大型水轮发电机绝缘参数对定子线棒端部电场和电位分布的影响

应用COMSOL软件建立了定子线棒端部的有限元仿真模型,分析了绝缘材料电性能参数对线棒端部表面电场及电位分布的影响。结果表明：随着主绝缘相对介电常数的增大,线棒端部表面最大电场增大,主绝缘材料的相对介电常数选择偏小为佳;主绝缘材料电阻率对线棒端部表面最大电场的影响不显著。各级防晕层的相对介电常数对线棒表面最大电场变化影...     

大型水轮发电机定子线棒绝缘参数对线棒槽部表面电位分布及电场分布的影响

应用有限元分析软件COMSOL建立了定子线棒槽部模型,仿真分析了绝缘材料参数和厚度对槽部线棒表面电位分布及电场分布的影响规律。结果表明:槽部无气隙的情况下,线棒表面电位最大值出现在防晕层上、下表面的中间位置,电场最大值位于主绝缘角落内侧;对线棒表面电位有影响的是主绝缘相对介电常数、防晕层电阻率和主绝缘厚度,在常见的范围内,主绝缘电阻率和相对介电常数基本不影响槽部电场分布;防晕层表面最大电位与主绝缘相对介电常数呈正相关,与主绝缘厚度呈负相关,与防晕层电阻率的对数值呈正相关且后期影响减弱;主绝缘相对介电常数、防晕层电阻率和主绝缘厚度对槽部最大电位具有综合影响,可通过数值分析得到三元三次多项式的回归模型。     

含水率对复合电场下油纸绝缘电场分布的影响

为研究含水率对换流变压器油纸绝缘电场分布的影响,以典型油纸绝缘结构为研究对象,首先根据典型油纸绝缘结构建立了其等效物理模型和电路模型,并得到了复合电场下电场分布的数学表达式。结合不同温度及含水率下变压器油和浸油纸板绝缘电阻率及相对介电常数的测量结果,通过仿真分析得出了复合电压作用下油纸绝缘中电场分布与含水率及交流含量的关系。研究结果表明,水分对复合电压作用下油纸绝缘的电场分布有着显著的影响,当水分达到平衡状态时随含水率的增加油中场强增强、浸油纸板中场强减弱;随着绝缘体系整体含水率的上升,油纸绝缘电场分布的变化呈加速趋势;水分对油纸绝缘电阻率的影响远高于其对相对介电常数的影响,从而导致水分对高直流分量复合电压下的油纸绝缘电场分布产生较大影响。     

运行环境对换流变压器油纸绝缘电场分布的影响

为研究多环境因素对换流变压器阀侧典型油纸绝缘结构电场分布的影响,在-20℃ ～80℃以温度和含水率为变量对变压器油和浸油纸板进行电导率和相对介电常数的测量.建立换流变压器阀侧主绝缘模型,利用实测数据建立动态材料属性,通过仿真得到不同温度、含水率在外施电压幅值为800 kV的纯交流、83％直流含量、87.5％直流含量以及纯直流条件下的油纸绝缘结构电场分布.研究结果表明:当温度为-20℃或0时浸油纸板电导率随电场强度升高呈先降后升的趋势,而当温度为20℃或80℃时浸油纸板电导率随电场强度呈上升趋势.温度、含水率和外施电压直流含量均会对油纸绝缘电场分布产生影响,最大场强的位置会随外施电压直流分量与浸油纸含水率的变化而改变;运行温度下换流变主绝缘承受的场强高于常温下;水分会使绝缘纸板电导率明显上升甚至高过绝缘油,导致油中场强高于纸板中.     

高海拔地区积雪复合绝缘子沿面电场分布研究

雪对电力系统可靠运行构成极大威胁,对积雪复合绝缘子沿面电场分布规律进行研究具有重要工程价值和意义。基于准静态电场有限元方法,提出了雪的三角形模型,开展了雪形态和雪参数对高海拔110 k V复合绝缘子沿面电场的影响研究。通过搭建高海拔110 k V复合绝缘子二维轴对称模型,研究了大伞积雪时雪面积和雪高度、桥接积雪时空气间隙长度和空气间隙位置对沿面电场的影响,分析了雪参数变化情况下的沿面电场分布。结果表明:大伞积雪时,雪面积和雪高度的变化对沿面电场分布影响较弱;桥接雪能改善沿面电场分布;绝缘子周围最大场强随着相对介电常数的增加而增大;电阻率不影响场强分布;桥接积雪时,雪参数变化严重威胁绝缘子的电气绝缘性能。     

真空中典型沿面绝缘结构的电场分析

在高电压作用下,由复合绝缘介质构成的沿面绝缘结构的耐电强度远低于其绝缘材料自身的击穿场强,这一现象与其电场的分布特点密切相关。笔者针对真空中平行平板、平面和棒-板电极系统等多种典型沿面绝缘结构的电场分布进行了仿真计算,探讨了电极-介质结合处的间隙、圆台形绝缘子的圆锥角角度、平面电极的高度以及绝缘子介电常数等因素对电场分布的影响。仿真结果表明,接触间隙的存在导致局部电场的加强和电场方向的变化,间隙宽度越大、高度越小,间隙处电场畸变越大;圆锥角越大,绝缘子的介电常数越大,场强畸变也越大。该分析结果有利于真空中沿面绝缘结构的设计。     

沙尘环境中棒——板间隙电场分布仿真及放电特性分析

空气间隙的放电特性是特高压输电线路设计的重要指标,沙尘天气会对空气间隙的放电特性产生影响。为更加深入地研究沙尘条件下空气间隙的放电特性,文中针对弥漫沙尘的棒—板空气间隙的电场分布进行了仿真。仿真考虑了间隙中弥漫沙尘时介质的不均匀性,建立了三维仿真模型,改进了以往改变介质介电常数模拟介质特性变化的方法。根据电场仿真的结果,沙尘分布于间隙中时,沙粒周围电场出现了明显的畸变。沙粒周围电场升高的方向总是指向棒极末端的方向,而在沙粒与棒电极连线的垂直方向上电场降低,该方向的电场值低于周围区域。沙粒的存在只会影响其5倍半径以内区域的电场分布。沙尘质量分数较低时,沙粒对棒电极表面以及距沙粒较远的区域的电场分布所产生的影响很小。     

10 kV电缆中间接头典型施工缺陷的电场及局放特性研究

电力电缆故障多发生于中间接头位置,而施工缺陷是引发中间接头故障最主要的原因。为评估电缆中间接头典型施工缺陷的危害性,文中建立电缆中间接头三维有限元模型,分析电缆中间接头存在硅脂涂抹不均匀、主绝缘划伤和接头受潮3种施工缺陷时的电场分布规律,探究不同缺陷位置与场强之间的关系,并搭建工频交流电压局放试验平台对试样进行局放试验。结果表明:硅脂涂抹不均匀时,空气间隙在应力锥周围造成的电场畸变程度最严重;远离应力锥时,场强逐渐减小。主绝缘划伤时,电场畸变最为严重,空气间隙在外半导切断处场强最大。接头受潮后,当水膜位于应力锥附近时,电场畸变程度最为剧烈。相同加压条件下,接头受潮、硅脂涂抹不均匀、主绝缘划伤3种缺陷造成局部放电的次数依次增加。     

地表相对介电常数对雷暴云定位影响分析与研究

地表并非均匀介质的理想导体,传统的一维大气电场分量无法准确的对雷暴云进行定位,而利用大气电场三维场强分 量进行雷暴云定位时,电场的场强、雷暴云的高度角测量往往会受到地表及空气介电常数的影响,产生定位误差。 为解决雷暴 云定位精度低的问题,分析了三维大气电场对于地表相对介电常数的敏感特性,结合镜像法,利用空中电荷电场分布、雷暴云电 荷结构等原理,建立了雷暴云定位模型,分析得到大气电场场强、高度角与环境相对介电常数的关系。 实验结果表明,地表相对 介电常数越大,所测得的电场水平分量与雷暴云高度角越大,地表相对介电常数与大气电场水平分量的相关系数为-9. 5,呈负 相关,相关性强,因此要获得准确的雷暴云高度及方位,还须实时的地表相对介电常数进行修正。     

10kV交联聚乙烯电缆终端主绝缘含空气气隙缺陷试验

为研究电缆终端主绝缘在含有空气气隙缺陷时对电缆终端电场分布的影响,使用基于有限元法的电场仿真软件,建立了静电场下电缆终端含空气类缺陷模型,并进行了相关的电场仿真计算。结合缺陷宽度不同对电场畸变程度的影响,着重分析了电场畸变最大值的分布规律。该规律显示电缆缺陷的宽度与电场畸变的程度成反比例关系,且最大电场场强值已超过正常的电场场强分布规定值。为验证电场仿真的正确性,采用振荡波电压法进行电缆终端含有空气气隙的相关试验,试验指出空气气隙会引发明显的局部放电现象,继而验证了该类缺陷会引起明显的电场畸变。     

小间隙高电场下温度对环氧树脂绝缘特性的影响

为研究直流高电场与温度对环氧树脂绝缘特性的影响,采用正直流电源测量了不同绝缘间隙与温度下环氧基板的放电起始电压,并结合二维电场有限元仿真计算分析了不同温度与电场下的电场分布与场强。研究结果表明:温度升高与绝缘间隙增大均降低了放电起始电压与场强;温度的升高未改变电场分布,但增强了断面电场强度;绝缘间隙的增大导致断面电场分布向电极侧集中,同时增强了电场强度较易引发放电。     

10kV矩形线圈变压器主绝缘结构分析

１０ｋＶ矩形线圈变压器主绝缘结构分析郭振岩（沈阳变压器研究所）王维政（哈尔滨电工学院）在外施电压作用下，变压器主绝缘结构中的电场分布，特别是最大场强值及其出现的位置是主绝缘结构设计的基础。因此，对主绝缘尤其是高压线圈端部电场进行分析计算是非常必要的。...     

棒—板长空气间隙击穿电场稳态条件的仿真

为推动以放电理论为基础的高电压与外绝缘学科从半物理到物理研究方向的发展,基于有限元数值计算方法,对棒-板长空气间隙的电晕云模型进行了仿真研究。结果表明:带电离子和外加电压同时影响空间电场分布,空气分子的电离率α对电场分布影响较大,附着率η、结合率β、解离率γ对电场影响较小;不同电晕云长度对空间电场分布的影响都具有相同规律性;空气相对湿度对击穿电压影响较大,空气湿度越小,空气越容易击穿;正极性棒-板长空气间隙击穿的电场条件为:放电起始后,电晕头部最高场强达到11.0kV/cm,电晕云内部最低场强达到3.0kV/cm,在该条件下对应的击穿电压计算值与实验值误差<11%。以上计算结果可为超特高压外绝缘的设计提供可靠的理论依据。     

高压输电线路用复合绝缘子内部间隙电场分析

复合绝缘子芯棒与绝缘护套之间出现空气或液体间隙时,间隙周围电场会发生畸变,高场强区域将会出现局部放电,造成复合绝缘子的耐老化性能、机械性能降低。为了精确评估间隙存在对电场分布的影响,以FXBW4-110/100型号的输电线路用复合绝缘子为例,基于ANSYS仿真软件建立复合绝缘子三维有限元模型,分析存在空气或液体间隙时复合绝缘子内部电场的强度,研究间隙尺寸、位置对电场强度分布的影响规律。研究结果表明,空气或液体间隙处电场强度均会增大,液体间隙长度足够大时间隙周围电场强度会超过空气击穿场强,引起局部放电;间隙长度越大或距离导线侧越近,间隙内场强越大,对绝缘子造成的破坏也会越严重。     

高效高压中型异步电机绝缘结构设计分析

针对高压电机定子主绝缘减薄后电场的分布问题,本文以YKK400 -6(690 kW)中型高压异步电机为例,建立定子绕组静电场的计算模型.在边界条件不变的基础上,通过对场强最大值及电场集中系数分析计算,对定子绕组主绝缘进行减薄处理,并结合设计要求给出了主绝缘角部合理的圆角半径.在电场计算的基础上对主绝缘减薄前后的线圈进行介质损耗角正切与瞬时工频击穿电压试验.结果表明,新的绝缘结构满足要求.本文可为电机定子主绝缘的减薄及绝缘结构设计提供理论依据.同时也可达到提高电机效率的目的.     

波纹护套高压XLPE电缆缓冲层空气间隙电场分布

近年来高压电缆缓冲层故障频发,可能由波纹护套与缓冲层空气间隙局部电场畸变引起,现有电场仿真研究缺乏对波纹护套压纹深度、节距以及缓冲层阻抗的考虑。文中基于麦克斯韦方程建立了考虑电缆波纹金属护套实际几何结构的数值仿真模型和平滑金属护套电缆的电路计算模型,定量分析了110 kV电缆缓冲层材料电导率和介电常数以及波纹金属护套几何结构对空气间隙电势与电场分布的影响。研究表明,当缓冲层材料电导率在10~(-6)～10~(-9)S/m时,空气间隙电势主要受缓冲层材料电导率的影响;当缓冲层材料电导率小于10~(-9)S/m时,空气间隙电势主要受材料介电常数的影响;当缓冲层材料电导率大于10~(-6)S/m时,空气间隙电势接近于0。波纹金属护套的存在会使空气间隙电势分布呈现与波纹相似的形状,电场集中在接触点附近,仿真所得疑似放电区域与故障现场实际烧蚀痕迹相吻合;缓冲层外表面电势受波纹护套影响较大,越靠近接触点电势越小,缓冲层内表面电势基本未受波纹护套结构的影响;金属波纹护套节距越小、压纹深度越大,空气间隙电场越大。     

交流550kV SF_6高压套管的绝缘设计研究

高压套管是高压开关设备中的一个至关重要的元件,其电场结构是一个典型的极不均匀电场结构,所以在设计中如何使其电场分布合理均匀就成为关键点。笔者从起晕场强及起晕电压入笔,给出了高压屏蔽环的设计思路;为了改善地电位附近场域分布,通过大量的电场解析,揭示了接地内置屏蔽筒的尺寸与瓷套的高度及内径间的关系;详细分析了套管在淋雨及干试状态下,由于瓷套外介质相对介电常数εr的变化所引起场域分布的变化情况及不同试验状态下的关注部位。最后给出了550 kV套管绝缘设计时,空气中各部位场强许可值的确定方法及其数值,为套管的研发提供了具有参考价值的经验数据。     

3D打印绝缘的层状结构对沿面电场分布影响

由于3D打印技术层叠制造的特点,成型件内部具有分层结构,对应用于绝缘领域的打印绝缘件的电气性能和机械性能产生影响。3D打印绝缘由于自身层状结构的非匀质性,在高电压作用下会展现出与匀质绝缘件不同的性能。为了明确层状绝缘件较匀质绝缘件的电场分布变化,制备了打印方向垂直与平行电场方向的两种尼龙12样品,主要研究了两者的相对介电常数、体积电阻率和交流击穿场强,结合层状结构的串并联关系推导出不同层的相对介电常数和体积电阻率,实验表明层状结构垂直电场方向时样品体击穿强度更高,进一步研究了该结构层状绝缘子和匀质绝缘子的沿面电场分布。结果表明:由于层状绝缘表面三结合点处的电场畸变效应,层状绝缘子的沿面最大场强高于匀质绝缘子,沿面电场分布较匀质绝缘子更不均匀,通过改变打印方向可改善沿面电场分布,但需考虑体击穿强度的下降。     

基于电场仿真的淋雨状态下大直径复合支柱绝缘子伞裙参数优化

伞裙结构是影响复合支柱绝缘子雨闪电压的重要因素之一,通过伞裙结构优化可以改善绝缘子雨闪特性。为此用正交试验方法选取伞裙参数,利用有限元软件ANSYS对复合支柱绝缘子建模仿真,研究淋雨状态下伞间距、大伞伸出、大小伞伸出差对一大一小伞型绝缘子电场分布的影响,提出伞裙沿面电场、空气间隙电场作为绝缘子伞裙优化判据。结果表明:大伞伸出对沿面场强影响最大,伞间距次之,伞伸出差最小;伞间距对空气间隙场强影响最大,大伞伸出次之,伞伸出差最小。通过与试验研究对比发现以空气间隙电场为判据较为准确,为绝缘子伞裙优化试验选取合适的伞裙参数试品提供参考。     

混合编程法及其在绝缘子电场和电位分析中的应用

室温硫化硅橡胶防污闪涂料在电力系统外绝缘中有着广泛的应用,有必要分析它对电场和电位分布的影响。分析不同厚度情况下硅橡胶涂层的电阻率和相对介电常数对绝缘子附近最大强场、沿面电场和电位的影响。采用Matlab与ANSYS混合编程的方法实现了绝缘子的自动建模,采用C++Builder(BCB)与ANSYS混合编程的方法实现了自动导出lis文件,节省了工作量和后续处理时间,同时使用Matlab对lis文件处理获得沿面的场强和电位。研究结果表明:瓷支柱绝缘子喷涂硅橡胶后无论是最大场强还是局部细节场强均未见明显变化;随涂层厚度、相对介电常数增加最大场强略有减少,但变化程度非常小,沿面平均场强略有增加;随电阻率的变化最大场强和沿面平均场强基本不变。电阻率、介电常数和厚度正常的取值范围内时硅橡胶涂层对绝缘子及附近电场畸变造成的影响可以忽略。