超高压变电站绝缘套管覆冰机理研究综述

钟明才; 艾克拜尔·买买提; 张旭; 刘魁齐; 李聪

doi:10.19585/j.zjdl.202609010

欢迎来到能源电力期刊网！

English Version 期刊登录

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

超高压变电站绝缘套管覆冰机理研究综述

输变电 | 更新时间：2026-09-18

- 超高压变电站绝缘套管覆冰机理研究综述
- Review of icing mechanisms on insulating bushings in EHV substations
- 浙江电力 2026年45卷第9期页码：99-111
- 作者机构：
  
  1.国网新疆电力有限公司超高压分公司，乌鲁木齐 830063
  2.电网防灾减灾全国重点实验室，长沙 410114
- 作者简介：
  
  钟明才（1987），男，工学硕士，工程师，主要从事高电压试验技术等方面的研究工作。
  李聪（1985），男，工学博士，教授，博士生导师，主要从事绝缘子检测和外绝缘方面的研究工作。
- 基金信息：
  
  湖南省自然科学基金(2025JJ50237);国网新疆电力有限公司科技项目(5230CD25000D)
- DOI：10.19585/j.zjdl.202609010
  中图分类号：
- 收稿：2025-12-25，
  
  修回：2026-02-26，
  
  纸质出版：2026-09-25
- 稿件说明：
移动端阅览
钟明才,艾克拜尔·买买提 ,张旭等.超高压变电站绝缘套管覆冰机理研究综述[J].浙江电力,2026,45(09):99-111.

ZHONG Mingcai,AKBAR Memet,ZHANG Xu,et al.Review of icing mechanisms on insulating bushings in EHV substations[J].ZHEJIANG ELECTRIC POWER,2026,45(09):99-111.
钟明才,艾克拜尔·买买提 ,张旭等.超高压变电站绝缘套管覆冰机理研究综述[J].浙江电力,2026,45(09):99-111. DOI： 10.19585/j.zjdl.202609010.

ZHONG Mingcai,AKBAR Memet,ZHANG Xu,et al.Review of icing mechanisms on insulating bushings in EHV substations[J].ZHEJIANG ELECTRIC POWER,2026,45(09):99-111. DOI： 10.19585/j.zjdl.202609010.

摘要

绝缘套管作为超高压变电站的关键组件，其覆冰故障可能引发电网事故，因此深入研究其覆冰机理至关重要。然而，当前研究多聚焦于输电线路，针对套管覆冰的系统性机理分析尚不充分。基于此，全面综述了绝缘套管覆冰的形成机理、关键影响因素及研究进展。阐明了过冷却水滴的“碰撞-捕获-冻结”三阶段物理过程，并依据环境参数将覆冰分为雨凇、雾凇等类型；进而分析了环境条件（如风速、液态水含量）、套管材料（亲水性/憎水性）及电场（直流/交流效应）等因素对套管覆冰的影响；重点评述了基于质量与能量守恒定律构建的各类覆冰热力学与传质数值模型在预测精度与应用场景上的进展与局限；最后展望了未来多物理场耦合模型及主动防护技术的发展方向，以期为套管覆冰的精准预测与防治提供理论支撑。

Abstract

Insulating bushings are critical components in extra-high-voltage （EHV） substations； however， icing-induced failures can trigger severe grid contingencies. A thorough understanding of the underlying icing mechanisms is therefore essential. While existing studies have largely focused on transmission lines， systematic analyses of bushing-specific icing mechanisms remain limited. This paper comprehensively reviews the formation mechanisms， key influencing factors， and recent research progress regarding the icing of insulating bushings. The three-stage physical process—collision， capture， and freezing—of supercooled water droplets is elucidated， and icing types， such as glaze and rime， are classified based on ambient parameters. Furthermore， the effects of environmental factors （e.g.， wind speed and liquid water content）， material surface wettability， and electric fields （AC/DC effects） on icing behavior are analyzed. Emphasis is placed on evaluating thermodynamic and mass-transfer numerical models developed based on the laws of conservation of mass and energy， focusing on their prediction accuracy， applicability， and inherent limitations. Finally， future directions are outlined， including multiphysics coupling models and active mitigation technologies， to provide theoretical support for the accurate prediction and prevention of bushing icing.

关键词

Keywords

references

蒋兴良，张志劲，胡琴，等 . 再次面临电网冰雪灾害的反思与思考［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 2 ）： 463 - 469 .

Jiang Xingliang ， Zhang Zhijin ， Hu Qin ， et al . Thinkings on the restrike of ice and snow disaster to the power grid ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 2 ）： 463 - 469 .

韩兴波，袁路强，张衡，等 . 复合绝缘子单个伞裙结构对覆冰过程水滴运动碰撞的影响机制［J］. 高电压技术， 2026 ， 52 （ 3 ）： 1395 - 1404 .

Han Xingbo ， Yuan Luqiang ， Zhang Heng ， et al . Influence mechanism of single shed structure of composite insulators on the collision dynamics of water droplets during the icing process ［J］. High Voltage Engineering ， 2026 ， 52 （ 3 ）： 1395 - 1404 .

蒋兴良，易辉 . 输电线路覆冰及防护［M］. 北京：中国电力出版社， 2002 ： 1 - 10 .

刘宗源 . 绝缘子表面无溢流覆冰增长动态模型研究［D］. 淄博：山东理工大学， 2023 .

Liu Zongyuan . Study on dynamic model of non-spillover icing growth on insulator surface ［D］. Zibo ： Shandong University of Technology ， 2023 .

胡玉耀，迟明辰，蒋兴良，等 . 不同电压类型作用下过冷却水滴运动特性及绝缘子雾凇覆冰试验［J］. 高电压技术， 2025 ， 51 （ 4 ）： 1663 - 1673 .

Hu Yuyao ， Chi Mingchen ， Jiang Xingliang ， et al . Movement characteristics of supercooled water droplets under AC and DC electric fields and its effect on rime ice accretion on the insulator ［J］. High Voltage Engineering ， 2025 ， 51 （ 4 ）： 1663 - 1673 .

韩兴波，陈孜铭，袁路强，等 . 直流复合绝缘子电场和覆冰相互影响机制分析［J/OL］. 哈尔滨工业大学学报， 2025-05-07 . https：//link.cnki.net/urlid/23.1235.t.20250502.1937.002 https://link.cnki.net/urlid/23.1235.t.20250502.1937.002 .

Han Xingbo ， Chen Ziming ， Yuan Luqiang ， et al . Analysis of interaction mechanism between electric field and ice coating of DC composite insulator ［J/OL］. Journal of Harbin Institute of Technology ， 2025-05-07 . https：//link.cnki.net/urlid/23.1235.t.20250502.1937.002 https://link.cnki.net/urlid/23.1235.t.20250502.1937.002 .

张远鹏 . 支柱绝缘子自然覆冰直流闪络特性［D］. 重庆：重庆大学， 2024 .

Zhang Yuanpeng . DC flashover characteristics of postInsulators in natural icing environment ［D］. Chongqing ： Chongqing University ， 2024 .

迟明辰 . 交直流电场对水滴运动特性及绝缘子覆冰的影响研究［D］. 淄博：山东理工大学， 2024 .

Chi Mingchen . Study on formation mechanism and model of snow accretion on suspension insulators ［D］. Zibo ： Shandong University of Technology ， 2024 .

高悦，胡玉耀，蒋兴良，等 . 交流电场对荷电水滴运动的影响及绝缘子雨凇覆冰试验［J］. 电网技术， 2025 ， 49 （ 10 ）： 4438 - 4447 .

Gao Yue ， Hu Yuyao ， Jiang Xingliang ， et al . Influence of AC electric field on the movement of charged water droplets and glaze ice accretion on the insulator ［J］. Power System Technology ， 2025 ， 49 （ 10 ）： 4438 - 4447 .

胡玉耀 . 悬式绝缘子湿增长动态覆冰模型及闪络电压预测研究［D］. 重庆：重庆大学， 2017 .

Hu Yuyao . Study on dynamic model for icing with wet growth process and ice flashover voltage prediction of suspension insulators ［D］. Chongqing ： Chongqing University ， 2017 .

韩兴波 . 悬式绝缘子干增长覆冰三维数值分析模型［D］. 重庆：重庆大学， 2019 .

Han Xingbo . Study on 3D numerical modeling of dry-growth icing on suspension insulators ［D］. Chongqing ： Chongqing University ， 2019 .

Fujimura T ， Naito K ， Hasegawa Y ， et al . Performance of insulators covered with snow or ice ［J］. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems ， 1979 ，PAS-98（ 5 ）： 1621 - 1631 .

Yu D ， Farzaneh M ， Zhang J ， et al . Effects of space charge on the discharge process in an icicle/iced-plate electrode system under positive DC voltage ［J］. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation ， 2007 ， 14 （ 6 ）： 1427 - 1435 .

Farzaneh M ， LaForte J L . The effect of voltage polarity on ice accretions on short string insulators ［J］. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering ， 1991 ， 113 （ 2 ）： 179 - 184 .

楼文娟，白航 . 多种覆冰形状导线风荷载增大系数研究［J］. 高压电器， 2022 ， 58 （ 10 ）： 8 - 15 .

Lou Wenjuan ， Bai Hang . Study on wind load increase coefficient of conductors with various ice coating shapes ［J］. High Voltage Apparatus ， 2022 ， 58 （ 10 ）： 8 - 15 .

侯宇凝 . 配网在线融冰新技术研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2021 .

Hou Yuning . Research on new technology of online ice mmelting in distribution network ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2021 .

孙磊，贾志东，李亚伟，等 . 环境条件对线路绝缘子覆冰形态和密度的影响规律［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 8 ）： 2612 - 2619 .

Sun Lei ， Jia Zhidong ， Li Yawei ， et al . Influence law of line insulator ice shape and density by environmental conditions ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 8 ）： 2612 - 2619 .

贾志东，江灏，邓禹，等 . 复合绝缘子冰凌生长特性及其影响因素［J］. 高电压技术， 2014 ， 40 （ 2 ）： 360 - 367 .

Jia Zhidong ， Jiang Hao ， Deng Yu ， et al . Icicle growth characteristics of composite insulators and their influential factors ［J］. High Voltage Engineering ， 2014 ， 40 （ 2 ）： 360 - 367 .

赵世华，蒋兴良，张志劲，等 . 环境参数对110 kV复合绝缘子覆冰增长过程的影响［J］. 高电压技术， 2012 ， 38 （ 10 ）： 2575 - 2581 .

Zhao Shihua ， Jiang Xingliang ， Zhang Zhijin ， et al . Impact of environmental parameters on the icing process of 110 kV composite insulators ［J］. High Voltage Engineering ， 2012 ， 38 （ 10 ）： 2575 - 2581 .

申强 . 基于旋转多导体覆冰量的覆冰参数预测［D］. 重庆：重庆大学， 2010 .

Shen Qiang . Prediction of icing parameters by icing quantity of rotating multi-conductors ［D］. Chongqing ： Chongqing University ， 2010 .

Pruppacher H R ， Klett J D . Microphysics of Clouds and Precipitation ［M］. 2nd revised and enlarged edition.Dordrecht ： Kluwer Academic Publishers ， 1997 ： 28 - 42 .

Farzaneh M . Ice accretions on high-voltage conductors and insulators and related phenomena ［J］. Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series A：Mathematical，Physical and Engineering Sciences ， 2000 ， 358 （ 1776 ）： 2971 - 3005 .

韩兴波，蒋兴良，黄亚飞，等 . 复合绝缘子直流电场下的水滴运动及覆冰特性［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 9 ）： 2042 - 2050 .

Han Xingbo ， Jiang Xingliang ， Huang Yafei ， et al . Icing properties of composite insulator and droplet movement under DC electric field ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 9 ）： 2042 - 2050 .

陈孜铭 . 直流复合绝缘子覆冰过程中水滴碰撞捕获特性研究［D］. 重庆：重庆交通大学， 2025 .

Chen Ziming . Study on impact trapping characteristics of water droplets in ice coating process of DC composite insulators ［D］. Chongqing ： Chongqing Jiaotong University ， 2025 .

胡琴，袁伟，舒立春，等 . 电压类型对复合绝缘子覆冰及闪络特性的影响［J］. 电工技术学报， 2015 ， 30 （ 3 ）： 268 - 276 .

Hu Qin ， Yuan Wei ， Shu Lichun ， et al . Influence of voltage types on composite insulator icing and flashover characteristics ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2015 ， 30 （ 3 ）： 268 - 276 .

贾文韬，胡玉耀，蒋兴良，等 . 直流电压下空间电荷对荷电水滴运动的影响及绝缘子覆冰实验［J/OL］. 电网技术， 2025-07-25 . https：//link.cnki.net/urlid/11.2410.TM.20250725.1432.017 https://link.cnki.net/urlid/11.2410.TM.20250725.1432.017 .

Jia Wentao ， Hu Yuyao ， Jiang Xingliang ， et al . Influence of space charge on the movement of charged water droplets under DC voltage and ice coating experiment of insulators ［J/OL］. Power System Technology ， 2025-07-25 . https：//link.cnki.net/urlid/11.2410.TM.20250725.1432.017 https://link.cnki.net/urlid/11.2410.TM.20250725.1432.017 .

宗春郁 . 悬式绝缘子覆雪形成机理及其模型研究［D］. 淄博：山东理工大学， 2022 .

Zong Chunyu . Study on formation mechanism and model of snow accretion on suspension insulators ［D］. Zibo ： Shandong University of Technology ， 2022 .

胡玉耀，刘宗源，李欣，等 . 正极性直流电场对绝缘子雾凇覆冰的影响机理及覆冰试验验证［J］. 高电压技术， 2024 ， 50 （ 2 ）： 822 - 833 .

Hu Yuyao ， Liu Zongyuan ， Li Xin ， et al . Influence mechanism of positive DC electric field on rime ice accretion on the insulators and its experimental verification ［J］. High Voltage Engineering ， 2024 ， 50 （ 2 ）： 822 - 833 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

输电线路覆冰机理、预测及融冰技术研究综述

基于电流复平面的新能源送出线路差动保护适应性分析

下击暴流风雨共同作用下输电塔荷载特性的数值模拟

特高压钢管输电塔气动力特性的CFD数值模拟

三塔合一间接空冷塔烟气流动特性研究