工频电压下片状自由金属微粒带电特性与运动规律研究

GIS/GIL因安装、运输等环节会不可避免地产生多样性的金属微粒,而片状金属微粒因其"潜伏性"较难检出,从而威胁GIS/GIL的绝缘性能。采用数值计算结合实验方式开展了工频电压下片状金属微粒起跳与运动规律研究。片状金属微粒采用旋转椭球体模型进行等效,并通过理论推导获得片状金属微粒的带电量与临界起跳场强。搭建工频电压下片状金属微粒运动观测平台。采用高速相机观测其起跳和运动行为,并与数值计算结果进行对比分析。结果表明:片状金属微粒起跳场强与厚度的1/2次方近似呈正比关系,而随微粒半径增大呈现出微弱的上升趋势。密度较大的片状金属钢微粒竖起后,存在原地旋转与沿地电极表面来回滚动两种运动模式,并在微粒底部与电极间隙伴有微弱的局部放电;密度较小的片状金属铝微粒竖立后,在电极间隙内发生剧烈地上下跳动。     

机-电联合作用下尖端电极中金属微粒的运动行为与局部放电特性

GIS内自由金属微粒的运动、集聚行为导致金属微粒在电力设备内部分布广泛,使得绝缘子表面的闪络电压降低,对设备的绝缘状态造成潜在性的威胁。本文搭建自由金属微粒机—电联合试验平台,研究机—电共同作用下尖端电极中金属微粒的放电特性与运动特性,总结出工频电压和机械振动对于金属微粒起跳及运动行为的影响规律。试验结果表明尖端电极下,球形微粒与线性微粒均保持在底电极上沿弧面进行小幅滚动,增加工频电压幅值会使得微粒沿弧面晃动的上下界高度提升,增加机械振动幅值会使得微粒出现一定的起跳动作,且运动的随机性增加;放电产生的PRPD谱图整体保持尖端放电的典型特征,飞行谱图整体保持三角脉冲群的典型特征,但仅存在单一的三角峰,并从受力分析与空间电荷的角度对运动行为与放电特性进行解释。文中的研究为实际工程应用多缺陷中金属微粒的检测提供了一种有效的方法。     

基于超声波飞行图的GIS自由金属微粒缺陷诊断研究

自由金属微粒是气体绝缘开关设备(GIS)中最常见的缺陷之一,极易引起绝缘子闪络等绝缘故障。建立了自由金属微粒的典型缺陷模型并进行大量局部放电试验,对信号的工频相位相关性进行判断,确定了不同缺陷类型、不同试验电压下放电超声波飞行图的特征差异,为GIS中自由金属微粒缺陷的识别和诊断提供了一种有效的方法。     

直流电压下SF_6中自由线形导电微粒运动特性

在大量工程和实验中发现,相对于自由球形导电微粒而言,自由线形导电微粒对于设备绝缘性能威胁更大,且直流下微粒更容易进行起跳。为此利用搭建的自由微粒实验装置和观测平台,研究了直流电压下自由线形导电微粒在SF_6气体中的运动特性。结果表明:微粒起跳场强随气压无明显变化;随着微粒长度的增加,微粒起跳场强有略微增大的趋势;随着微粒直径的增大,微粒起跳场强呈现指数增长趋势;当微粒长度较短时,随着微粒直径的增加,微粒起跳场强实验值与计算值较为接近;当微粒长度3 mm时,随着微粒直径的减小,微粒起跳场强实验值与计算值相差较为明显。此外,还研究了线形微粒在SF_6气体中特有的两种现象:随着微粒长度增加、半径减小或气压降低,微粒产生飞萤现象和竖立现象的概率均增大,且上极板为正极性时更容易产生这两种现象。最后,文中从空间电荷角度对实验现象做出了解释。     

基于超声波信号的GIS内自由金属颗粒危险评估研究

为了研究GIS腔体内自由运动金属颗粒对GIS绝缘劣化的危险程度,设计了一个模拟此类缺陷的模型,并测量了不同尺寸和形状的自由运动颗粒产生的超声波信号,最后分析了这些信号的工频相位相关性、幅值以及飞行时间等几个要素的特性,并根据这些要素评估金属颗粒的危险程度。结果表明:颗粒静止不动发生放电时,超声波信号幅值较小且有较强的相位相关性,而当颗粒自由跳动时,信号幅值非常大且相位相关性较弱,颗粒的尺寸和形状会影响颗粒的飞行时间,与球状颗粒相比,丝状颗粒的飞行时间随电压的升高有更显著的变化,因此它们对GIS绝缘劣化的影响严重度不一样,并且这些信号的幅值、飞行时间的变化分布具有周期性。     

GIL内金属微粒在直流电压下的运动特性分析

气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission line,GIL)以其输送容量大、占地面积小、传输损耗小等优点,在许多场合是替代电缆和架空线路的首选方案。但GIL内部的金属微粒会在电场的影响下发生起跳和运动,严重威胁了GIL的绝缘性能。为更好地捕获金属微粒,掌握GIL内金属微粒的受力和运动特性是十分有必要的。本文首先忽略了盆式绝缘子对GIL轴向场强的影响,分析了金属微粒在同轴圆柱间的受力和运动特性,使用金属微粒谐振频率表征金属微粒在直流电压下的活跃度,并分析了电压和微粒半径对金属微粒谐振频率的影响规律。然后考虑了盆式绝缘子对GIL轴向场强的影响,得到了金属微粒的几种典型的运动轨迹。最后给出了对于金属微粒陷阱布置的建议,认为在盆式绝缘子凸面侧下方布置金属微粒陷阱是必要的。     

交直流复合电压下流动变压器油中金属微粒运动规律和局部放电特性研究

流动变压器油中自由金属微粒引起的局部放电(PD)特性与其运动规律密切相关.该文利用搭建的变压器油循环流动装置,获得了交直流复合电压作用下流动油中自由金属微粒的运动特性,同时研究了流动油中自由金属微粒引发的PD特性.试验结果显示,在交流电压下PD最剧烈;当复合电压中直流分量增多时,起始放电电压降低,放电重复率、放电量和单位时间累积放电量增大.为分析试验结果,构建了复合电压下的层流固-液两相流模型,仿真得到自由金属微粒的运动轨迹,仿真结果显示在交流电压下微粒只在下电极附近上下往复运动,并频繁与电极发生碰撞;外施电压含有直流分量时,微粒在上、下电极间往复运动,且落点间距随着直流分量的增加而变窄,仿真与实验结果具有较好的一致性.最后,该文根据验证后的仿真模型,分析了金属微粒运动对PD特性的影响机制.     

交流GIL内金属微粒的受力及运动特性分析北大核心CSCD

气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission line,GIL)以其输送容量大、占地面积小、传输损耗小等优点,在许多场合是替代电缆和架空线路的首选方案。但GIL内部的金属微粒会在电场的影响下发生起跳和运动,严重威胁了GIL的绝缘性能。为更好地捕获金属微粒,掌握GIL内金属微粒的受力和运动特性是十分有必要的。文中首先忽略了盆式绝缘子对GIL轴向电场的畸变,分析了金属微粒在同轴圆柱电极间的运动特性;然后使用平均谐振频率和平均起跳高度来表征金属微粒在交流电压下的活跃度,分析了交流电压幅值、交流电压频率和微粒半径对平均谐振频率和平均起跳高度的影响规律;最后分析了在考虑盆式绝缘子影响下的金属微粒运动特性,可为金属微粒陷阱的结构设计和布置提供参考。     

GIS内部金属微粒运动规律与复合电压调控检测方法

正项目由国网陕西省电力公司电力科学研究院牵头,与西安交通大学共同完成。开发了GIS中金属微粒运动状况模拟及监测试验平台,采用机器视觉识别技术,获得GIS中典型金属微粒外形、尺寸、质量等参量的统计特征和交直流电场作用下的运动规律。基于获得的微粒运动时间与质量、带电特性的相关性统计规律及局部放电分频图谱,提出不同形状金属微粒及其运动区域的辨识方法和GIS金属微粒的交直流复合电压调控方法,     

特约专栏主编寄语

正项目由国网陕西省电力公司电力科学研究院牵头,与西安交通大学共同完成。开发了GIS中金属微粒运动状况模拟及监测试验平台,采用机器视觉识别技术,获得GIS中典型金属微粒外形、尺寸、质量等参量的统计特征和交直流电场作用下的运动规律。基于获得的微粒运动时间与质量、带电特性的相关性统计规律及局部放电分频图谱,提出不同形状金属微粒及其运动区域的辨识方法和GIS金属微粒的交直流复合电压调控方法,使金属微粒运动并做周期振荡,达到金属微粒易于检测的目的。