缘子的制造质量问题 4

1.3.2绝缘子的老化问题 5

1.3.3绝缘子的零值问题 6

1.4目前研究状况 6

1.5研究目的和主要研究内容 7

第二章 在线检测缺陷绝缘子的方法 8

2.1绝缘电阻测定法 8

2.2红外热像仪 8

2.3光学成像探测法 8

2.4超声波测量法 9

2.5电场法 9

2.6脉冲电流法 9

2.7激光诱导荧光 10

2.8外观检查法 10

2.9憎水性测量 10

2.10 本章小结 10

第三章 有限差分的计算 12

3.1引言 12

3.2差分和差商 13

3.3差分格式的构造方法 14

3.4 各类差分离散化问题 15

3.5 求解算法 19

3.6 本章小结 20

第四章 不同缺陷下绝缘子电场仿真计算 21

4.1模型介绍 21

4.2气泡缺陷 22

4.2.1缺陷位置不同 22

4.2.2缺陷大小不同 24

4.3 绝缘子水泡缺陷 25

4.3.1缺陷位置不同 26

4.3.2缺陷尺寸不同 28

4.4绝缘子导电缺陷 29

4.4.1缺陷位置不同 30

4.4.2缺陷尺寸不同 32

4.5 本章小结 33

第五章 总结与展望 34

5.1 成果总结 34

5.2 未来展望 35

参考文献 36

致 谢 37

第一章 绪论

1.1引言

近些年来，由于污染等原因，我国的环境问题不容忽视，由于特高压输电网一方面可以充分利用西部的清洁能源，另一方面又能够促进中东部的防霾和治霾工作，因而可以被用来进行调整能源结构的工作。此外，高电压输电还因为具有低损耗，长距离以及大容量的特性而被广泛的采用。复合绝缘子在高压输电线路上应用宽泛是由于其具备防污闪的能力，以及高性价比和重量轻等长处。绝缘子质量和良好的绝缘结构是高压输电系统安全稳定运行的可靠保证。但是，在实际操作中经常会发生一些恶化事故和断裂事故。并且，在绝缘体的高压侧主要出现劣化和断裂等现象。绝缘子在生产和长期工作的过程中不可避免的会产生缺陷和损坏，这些缺陷和损坏由于其大小，位置和类型的不同会造成电晕，局放和闪络击穿等各种问题，影响绝缘子的绝缘特性。因此及时有效测量出在线绝缘子中的缺陷和损坏能够预防以上现象的发生，避免损坏部分进一步扩大，从而降低绝缘子的能量损耗和击穿概率，提高了绝缘子工作的安全性和稳定性。

在解剖绝缘体的受损部分后，我们发现伞和杆之间的界面的粘附已经减少或消失。此外，我们还在杆的表面发现了腐蚀和碳化通道，在一些伞鞘中也存在一些孔。由于复合绝缘子两端只有两个电极，并且它的主电容值小，所以电场极其容易受杂散电容的影响。这导致的结果是，绝缘子末端的电场分布幅度高于其他部分的电场分布。当绝缘体存在内部缺陷时，每个部分的介电常数和体电导率不同，这样会导致缺陷附近的电场发生畸变。

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