輸電線路絕緣子覆冰威脅著電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，而絕緣子覆冰形態(tài)及速率是預(yù)測(cè)其閃絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵參數(shù)。為準(zhǔn)確模擬絕緣子覆冰，輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)）的研究人員韓興波、蔣興良、黃亞飛、任曉東、陳宇，在2020年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，從水滴運(yùn)動(dòng)及捕獲角度探究了直流電場(chǎng)對(duì)絕緣子覆冰的影響。

　　研究人員以復(fù)合絕緣子為樣品，基于流體力學(xué)及電磁場(chǎng)原理建立水滴運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算了水滴在絕緣子表面因?yàn)殡妶?chǎng)力作用發(fā)生的軌跡偏移率，以此為基礎(chǔ)，計(jì)算了有、無電場(chǎng)下絕緣子傘裙邊緣及芯棒處的水滴局部碰撞系數(shù)b1分布，結(jié)果顯示：小風(fēng)速小水滴半徑下，電場(chǎng)作用下的水滴軌跡偏移較大，且對(duì)絕緣子芯棒處的b1值提高百分比超過15%。

　　研究人員在人工氣候室內(nèi)對(duì)復(fù)合絕緣子進(jìn)行了帶電和不帶電覆冰試驗(yàn)。結(jié)果表明：小水滴半徑下的干增長(zhǎng)覆冰時(shí)，電場(chǎng)對(duì)覆冰速率的提高百分比達(dá)30%，同時(shí)可造成更加粗糙的覆冰表面，但對(duì)于大水滴半徑下的濕增長(zhǎng)覆冰速率影響較小，主要造成彎曲生長(zhǎng)的冰棱形態(tài)。

　　覆冰在我國電網(wǎng)輸電線路安全運(yùn)行過程中一直是一個(gè)嚴(yán)峻的問題，其不僅可以造成輸電線路、桿塔的機(jī)械過載、倒塌，同時(shí)也可造成輸電線路絕緣子串的覆冰閃絡(luò)。針對(duì)覆冰對(duì)電網(wǎng)輸電線路安全的影響機(jī)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(jī)械特性上，因而研究導(dǎo)線覆冰機(jī)理，建立覆冰模型，預(yù)測(cè)其覆冰增長(zhǎng)一直是關(guān)注重點(diǎn)。其中，以基于水滴碰撞、捕獲、凍結(jié)的三參數(shù)模型運(yùn)用廣泛。模型指出，導(dǎo)線覆冰增長(zhǎng)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(jì)算該3個(gè)參數(shù)的物理模型，計(jì)算涉及氣液二流場(chǎng)、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(chǎng)強(qiáng)度及電暈放電會(huì)對(duì)覆冰形態(tài)、速率產(chǎn)生影響，必須在計(jì)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(jì)算了電場(chǎng)作用對(duì)該參數(shù)造成的影響，結(jié)果表明，電場(chǎng)會(huì)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(duì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)）的研究人員，從空氣中水滴運(yùn)動(dòng)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(chǎng)的影響規(guī)律。

　　基于流體力學(xué)及電磁場(chǎng)原理，建立了水滴運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，綜合考慮氣流、電場(chǎng)力的作用，對(duì)運(yùn)動(dòng)水滴進(jìn)行了受力分析及數(shù)值計(jì)算。以復(fù)合絕緣子為樣品，對(duì)比分析了其表面不同位置水滴受到電場(chǎng)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(jìn)入復(fù)合絕緣子傘裙半徑區(qū)域內(nèi)的帶電水滴會(huì)受到快速增長(zhǎng)的電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)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(diǎn)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(chǎng)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(duì)不帶電，帶電干增長(zhǎng)覆冰條件下，復(fù)合絕緣子覆冰表面更加粗糙，覆冰增長(zhǎng)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(zhǎng)覆冰條件下，電場(chǎng)對(duì)復(fù)合絕緣子覆冰速率影響較小，但易造成彎曲生長(zhǎng)的冰棱。