550kV SF6汽体绝缘GIS套管内屏蔽结构研究

主要介绍了550 kV SF6气体绝缘GIS套管的内绝缘屏蔽结构形式.针对550 kV SF6气体绝缘GIS套管传统的双屏蔽层结构形式所带来的装配难、局放高和成本高等缺陷,通过建立电场模型及优化设计平台,选取了经电场优化的单屏蔽层方案,有效避免了传统的双屏蔽层设计所带来的问题.经型式试验验证,产品各项性能指标满足技术规...     

550kV SF_6气体绝缘组合电器套管研制

介绍550 kV SF6气体绝缘组合电器(GIS)套管的绝缘结构、机械结构和密封结构设计及试验情况。通过建立550 kV SF6气体绝缘GIS套管电场模型及优化设计平台,选择经电场优化的单屏蔽层方案;对套管的结构部件进行有限元校核并选取较大的安全系数;对套管的密封结构选取单道多重密封槽设计;经型式试验验证,产品各项性能指标满足技术规范要求并具有较大的裕度,套管具有良好的技术经济指标。     

550kV SF_6气体绝缘GIS套管内屏蔽结构研究

主要介绍了550 kV SF6气体绝缘GIS套管的内绝缘屏蔽结构形式。针对550 kV SF6气体绝缘GIS套管传统的双屏蔽层结构形式所带来的装配难、局放高和成本高等缺陷,通过建立电场模型及优化设计平台,选取了经电场优化的单屏蔽层方案,有效避免了传统的双屏蔽层设计所带来的问题。经型式试验验证,产品各项性能指标满足技术规范要求,绝缘试验合格并具有较大的裕度,套管具有良好的技术经济指标。     

高压绝缘套管电场分析及结构优化

高压绝缘套管是气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)高电压与地电位绝缘的重要元件,其均匀的电场分布与合理的结构是GIS安全运行的保证。笔者针对252 k V GIS高压绝缘套管结构设计与电场分布问题,以电磁场理论为基础,通过建立高压绝缘套管电场分布计算的数学模型和基于ANSYS软件的套管电场分布的仿真分析,对套管接地内屏蔽附近电场分布对套管外表面局部区域电场强度的影响进行研究,并据此对套管内屏蔽进行结构设计。套管内屏蔽结构参数的优化结果表明,套管外表面的最大切向场强降低了约29%,使其绝缘性能有了明显的提高。     

1100kV GIS用SF6气体绝缘复合套管结构有限元仿真分析

对1 100 kV高压组合开关电器(GIS)用SF_6气体绝缘复合套管内部SF_6气体压强的确定、GIS复合套管内屏蔽结构许用场强进行了讨论分析,确定了套管内部金属屏蔽和外绝缘结构设计方案。基于此,建立了1 100 kV GIS套管的三维有限元仿真计算模型,并对其内部金属屏蔽和绝缘件电场分布进行了仿真模拟,同时对套管基座进行了机械应力分布计算。结果表明:套管金属屏蔽最大电场强度约为10 k V/mm,复合绝缘子护套表面电位分布接近线性分布;当负荷加载方向垂直于GIS管道方向时,弯曲应力最大值为11.2 MPa;在1.1倍额定电流6 930 A下,套管中温度最高点位于中心导杆附近,最高温度为80℃,满足设计要求,试制的SF_6气体绝缘复合套管通过了全部型式试验。     

特高压SF_6气体绝缘套管内屏蔽结构研究

为了研究特高压SF6气体绝缘套管内屏蔽结构的电场分布特性并制定合理的结构设计方案,通过对特高压SF6气体绝缘套管进行有限元电场分析,研究了边缘效应和结构参数对内屏蔽电极表面电场的影响。在此基础上,针对仅通过控制电极表面电场进行内屏蔽结构设计的局限性,研究了SF6局放起始电场强度对内屏蔽结构设计的影响。结果表明:内屏蔽电极边缘外形对电极边缘电场强度影响较大,而对电极中部电场强度影响较小,因此进行内屏蔽结构设计需要考虑边缘效应对电极表面电场的影响,将边缘外形设计和电极尺寸设计分开进行;此外,边缘外形对边缘SF6局放起始电场强度影响较大,在进行边缘外形设计时需要综合考虑表面电场强度和局放起始电场强度的影响。     

145kV复合套管电场计算与分析

采用有限元分析法软件计算了145kV套管伞套内部和外部的场强分布和电位分布，分析了接地内屏蔽筒的高度外径、翻边即环的曲率半径等对电场强度分布的影响，并对接地内屏蔽的结构进行了优化设计。为145kV复合套管的绝缘设计提供了理论依据。     

550kV GIS用端部屏蔽绝缘结构优化设计

550kV电网是我国的重要网架,550kV高压GIS设备是保证其安全可靠运行的关键设备。550kV端部屏蔽是550 kV GIS设备的重要组成部分,优化设计550 kV端部屏蔽,对于保证550 kV GIS设备的安全可靠运行及其雷电冲击耐受电压试验的顺利通过具有重要意义。采用有限元电场分析计算方法优化设计550kV端部屏蔽的绝缘结构,优化其屏蔽罩形状为多R圆弧过渡,优化后其上电场强度较原结构降低了18.9%,优化后的550kV端部屏蔽结构顺利通过了整套绝缘型式试验,大大提高了其绝缘安全裕度。     

1000 kV SF_6标准电压互感器的绝缘设计和电场计算分析

特高压电器设计的核心问题之一便是绝缘结构设计。绝缘结构设计能否满足要求,对产品的安全运行至关重要。为此,笔者对1 000 kV SF6气体绝缘标准电压互感器进行了电场有限元分析,通过对多组结果的比较,提出1 000 kV SF6高压电器绝缘设计的要点,并对其他类似结构的特高压电器设计提出了一些浅见。研究发现:对于SF6高压电器产品,改善套管电位分布、降低电场强度的有效方法是设置分压屏蔽,通过合理选择分压比K、加大曲率半径或采用多曲率弧线等方法降低最大电场强度;对类似结构的1 000 kV SF6气体绝缘特高压电器,可利用电容分压原理进行绝缘设计,必要时可设置两个或两个以上分压屏蔽,但分压屏蔽数量的增加会给加工、装配等带来很大难度,需要合理取舍。     

1100 kV直流SF_6气体绝缘穿墙套管电场仿真分析

国产1 100 kV直流SF_6气体绝缘穿墙套管首次采用双层内屏蔽结构。为此,提出了1种气体电流密度计算方法用于仿真直流电压下的套管电场分布,对工频和直流电压下分别采用单层和双层内屏蔽结构时的套管电场分布进行了仿真分析,探讨了双层内屏蔽结构的电场调控能力,仿真分析了气体电离对电场分布的影响。结果表明:直流电压下套管外部表面电场分布不受内屏蔽电极配置方式的影响,但双层屏蔽结构相对于单层屏蔽结构能够减小套管内部电极的表面场强;套管外部空气电离达到一定程度后将引发屏蔽环表面起始的闪络,内部SF_6气体电离达到一定程度后则更容易发生电离区附近的套管表面电晕放电。     

Optimization on the internal insulation system of gas‐insulated bushing for 1100‐kV GIS based on multiobjective optimization method

In this paper, we first study the voltage and electric field distribution characteristics under the basic lightning impulse level (BIL) of 2400 kV by finite element method (FEM) calculation which are affected by the internal shielding structure of the gas‐insulated bushing for the 1100‐kV gas‐insulated substation (GIS). On this basis, four parameters of the shielding structure are determined to be the decision variables in the optimization process. Four electric field objective functions and four potential objective functions are also proposed. Using a multiobjective optimization method, we then construct an evaluation function with the eight objective functions mentioned above, which are used to evaluate the electric field and potential distribution synthetically. Furthermore, a combination of FEM and the evolution strategy is used to construct the stochastic optimization objective function with the multiobjective evaluation function. The electric field and potential distribution of the gas‐insulated bushing are greatly improved after optimization, and the electric field strength at key spots is effectively reduced. The insulation system of gas‐insulated bushing for 1100‐kV GIS designed by this method has passed type tests and worked well nearly 3 years. So, this optimization provides a constructive method and useful basis for the design of gas‐insulated bushings for 1100‐kV GIS and other electrical equipment. © 2013 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

高压SF6电流互感器绝缘特性分析

高压SF6气体绝缘电流互感器(简称HV SF6TA)由于绝缘气体本身特性,其内部电场分布的均匀程度和电场强度分布必须严格控制,以保证其高绝缘特性。电场计算是绝缘分析的重要手段。HV SF6TA场域结构复杂,为进行绝缘分析与结构设计,以220 kV HV SF6TA实际产品结构为研究对象,采用有限元数值求解方法,建立了含SF6、绝缘瓷套、空气等多重介质的三维电场数学模型,采用区域分解和自适应剖分技术相结合,对三维电场进行了仿真求解,得到了复杂结构中三维场域电场分布,找到了HVSF6TA内部最大场强所在位置以及绝缘薄弱点。为提高HVSF6TA全场域电场的均匀度,避免电晕放电等击穿现象的发生,绝缘设计中对法兰盘附近加设屏蔽环以及在一次导体端部加设屏蔽环两种方案的电场进行了分析,并将HV SF6TA各结构部件沿面电场分布以及全场域电场分布进行了对比分析,为HV SF6TA绝缘结构设计提供了数值基础。     

1000kV GIS用套管的设计

1000kV GIS用套管是GIS中的关键设备,为实现1000kV GIS用套管的自主设计这一我国特高压技术工程的重大突破,在对日本NGK公司研制的1000kV GIS用套管的结构及参数进行讨论的基础上,从1000kV GIS用套管的结构、额定电流选择与散热、套管防爆技术、套管均压环设计、套管内屏蔽设计等方面详细介绍了1000kV GIS用套管的设计要点。计算结果表明:1000kV GIS用套管采用金属屏蔽结构比较简单,工艺上容易实现,通过计算其电气性能和机械性能能够满足工程要求。同时,1000kV GIS用套管设计上还需要考虑大电流下的一次导电管的散热及瓷空心绝缘子的防爆问题。     

±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计

±400 kV换流变压器阀侧套管的设计裕度均低于特高压等级换流变压器套管,且±400 kV换流变压器阀侧套管在换流阀厅用量较大,因此有必要针对±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计进行具体分析讨论.分析了±400 kV换流变压器阀侧套管双导电管结构的发热机理,从理论解析角度给出了双导电管结构的设计尺寸,进一步优化设计了套管的芯体绝缘结构,从内、外绝缘配合的角度给出了套管的外绝缘设计方案,并对其整体电场分布情况进行了校核计算:工作电压下其径向电场强度控制在3.11 kV/mm,工频耐压下其轴向电场强度控制在0.51 kV/mm,均满足±400 kV换流变压器阀侧套管设计电场强度控制要求.对研制完成的±400 kV换流变压器阀侧套管进行型式实验,结果表明所研制的套管通过了工频干耐受电压试验并局部放电测量、雷电冲击干耐受电压试验和温升试验等典型型式试验.     

600kV标准电容器的研制

介绍一种基于压缩SF6气体绝缘的正立式标准电容器的,可测量600 k V工频电压,1 200 k V冲击电压。使用有限元分析软件ANSOFT对高压套管进行仿真计算,套管的接地屏蔽以及中间电位屏蔽的位置和尺寸进行优化设计。中间电位屏蔽上的电压系数k=41.6%时,套管利用率最佳。对于电极的设计,依据电场大小确定高压电极的直径和上下圆弧的尺寸,不断优化屏蔽电极的尺寸,尽可能均匀低压电极表面的电场强度。雷电冲击耐受电压1 440 k V下,装置壳体内部最大电场为18.1 k V/mm。为了改善标准电容器的频率特性,设计时低压电极与外壳内壁的距离仅15 mm。根据标准电容器的尺寸和材料,计算得到温度系数为2.05×10~(-5)/K,600 k V时的电压系数为5.5×10~(-7),偏心引起的电容量变化为3.95×10~(-5),为电极安装之后的固定误差。     

基于响应表面法的550kV GIS隔离开关中的结构优化设计

利用有限元方法,首先计算了550 kV GIS隔离开关中的电场分布。进一步引进了响应表面方法,实现了响应表面方法与有限元的结合,完成了550 kV GIS隔离开关中的电场优化设计。优化的结果表明,550 kV GIS隔离开关中的电场经过优化后,分布更加均匀,1 min 740 kV工频耐压、1 675 kV的雷电冲击和1 300 kV的操作冲击试验、完全达到国家标准,符合设计要求。同时提高了产品运行的可靠性。     

550kV GIS用SF6断路器电场分析计算

对550kV GIS用SF6断路器结合其1min工频绝缘耐压试验对其合闸位置和分闸位置灭弧室内的电场分布进行了详细的分析计算,并对该断路器分闸过程中电场不均匀程度进行了分析计算,从而对该断路器的绝缘性能有了深刻的认识和理解.     

基于超高频检测技术研究GIS中的局部放电

根据气体绝缘的金属封闭式组合电器(GIS)的波导结构及局部放电脉冲所激发的电磁波的宽频带特征,建立了外部天线超高频局部放电检测系统。利用该系统对252kVGIS母线段中相同气压、不同电压超高频下固定微粒局部放电模型进行检测,并借助联合时频分析方法对信号进行处理。结果表明,外部天线超高频局部放电检测系统可以实现GIS局部放电检测,固定微粒局部放电频谱特征明显。