輸電線路絕緣子覆冰威脅著電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定，而絕緣子覆冰形態(tài)及速率是預(yù)測其閃絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵參數(shù)。為準確模擬絕緣子覆冰，輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室（重慶大學）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)學報》上撰文，從水滴運動及捕獲角度探究了直流電場對絕緣子覆冰的影響。

研究人員以復(fù)合絕緣子為樣品，基于流體力學及電磁場原理建立水滴運動數(shù)學模型，計算了水滴在絕緣子表面因為電場力作用發(fā)生的軌跡偏移率，以此為基礎(chǔ)，計算了有、無電場下絕緣子傘裙邊緣及芯棒處的水滴局部碰撞系數(shù)?1分布，結(jié)果顯示：小風速小水滴半徑下，電場作用下的水滴軌跡偏移最大，且對絕緣子芯棒處的?1值提高百分比超過15%。

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

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）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復(fù)合絕緣子表面濕覆冰形態(tài)

基于流體力學及電磁場原理，建立了水滴運動數(shù)學模型，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。