±400 kV直流SF_6气体绝缘穿墙套管研制

特高压直流穿墙套管是换流站中连接直流场和阀厅的重要关键设备之一,±400 kV直流穿墙套管的研制对于实际工程建设与±800 kV及更高电压等级直流穿墙套管的研制都有着重大意义。文中以额定电压±400 kV,额定电流5 000 A的直流纯SF_6气体绝缘穿墙套管为研制对象。研究了套管在绝缘结构、机械结构及试验工装方面的关键性问题。在绝缘结构设计方面,针对直流电场的特点,建立了直流套管电场优化设计平台;在机械结构设计方面,针对超长导电管挠度较大引起的套管轴对称电场分布畸变的问题,设计了超长导电管内部空间立体结构,有效增大了导管本身惯性力矩;针对超长导电管因热胀冷缩引起的金属材料伸缩问题,设计了带波纹伸缩管的专用接头。经试验验证,满足设计指标,能够应用于直流输电工程中且对更高电压等级直流穿墙套管的研制具有重要参考意义。     

±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.     

高海拔特高压电抗器套管绝缘结构设计分析

特高压电抗器套管是实现电力电抗器与电站架空线间电气连接的重要设备,高海拔应用环境为电抗器套管电气结构设计提出了更高要求,文中主要针对其内外绝缘结构设计进行讨论。研究内容主要分为3部分:(1)讨论了电抗器套管外瓷套干弧距离计算,并从套管尾部、套管均压罩、套管内绝缘3方面进行了设计和分析;(2)建立了电抗器套管三维电场仿真计算模型;(3)在实际运行环境下对其绝缘性能进行计算分析。研究结果表明:高海拔条件下应对电抗器套管外部金具及外瓷套闪络电压进行海拔修正,计算表明金具、闪络电压修正系数分别为2.07、1.36,且套管端部应装配双环型均压罩;套管外部瓷套的绝缘距离设计为8 500 mm,且尾部绝缘距离设计为1 955 mm;有限元校核计算表明,顶部均压环表面最大场强为1.251 kV·mm~(-1),尾部均压环表面最大场强为16.962 kV·mm~(-1);套管芯子靠近中心导杆侧轴向场强略高于法兰侧,场强最大值为0.550 kV·mm~(-1)。计算结果可为特高压输电工程用电抗器套管绝缘结构设计提供一定的理论依据。     

有限元数值计算技术应用于特高压穿墙套管三维电场模拟分析

800kV特高压直流穿墙套管是我国±800kV特高压直流输电工程中的重要设备,亟需应用有限元数值计算技术对其关键部位进行三维电场模拟分析,确定传统结构设计的合理性并提供优化方案。为此在环氧浸纸电容式和金属屏蔽式2种技术路线下,分别讨论了特高压直流穿墙套管的结构特点和绝缘性能。应用有限元法仿真计算了金属屏蔽结构下穿墙套管的三维电场分布,重点分析了穿墙套管金属屏蔽表面及其相关附件电场分布特点,进一步对套管中间连接结构及支撑绝缘子的实际尺寸进行三维实体模型电场分析,并优化支撑绝缘子结构型式和尺寸。计算结果表明:对于金属屏蔽式芯体结构,高场强区域集中在金属屏蔽翻边位置及外部均压环表面,双层金属屏蔽芯体结构下穿墙套管复合绝缘子沿面电位及电场分布相对均匀,可实现套管紧凑型结构设计。该研究结果可为特高压穿墙套管的设计、研制及运行提供理论依据。     

换流变阀侧套管水冷散热设计与优化分析EI北大核心CSCD

随着我国输电线路输送容量的提升,换流变阀侧套管的发热问题日益严重,为提升其长期运行可靠性,该文提出一种适用于换流变阀侧套管的强制水冷结构。采用三维电磁–热–流耦合方法对该结构套管温度分布进行仿真分析,并通过温升试验验证其冷却效果。仿真与试验结果表明,加入水冷结构后,套管内部温度下降明显,且当空气间隙为3mm、冷却水温为45℃时,温度对芯体电场影响最小。研究表明,强制水冷结构能有效解决套管发热问题,进而提高套管载流能力与运行可靠性。     

特高压直流SF6气体绝缘穿墙套管绝缘结构设计研究进展

特高压直流穿墙套管作为换流站中连接阀厅和直流场的唯一通道,是承载系统全电压、全电流的核心设备。本文综述了特高压直流SF_6气体绝缘穿墙套管的研发和应用进展,讨论了该类套管的绝缘特性和绝缘结构设计方法,以及国产套管的组成、外绝缘设计和结构形式,并提出了当前绝缘结构设计中需要解决的问题。     

SF_6气体绝缘直流穿墙套管污秽闪络特性

为研究不同污秽条件下直流穿墙套管的污闪特性、空心复合绝缘子不同伞形结构对直流穿墙套管污闪特性的影响规律、直流穿墙套管内部导体和屏蔽结构对其污闪特性的影响规律,利用大型人工环境气候实验室开展了±400 kV SF_6气体绝缘直流穿墙套管人工污秽试验,获得了不同伞形穿墙套管和空心复合绝缘子50%污秽耐受电压与附盐密度(SDD)间的负幂指数关系式。研究表明:伞形结构为1大1小伞的空心复合绝缘子单位爬距闪络电压值要高于1大2小伞的空心复合绝缘子,有内部导体和屏蔽层的直流套管较没有内部导体和屏蔽层的直流空心复合绝缘子的U50%在SDD为0.08、0.15、0.20 mg/cm~2时分别提高5.3%、4.2%、5.3%,根据研究结论建议±1 100kV SF_6气体绝缘特高压直流穿墙套管外绝缘伞形结构设计可采用爬电距离利用率较高的伞形配置,且爬电比距不低于48 mm/kV。     

PTFE有机复合材料电气寿命的研究

以聚四氟乙烯有机复合材料为主绝缘的新型干式高压产品,包括电流互感器、穿墙套管、电缆终端等,在电力系统已经应用多年,因为其不充油、不充气、无瓷、维护工作简便、耐污秽能力强、重量轻等鲜明特点,受到用户的热烈欢迎。但对该系列干式产品最主要的特点,以聚四氟乙烯薄膜为主的有机复合主绝缘材料,却缺乏相应的研究。笔者对该有机复合绝缘材料的电气寿命进行了研究,结果显示以聚四氟乙烯为主的有机复合绝缘材料,即使在设计场强3kV/mm下且考虑一倍的安全裕度,其寿命也可以达到45年以上,是值得信任的主绝缘材料。     

一组新产品简介

*63.110kV/1250A油纸电容式穿墙套管* 该产品用于高压导体穿过与其电位不同的隔板,起绝缘和支持作用。该产品的主要结构是由油枕、油箱、外绝缘瓷套、主绝缘电容芯子及连接套筒等组成。套管的主绝缘电容芯子是在套管的中心铜管上绕有电缆纸绝     

±800kV换流变压器阀侧干式套管的损耗分析

换流变压器阀侧用干式直流套管的电、热性能相互影响,因此实际运行中发生的电气绝缘失效与其热性能有直接联系。基于此,有必要对特高压换流变压器干式套管的损耗进行定量分析。换流变压器干式套管的总体损耗主要由载流结构涡流发热和套管芯体介质焦耳发热2部分构成,且实际承受的电流和电压波形均含有大量高次谐波成分。首先通过高压换流变干式套管的具体结构建立了芯子介质和载流结构涡流发热的理论计算模型,然后在实验室条件下获取了干式套管芯子用环氧浸纸复合绝缘的温变、频变非线性特性。进一步,基于频域有限元法,提出了换流变干式套管损耗的数值计算方法。最后,应用上述数值计算结果,分析了换流变压器干式套管在实际运行中发生绝缘失效的可能起因。研究结果可用于换流变套管的热性能计算,对高压干式套管现场运行、维护和事故分析具有一定指导意义。     

提高XLPE高压直流海缆经济性的研究展望

结合我国高压直流海缆工程直流海缆选型、电压等级和输送容量的关系,以单位输送容量所需直流海缆原材料投入作为典型经济性指标,发现随着单回路直流海缆电压等级和载流量升高,直流海缆经济性呈上升趋势.通过对比不同路线提高电压等级和载流量后直流海缆耗材的变化,可知分别通过提高直流海缆绝缘电气水平和导体最高允许运行温度的方式实现电压等级和载流量提升对提高直流海缆经济性更为有效.此外选取导体最高运行温度为70℃的±525 kV直流海缆为典型规格,利用有限元仿真分析外加电压提高至972 kV和导体运行温度提高至90℃后直流海缆绝缘场强分布的变化,结果表明电压等级和导体运行温度的提高均会造成绝缘场强翻转后靠近绝缘屏蔽处的场强进一步升高,且二者存在协同作用,在此基础上,设定绝缘屏蔽与绝缘界面存在向绝缘内尺寸为0.125 mm的半圆形突起,有限元仿真结果表明该点的场强对比无突起情况增大了35.8％.     

计及趋肤效应的套管载流结构损耗分析

高比例新能源和高比例电力电子设备特征下的新型电力系统谐波问题日益显著，实际通过套管等电力设备载流结构的电流含有大量高次谐波，趋肤效应作用下谐波电流会产生较大的有功损耗。为了研究谐波电流下套管载流结构的有功损耗特性，建立计及趋肤效应影响的套管载流结构电阻计算模型；理论推导和试验验证了复杂多次谐波电流作用下套管载流结构有功损耗计算方法；仿真获取了换流变阀侧套管电流波形，结合载流导体实际结构进行了有功损耗定量计算。结果表明，与基波电流相比，谐波电流产生的功率损耗比例远大于谐波含量比例，趋肤效应作用下谐波电流对套管载流结构有功损耗具有显著的增强作用。     

1000kV/8 kA升流装置的研制

为施加1000 kV工作电压考核的设备(如气体绝缘套管、变压器及电抗器用套管、断路器、GIS、隔离开关等)提供额定工作电流,研制了100kV/8kA大电流升流装置,其绝缘水平与1000 kV输变电设备相同,长期额定工作电流8 kA,电流输出端口额定电压1.2 kV。在介绍大电流升流装置的设计思想(工作原理、组成、参数选择、本体设计、无功补偿及测量系统)的基础上,设计了不同结构电压传感器,为检验和研究1000 kV罐式CVT、电子式电压互感器创造了条件。     

电热耦合场分析在±800 kV穿墙套管电场分布计算应用

800 kV穿墙套管在特高压直流输电工程中发挥着重要的作用，但在应用有限元分析方法对其进行电场仿真优化设计时，往往忽略穿墙套管实际运行时的温度对电场分布的影响。文中首先建立了±800 k V穿墙套管三维仿真模型，通过仿真计算得到穿墙套管的温度场分布，考虑了实际运行中，套管发热对内部环氧芯体电导率的影响，并在温度场分布的基础上，应用电热耦合场分析计算的方法，获得穿墙套管的电场分布。计算结果表明：正常运行时，穿墙套管载流导杆及卷制管温度呈现中间高两边低的分布规律，靠近导杆的芯体温度高，沿径向方向，芯体温度逐渐降低；同时发现，在恒定电导率条件下，芯体径向电场两边高，中间低，分布均匀，在考虑温度对芯体电导率影响的条件下，芯体电场分布沿径向逐渐升高，分布不均匀。可见，温度对穿墙套管电场分布有显著的影响作用，该研究可为穿墙套管设计与优化时的仿真计算提供校正。     

高压换流变阀侧SF6气体套管外绝缘结构设计

高压换流变阀侧套管是实现换流变压器与阀塔电气连接的重要设备,文中主要针对其外绝缘结构设计进行讨论。研究内容主要分为3部分:讨论了换流变套管的实际运行环境和承受的电压、电流波形特征;对换流变套管从空心复合绝缘子、套管均压罩、套管尾部3方面进行了设计和分析;建立了换流变套管三维电场仿真计算模型,在实际运行环境下对其外绝缘性能进行计算分析。研究结果表明:套管主绝缘宜采用电容式结构,且套管端部应装配苹果型均压罩;套管空心复合绝缘子的绝缘距离设计为7 490 mm,且尾部的绝缘距离设计为3 110 mm;在实际运行环境下,端部均压罩最大场强出现在下端面,其值为2386 V·mm~(-1)。文中的计算结果可为高压直流输电工程用换流变套管外绝缘设计提供一定的理论依据。     

电热耦合模型应用于干式油气套管径向温度分布计算及其试验研究

550 kV电容干式油气套管芯体温度场分布与套管长期安全稳定运行有直接关系,因此在该型套管样机试制过程中应对芯体内部径向温度分布进行研究。通过建立套管芯体电热耦合理论模型得到在线性材料条件下套管芯体径向温度分布规律,并运用电热耦合有限元模型在材料非线性条件下对理论模型进行推广,最后对套管芯体局部温度点开展试验测量研究。结果表明:550kV电容干式油气套管温度最高点位于中心导杆附近其值约为95℃;在材料非线性条件下得到套管径向温度值低于线性条件下的计算结果;额定载流量下套管芯体热击穿电压值为538kV,高于套管最高工作相电压。     

特高压交流线路带电作业安全防护用具与措施

1000kV交流特高压输电线路电压高、感应电场强、运行维护难度大,为确保带电作业人员的安全和线路运行维护工作的顺利开展,针对其特点研制了带电作业屏蔽服,按照相关标准对其性能进行了测试。并模拟带电作业实际工况进行了屏蔽服内外场强测量、等电位时流经人体电流测量、进出等电位脉冲电流测量。结果表明登塔过程中和等电位作业时,屏蔽服内场强值为0.4～10kV/m,面罩内部场强值为8.4～137kV/m,等电位作业时流经人体的电流值为32μA。证明研制的屏蔽服能够满足1000kV交流特高压输电线路带电作业安全防护要求,制订的1000kV交流特高压输电线路带电作业安全防护措施可为我国特高压输电线路带电作业的安全开展提供技术支持。     

分层接入式特高压换流站1000 kV换流变区域空气间隙放电特性

随着分层接入800 kV特高压换流变网侧电压等级从750 kV上升到1 000 kV,特高压换流站对网侧设备的绝缘要求也随之升高,网侧1 000 kV空气间隙的优化,对控制阀厅长度、确保换流站安全可靠运行、降低换流站占地和减少工程成本有重要意义。该文对换流站低端阀厅网侧1 000 kV换流变区域内各种带电导体之间的空气间隙在长波前操作冲击电压进行了放电试验研究,得到了相应空气间隙的50%操作冲击放电电压试验曲线。根据换流站不同类型下的交流侧1 000 kV操作过电压计算结果,分析了相应情况下交流侧1 000 kV换流变区域空气间隙相对地和相间的50%操作冲击放电电压。根据空气间隙试验曲线和最大的相间和相地操作50%放电电压,得出换流站网侧关键空气间隙的取值。计算表明:套管均压环对阀厅墙的最小空气间隙为7.1m,套管均压环对阀厅墙压顶的最小空气间隙为6.6 m,套管均压环–避雷器均压环不被击穿的最小空气间隙为8.2 m,管母–分裂导线和管母–套管最小空气间隙均为7.8 m。研究结果对网侧1 000 kV空气间隙的选取具有指导意义。     

RBF神经网络与NSGA-II混合算法用于±1 100kV穿墙套管3维电场模拟及内屏蔽结构优化

±1 100 kV特高压穿墙套管是直流输电系统中的重要设备,但目前对其3维静电场模拟和内屏蔽层结构智能优化鲜有报道。鉴于此,以特高压穿墙套管及其内屏蔽结构为研究对象,建立了3维有限元模型进行电场模拟。提出了应用径向基函数(RBF)神经网络与NSGA-II混合算法对套管内屏蔽结构进行多目标优化,并运用经典显示函数验证了该算法的有效性。在此基础上,建立了穿墙套管内屏蔽结构的多目标优化数学模型,结合RBF神经网络与NSGA-II混合算法对内屏蔽结构进行了优化设计,使套管内屏蔽各关键位置处电场强度(简称场强)均满足控制要求。研究表明:与自由网格划分相比,体旋转扫掠网格划分可使有限元模型生成的节点数量降低58.2%;墙体和均压环对套管复合外套有较好的屏蔽作用,且高场强区主要集中在内屏蔽表面,优化后最高场强降低14.5%。3维电场模拟结果可为穿墙套管的设计、制造和运行提供数据和理论依据,且所提算法能较好地解决大场域、多介质复杂模型结构优化耗时较多的问题。     

特高压交流试验基地用OPGW的设计与应用

根据特高压光纤复合架空地线(OPGW)光缆的机械性能、短路电流热容量及耐雷击性能要求和系列设计选型研究,中天日立自主研制设计了特高压OPGW,并提供给特高压试验基地使用。该OPGW光缆采用20.3%IACS全铝包钢绞合不锈钢管结构,外层单丝直径为3.75mm。当前已在特高压交流试验基地成功带电运行,OPGW光缆和配套金具附件满足特高压输电线路的防雷、防振、防舞等技术要求,故可以在1000kV特高压交流试验示范工程中推广使用。