特高压直流输电工程GIL三支柱绝缘子故障分析及改进措施

随着特高压直流输电工程建设日益深入,气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)以占地面积小、环境兼容性好、输送容量大、能承载高电压及大电流等优点被广泛应用于特高压直流输电系统,其运行稳定性研究被提上日程。为了分析GIL运行过程中三支柱绝缘子故障原因,研究三支柱绝缘子运行特性,通过GIL超声波局部放电分析、解体检查、固定三支柱绝缘子受力分析及固定三支柱绝缘子生产工艺分析,明确GIL三支柱绝缘子内部制造缺陷为故障原因。分析认为,通过对GIL固定三支柱装配优化、绝缘支柱生产过程优化及固定三支柱连板优化等措施,改进后三支柱绝缘子应用于生产现场可有效降低GIL设备故障率,提高GIL运行稳定性,对特高压直流输电工程的可靠运行有着重要意义。     

特高压交流GIL输电技术研究及应用

气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission line,GIL)具有传输容量大、运行可靠性高、环境友好的特点,国内外尚无特高压GIL成熟产品和应用案例,亟需开展其关键技术和工程应用研究。针对特高压GIL工程应用开展了绝缘设计、通流能力和SF6/N2混合气体方案研究,提出了间隙和绝缘子设计场强控制原则,对特高压GIL关键绝缘件(三支柱绝缘子)的电场分布做了仿真计算;提出了导电杆电联结触头结构,校核了GIL通流温升性能;针对日益提升的环保要求,分析了SF6/N2混合气体绝缘特性、混合比要求、气压和设计场强,并对SF6替代的环保气体应用进行了展望。根据上述技术分析,给出了特高压GIL标准单元典型结构和主要技术参数,分析了绝缘件、微粒陷阱和外壳等关键组部件特点。依托淮南—南京—上海特高压交流输电工程,在特高压变电站开展了特高压GIL替代气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)母线应用,并在南京、苏州、泰州特高压变电站实现了特高压GIL产品的工程示范应用。总体上,国内已掌握特高压交流GIL关键技术,为苏通GIL综合管廊工程的特高压GIL过江应用提供了较好的技术基础。     

核电厂GIL母线故障原因分析及应对措施

金属封闭输电线路(GIL)母线因具有占地面积小、维护工作量少、绝缘性能优良、可靠性高、无电磁干扰等诸多优点,被核电站广泛采用.但GIL母线在运输和安装过程中,稍有不慎易导致绝缘子损坏,进而发生内部放电.文中结合某核电厂500 kV GIL母线接地故障及处理情况,提出"超声波局放试验+S F6气体分解物在线监测"的方法,加强对GIL母线运行状态的监测.     

直流GIL绝缘子表面附着金属颗粒局部放电发展过程及严重程度评估

直流气体绝缘线路(gas insulated line,GIL)绝缘子表面附着金属颗粒会显著降低绝缘子表面的闪络电压,是GIL设备内一种常见的故障。为研究直流GIL绝缘子表面附着金属颗粒所引发局部放电的发展过程并进行严重程度判断,建立了一套220 kV GIL设备局部放电测试平台,在逐步升压时利用紫外观测仪观察了绝缘子表面局部放电的整个发展过程,对不同发展阶段局部放电脉冲电流信号的局部放电量、局部放电间隔时间图谱进行了分析。结果表明:GIL绝缘子表面附着金属颗粒导致的局部放电严重程度可以划分为3个阶段:轻微放电、中度放电和严重放电;随着放电过程的加剧,局部放电信号的局部放电量、局部放电间隔时间图谱跟随出现变化。利用局部放电信号的局部放电量、局部放电间隔时间图谱统计参数Sk、Ku值可以对GIL绝缘子表面附着金属颗粒缺陷引发局部放电的严重程度进行评估。     

特高压GIL非均匀热气流特性与三支柱绝缘子绝缘裕度分析

特高压（UHV）气体绝缘输电管道（GIL）导体通流发热，使绝缘气体SF6在温度梯度场下形成对流，导致三支柱绝缘子的沿面绝缘裕度与设计产生差异，威胁特高压GIL的安全运行。为探究气体对流效应对特高压GIL三支柱绝缘子沿面绝缘性能的影响，该文建立了水平敷设的1 100kV GIL三支柱绝缘子电场-温度场-流体耦合仿真模型，考虑电场和气体密度的影响，计算了三支柱绝缘子放电起始电压。结果表明：大负荷条件下（8 000A）GIL导体温度升高53℃，周围气体密度和介电强度下降15%，电场强度设计基准需同比例降低15%以保证足够的绝缘裕度；负荷导致放电起始电压降低11.6%，由于气体受热上浮，绝缘子上支柱周围的气体密度和介电强度均低于底部区域，更容易发生气体放电。因此，气体对流效应对特高压GIL绝缘性能的影响不能忽略，需要针对运行工况对结构及参数作进一步优化。     

《高压电器》“GIS/GIL用环氧复合绝缘件研究”专题征稿启事

<正>SF_6气体绝缘金属全封闭开关设备、管道母线等(GIS、GIL)广泛用于超、特高压输电系统和大中城市的配电系统中,已成为建设智能电网的首选设备。其中,环氧复合材料绝缘件(如环氧复合盆式或支柱绝缘子、绝缘拉杆等)是GIS/GIL等设备的重要组成部分,也是制约设备绝缘水平的核心部件,其性能决定了GIS/GIL等设备的经济性,也成为制约超特高压GIS/GIL等设备可靠性的关键部件。工程运行经验表明,气体绝缘设备故障或事故率已远超     

一起220 kV GIS母线支柱绝缘子故障定位与分析

针对一起220 kV母线支柱绝缘子内部放电击穿故障,进行了定位和故障原因分析。通过分析SF_6气体分解产物,确定了故障气室;通过绝缘子电气、机械、片析等试验分析,判断本次绝缘子运行中放电故障原因为绝缘子在运输或装配过程中产生应力集中缺陷,在长时间运行电压作用下微弱局部放电逐步累积使绝缘子缺陷扩大,最终导致放电击穿。对GIS设备运维检修工作提出建议,以避免此类事故再次发生。     

一起220 kV变电站GIS母线故障分析

针对一起220 kV变电站GIS母线故障,通过查阅保护动作,开展SF6气体分解产物、绝缘电阻试验,确定具体故障位置,进而开箱查出支柱绝缘子放电击穿是造成本次故障的直接原因。通过工艺文件及模拟试验证实绝缘子紧固件未按对角循环紧固,在长期电动力的作用下发生内部放电,是本次故障的根本原因。     

某220kV变电站110kV GIS母线异常分析北大核心CSCD

文中针对某220 kV变电站110 kV GIS(气体绝缘开关设备)母线异常状况展开深入研究,通过外观检测、超声波局部放电检测、X射线检测和局放在线监测等技术手段,综合分析诊断该母线异常是由Ⅰ母1号伸缩节右侧母线筒内B相支撑绝缘子存在毫米级间隙导致悬浮电位放电而产生。结合解体分析和3D立体扫描检测技术,对其产生原因进行分析。研究发现本次异常的B相支撑绝缘子金属嵌件制造尺寸高于正常相,导致安装屏蔽罩后金属嵌件高于屏蔽罩外表面,从而造成B相屏蔽罩未能与母线有效压紧。随着母线的相对运动或振动存在失去等电位接触可能,进而导致屏蔽罩产生悬浮电位,此间隙可能随着负荷及温度变化而变化,从而形成阵发性悬浮放电信号。文中首次通过3D立体扫描技术实现对GIS母线异常的成功诊断,为电网设备故障检测、诊断、分析和治理开辟了新途径。     

主变压器与GIS的GIL连接方案分析

为优化户外气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear, GIS)变电站的布置,采用了气体绝缘母线（gas insulated line, GIL)连接主变和GIS设备。通过技术、经济比较,此方案能节省变电站占地和投资,并能提高连接的可靠性,促进两型一化智能变电站的建设。同时,从出厂、交接、预防性试验及检修等角度分析了应用GIL连接带来的问题,提出相应的建议方案。     

一起220kV气体绝缘金属封闭开关设备母线放电故障分析

针对一起因220kV气体绝缘金属封闭开关设备母线支柱绝缘子断裂缺陷,造成C相母线导体掉落,并对筒体放电,致使B、C两相短路,进而引发三相短路故障,导致#2母线差动保护动作跳闸事故,进行了诊断试验及解体检查。分析认为,#2母线支柱绝缘子浇筑过程中未严格执行工艺要求,机械强度降低,在运行中电动力作用下断裂是此次事故的主要原因,最后提出了相应的改进措施及建议。     

缺陷对交流1100kV GIL三支柱绝缘子电场分布影响的仿真

缺陷及导电微粒会严重畸变气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)用三支柱绝缘子的电场分布,甚至引发击穿、放电故障.该文分析特高压(UHV)GIL内可能存在的缺陷及来源,应用有限元仿真软件COMSOL研究了界面缺陷、内部气泡和导电颗粒对三支柱绝缘子电场分布的影响.结果表明,嵌件界面剥离和中心导体气隙对绝缘子电场分布有着相似的影...     

GIS绝缘子缺陷导致的局部放电特征研究

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)局部放电检测对于保证其安全可靠运行具有重要的意义。为了研究GIS内绝缘子缺陷引起的局部放电,设计了绝缘子上典型绝缘缺陷模型,对其进行耐压试验,通过超高频法检测获得局放图谱。试验结果为GIS的故障检修提供了参考依据。     

直流GIL绝缘设计及局部放电检测研究进展

气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated line,GIL)在我国输电系统中占有越来越重的比例,推广使用直流GIL对于完善现有直流输电方式具有很强的经济效益。与交流GIL相比,直流GIL研究的技术难点和差异主要在于绝缘方面。研究直流GIL绝缘问题能够指导其运行维护并对其进行寿命预测。文中从直流GIL整体绝缘设计和GIL内部局部放电检测两个方面,梳理和介绍了国内外对交直流GIL各方面的研究情况,为针对直流GIL绝缘问题的后续研究提供了参考和借鉴。     

基于振动信号的气体绝缘金属封闭输电线路局部放电诊断方法

为对气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)局部放电缺陷进行识别与诊断,本文提出一种基于1.5维能量谱与粒子群优化极限学习机(PSO-ELM)的局部放电缺陷诊断方法.首先,通过计算局部放电引起的GIL异常振动信号的1.5维能量谱,得到不同类型放电情况的能量波动特征;其次,构建PSO-ELM模型,以1.5维能量谱作为特征量对GIL局部放电故障进行识别与诊断;最后,通过不同方法的对比,验证该方法的优越性,为GIL在输配电系统中的安全、稳定运行提供依据.     

220kV变电站电流互感器故障分析

变电站电流互感器发生故障,会造成线路停电、变电站母线停电事故,针对两起变电站电流互感器故障情况,从油中溶解气体、电气绝缘试验方面进行分析,采用带电红外测温、介质损耗在线监测技术,确定故障类型,认为电流互感器内部存在局部放电缺陷是造成故障的主要原因,并提出处理措施。     

GIS中盆式绝缘子沿面放电的新特征气体CS_2

盆式绝缘子沿面放电是气体绝缘组合电器(GIS)的主要绝缘故障形式。为监测盆式绝缘子的绝缘状况,研究GIS内环氧树脂固体绝缘介质发生沿面放电情况下SF6特征分解产物的变化规律,在小型模拟平台上试验发现,CS2是盆式绝缘子沿面放电时SF6气体生成的产物,并在110 k V GIS母线段实体绝缘子沿面放电试验中得到验证。用B3P86量子化学理论计算方法,得出了SF6在盆式绝缘子沿面放电条件下CS2的产生途径和能量条件。试验与理论计算结果表明,盆式绝缘子等固体绝缘介质发生沿面放电时GIS的内部发生复杂的化学反应,会有多种途径生成CS2,且由盆式绝缘子等环氧树脂介质表面炭化后提供碳源。CS2是一种可用于GIS中盆式绝缘子沿面放电故障诊断的特征气体。将CS2作为特征气体应用于生产实际检测,成功发现多起运行中的GIS涉及盆式绝缘子沿面放电导致绝缘损坏的潜伏性缺陷。     

基于电–热多物理场耦合模型的直流GIL绝缘子表面电荷积聚及其对沿面电场影响的研究

表面电荷积聚是制约直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)绝缘子闪络电压提高的主要因素。由于实际测量困难,国内外学者通过建立数学模型开展仿真计算获得绝缘子表面电荷积聚特性。然而现有研究均未考虑GIL中复杂的热传递过程,所建立的电荷积聚模型难以反映实际工程中直流GIL绝缘子电荷积聚情况。为解决上述问题,该文建立了直流GIL内部热交换方程,掌握了实际工况下GIL内部温度分布规律,考虑绝缘气体电流密度与电场强度间的非线性关系以及温度对绝缘材料电学特性的影响,建立了绝缘子电荷积聚电–热多物理场耦合模型。基于此模型,研究了不同运行电流下直流GIL绝缘子电荷积聚情况及电场畸变特性,研究结果表明:当处于小电流运行状态时,直流GIL绝缘子上表面最大切向电场为4.26k V/mm;处于大电流运行状态时,最大切向电场强度为5.01k V/mm,增大了17.6%。对于绝缘子下表面,随着运行电流增大,最大切向电场强度由4.55k V/mm增至5.36k V/mm,增长了17.8%。因此,在进行绝缘优化设计时,需重点考虑直流GIL导杆在最大允许温升下的沿面电场分布,该研究成果可为直流GIL绝缘优化设计提供参考。     

特约主编寄语

正环氧复合材料绝缘件是GIS/GIL等设备的重要组成部分,也是制约设备绝缘水平的核心部件。工程运行经验表明,气体绝缘设备故障或事故率远超预期,而且许多的接地故障均是由环氧复合绝缘子的沿面闪络引起的,所以环氧复合绝缘子的绝缘性能至关重要;另外,从电力设备技术的发展来讲,GIS     

GIS支撑绝缘子内部放电缺陷综合诊断方法现场应用

介绍了基于特高频局部放电检测和X射线成像检测的气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）支撑绝缘子内部放电缺陷综合诊断方法,并进行了分析和现场应用研究。以某110 kV GIS为例,利用特高频法对运行中的GIS进行局部放电检测,在检测到异常信号后,通过干扰排除和多通道信号时延定位确定缺陷位置、缺陷类型。对于支撑绝缘子内部放电缺陷,利用X射线成像检测技术对缺陷情况进行确认,从而实现缺陷综合诊断,指导设备检修。