Combined simulated annealing and improved binary PSO based optimal corona ring design for high voltage transmission line

• Autorzy: Suresh K. , Porkumaran K. , SanjeeviGandhi A. , Venkatesan G. , Jeeva C.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.05.42

Warianty tytułu

PL

Połączone symulowane wyżarzanie i udoskonalona optymalna konstrukcja pierścienia koronowego oparta na binarnym PSO dla linii przesyłowej wysokiego napięcia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Electric stress is caused by the high field in the metal flange at the end. Corona and surface electrical discharges will be triggered, which may cause early deterioration. Under extreme circumstances, a total insulation flash over will happen. Both internal and external discharge activities are taken into consideration while constructing the ideal insulator in typical conditions. When the insulator is subjected to high voltage there will be an uneven electric field distribution occurs. This will reduce the reliability of the insulator and ageing occurs. It will leads to damage of insulator and replacement of insulator. To protect insulator from heavier damage due to uneven electric field is negated by using corona ring in high voltage transmission line. Corona ring makes the uneven electric field distribution into uniform electric field hence the damage of insulator is avoided. This paper demonstrates how to evaluate the electric field and voltage distribution along composite insulators for system voltages ranging from 765 kV ac using software packages based on the idea of numerical analysis technique. This work uses ANSYS Maxwell to compute the electric field distribution in high voltage and low voltage terminals for different diameters at varying heights, both with and without a corona ring. ANSYS is used to calculate mechanical strength of insulator. The structural analysis, stress analysis and thermal analysis carried out to check the withstanding capability of insulator during heavy force, heavy stress and high temperature. The main objective is to reduce the maximum Electric field distribution of the along 220 kV. The optimization is carried out by through the use of Combined Simulated Annealing and Improved Binary Particle Swarm Optimization (CSAIBPSO).

PL

Naprężenia elektryczne są spowodowane wysokim polem w metalowym kołnierzu na końcu. Wystąpią wyładowania koronowe i powierzchniowe, które mogą spowodować przedwczesne zniszczenie. W ekstremalnych okolicznościach nastąpi całkowite przeskok izolacji. Przy konstruowaniu idealnego izolatora w typowych warunkach brane są pod uwagę zarówno wewnętrzne, jak i zewnętrzne działania związane z wyładowaniami. Gdy izolator zostanie poddany działaniu wysokiego napięcia, nastąpi nierównomierny rozkład pola elektrycznego. Zmniejszy to niezawodność izolatora i nastąpi starzenie się. Doprowadzi to do uszkodzenia izolatora i wymiany izolatora. Aby chronić izolator przed większymi uszkodzeniami spowodowanymi nierównomiernym polem elektrycznym, zanegowano użycie pierścienia koronowego w linii przesyłowej wysokiego napięcia. Pierścień koronowy powoduje nierównomierny rozkład pola elektrycznego na jednolite pole elektryczne, dzięki czemu unika się uszkodzenia izolatora. W artykule przedstawiono sposób oceny pola elektrycznego i rozkładu napięcia wzdłuż izolatorów kompozytowych dla napięć systemowych w zakresie od 765 kV prądu przemiennego przy użyciu pakietów oprogramowania opartych na idei techniki analizy numerycznej. W tej pracy wykorzystano ANSYS Maxwell do obliczenia rozkładu pola elektrycznego w zaciskach wysokiego i niskiego napięcia dla różnych średnic i różnych wysokości, zarówno z pierścieniem koronowym, jak i bez niego. ANSYS służy do obliczania wytrzymałości mechanicznej izolatora. Analiza strukturalna, analiza naprężeń i analiza termiczna przeprowadzana w celu sprawdzenia wytrzymałości izolatora podczas dużych sił, dużych naprężeń i wysokiej temperatury. Głównym celem jest zmniejszenie maksymalnego rozkładu pola elektrycznego wzdłuż 220 kV. Optymalizację przeprowadza się poprzez zastosowanie połączonego symulowanego wyżarzania i ulepszonej optymalizacji roju cząstek binarnych (CSAIBPSO).

Słowa kluczowe

EN

insulator; high voltage transmission line; Maxwell; combined simulated annealing; improved binary particle swarm optimization

PL

izolator; linia przesyłowa wysokiego napięcia; Maxwell; połączone symulowane wyżarzanie; ulepszona optymalizacja roju cząstek binarnych

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 5
• Strony: 222--229
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Suresh K.

• Sri Sai Ram Engineering College,Chennai, INDIA

• https://orcid.org/0000-0002-5667-363

autor

Porkumaran K.

• Sri Sai Ram Engineering College,Chennai, INDIA

• https://orcid.org/0000-0002-9793-4322

autor

SanjeeviGandhi A.

• Sri Sai Ram Engineering College,Chennai, INDIA

• https://orcid.org/0000-0001-6964-016X

autor

Venkatesan G.

• Sri Sai Ram Engineering College,Chennai, INDIA

• https://orcid.org/0000-0002-3213-8990

autor

Jeeva C.

• Sri Sai Ram Engineering College,Chennai, INDIA

• https://orcid.org/0000-0002-2545-2412

Bibliografia

• [1] R. S. Gorur, E. A. Cherney, and R. Hackam, “Polymer Insulator Profiles Evaluated In a Fog Chamber”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 5, No. 2, pp. 1078 –1085, April 1990.
• [2] R. Hartings, “Modern Experimental Techniques to Study the Discharge Phenomena on Outdoor Insulators”, Proceedings of the Seventh International Symposium on HV Engineering, Dresden, Vol.1, August 1991.
• [3] S. Chakravorti, and P. K. Mukherjee, “Power Frequency and Impulse Field Calculation around a HV Insulator with Uniform or Non-uniform Surface Pollution”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 28, No.1, pp. 43-53, February 1993.
• [4] G. H. Vaillancourt, S. Carignan, and C. Jean, “Experience with the Detection of Faulty Composite Insulators on High-Voltage Power Lines by the Electric Field Measurement Method”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 13, No. 2, pp. 661- 666,April 1998.
• [5] Y. Chen, C. Li, X. Liang, and S. Wang, “The Influence of Water and Pollution on Diagnosing Defective Composite Insulators by Electric Field Mapping”, Proceedings of the Eleventh International Symposium on HV Engineering, London, Vol. 3, pp. 197-200, August 1999.
• [6] G. Gela, and D. Mitchell, “Assessing the Electrical and Mechanical Integrity of Composite Insulators Prior to Live Working”, Proceedings of IEEE 9th International Conference on Transmission and Distribution Construction, Operation and Live-Line Maintenance, Vol. 1, pp. 339–343,2000.
• [7] Feng Huo, Peng Zhang, Yiliang Yu, Qin Liu, Lei Chu, Xuezong Wang "Electric field calculation and grading ring design for 750kV four-circuits transmission line on the same tower with six cross-arms", Journal of Engineering, John Wiley, Vol. 1,No.16, pp. 3155-3159,2019.
• [8] Nadjim Alti Abdelhafid, Bayadi Khaled, Belhouchet, “Grading ring parameters optimization for 220 kV metal-oxide arrester using 3D-FEM method and bat algorithm”, IET Science, Measurement & Technology,Vol.15,pp.14-24,2021-37,2020.
• [9] Benalia m'hamdi, youcef benmahamed, Madjid teguar ,Ibrahim B.M.Taha , Sherif S. M. Ghoneim, “Multi-Objective Optimization of 400 kV Composite Insulator Corona Ring Design”, IEEE Access, Vol.10, pp.27579-27590,2022.
• [10] Shiling Zhang “Optimization of Corona Ring Design Used in UHV Composite Insulator by PSO Algorithm”, Journal of Physics: Vol.1, pp1-10, 2021.
• [11] B. M'hamdi, M. Teguar and A. Mekhaldi, “Optimal Design of Corona Ring on HV Composite Insulator Using PSO Approach with Dynamic Population Size”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation ,Vol. 23, No. 2,1048-1057, 2016.
• [12] J.S.T. Looms, “Insulators for High Voltage”, Peter Peregrinus Ltd, London, U. K., 1988.
• [13] S. Chakravorti, and H. Steinbigler, “Boundary-Element Studies on Insulator Shape and Electric Field around HV Insulators with or without Pollution”,IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 7, No. 2, pp. 169-176, April 2000.
• [14] S.K.B.Pradeep Kumar Ch, G. Balamurugan, Y. Butchi raju “Optimal Infusion and Grading of Combined DGs and Capacitor Banks for Line Loss Minimization and Enhancement of Voltages in Radial Circuit System”. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 97 NR 12/2021,pp.14-22,2021.
• [15] T. Zhao, and M. G. Comber, “Calculation of Electric Field and Potential Distribution along Non-Ceramic Insulators Considering the Effects of Conductors and Transmission Towers”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 15, No. 1, pp. 313-318, January 2000.
• [16] E. A. Cherney, “Non-Ceramic Insulators - a Simple Design that Requires Careful Analysis”, IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 12, No. 3, pp. 7-15, May/June 1996.
• [17] H.El-Kishky, and R. S. Gorur, “Electric Field and Energy Computation on Wet Insulating Surfaces”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 3, No. 4, pp. 587- 593,August 1996.
• [18] G. H. Vaillancourt, S. Carignan, and C. Jean, “Experience with the Detection of Faulty Composite Insulators on High-Voltage Power Lines by the Electric Field Measurement Method”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.13, No.2, pp. 661- 666,April 1998.
• [19] G. Gela, and D. Mitchell, “Assessing the Electrical and Mechanical Integrity of Composite Insulators Prior to Live Working,” Proceedings of IEEE 9th International Conference on Transmission and Distribution Construction, Operation and Live-Line Maintenance, Montreal, Canada, Vol.1, pp.339–343. 2000.
• [20] G. H.Vaillancourt, J. P. Bellerive, M. St-Jean, and C. Jean, “New Live Line Tester for Porcelain Suspension Insulators on High-Voltage Power Lines”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 9, pp. 208-219, January 1994,
• [21] Mohammad-Taghi, Vakil-Baghmisheh, Alireza Navarbaf“A modified very fast simulated annealing algorithm”,Proc IEEE Int Symposium on Telecommunications. St. Petersburg, Russia, Vol.1, pp.61–66. 16–19, June 2008.
• [22] K.Suresh, N.Kumarappan “Hybrid improved binary particle swarm optimization approach for generation maintenance scheduling problem”, Elseveir-Swarm and Evolutionary Computation, vol.9, pp.69-89, 2013.
• [23] Rong-Ceng Leou."A new method for unit maintenance scheduling considering reliability and operation expense", Elseveir-International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol.28,No.7,pp.471-481,2006.
• [24] E.Kufel, W. S. Zaengel,“High Voltage Engineering Fundamentals”, Pergamon Press, 1988.
• [25] Benalia M'hamdi, Youcef Benmahamed, Madjid Teguar Ibrahim B. M. Taha, Sherif S. M. Ghoneim, “Multi- Objective Optimization of 400 kV Composite Insulator Corona Ring Design”, IEEE Access, Vol.10,pp.27579–27590,March 8, 2022.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).