500 kV超高压直流穿墙套管有限元三维电场分析

对±500 kV超高压直流穿墙套管电场进行研究.首先建立±500 kV超高压干式直流穿墙套管模型,分别讨论了套管的结构特点和绝缘性能.其次利用有限元仿真软件Ansoft Maxwell计算了穿墙套管的三维电场分布,重点分析了套管外绝缘厚度和端部均压环及中部屏蔽环对套管电场分布的影响.然后根据实验数据提出了优化思路和改进方向.结果 表明:套管高场强区集中在屏蔽层翻边位置及套管两端端头位置,使用均压环和屏蔽环能有效提高套管绝缘稳定性.     

±800kV直流穿墙套管对接结构接触状态评估方法

±800 k V直流穿墙套管为分段式结构,连接换流站阀厅侧和直流场侧两部分的对接结构在长时间运行中,容易受到各种机械外力作用发生接触不良导致闪络故障,这将给设备正常运行带来严重风险。提出一种评估穿墙套管对接结构接触状态的新方法,先利用不同等级冲击电流测量套管的回路电阻,再对数据进行归一化处理,通过计算回路电阻随试验电流增长的最大上升率,来评估直流穿墙套管对接结构的接触状态,以便及时发现潜在故障。最后通过某±800 k V换流站内特高压直流穿墙套管的现场试验,验证了本文提出的评估方法的有效性和可行性。     

基于有限元分析的特高压直流穿墙套管结构优化设计

特高压直流穿墙套管是直流特高压工程中的关键设备之一,为支撑我国特高压直流输电工程建设,平高集团有限公司开展了±800 kV直流穿墙套管的研制工作.针对支撑绝缘子结构直流穿墙套管的支撑绝缘子可能吸附滑动触头摩擦产生的金属碎屑,从而造成闪络的隐患,笔者提出了一体式载流结构的无支撑绝缘子特高压直流穿墙套管.应用有限元软件建立了该套管机械形变有限元模型,基于形变有限元分析结果建立了套管电场有限元模型.结果 显示不采用支撑绝缘子时,接地屏蔽翻边位置套管同轴圆柱电场劣化严重.研究了不同工况、不同导电杆结构参数对该套管形变的影响,发现采用大直径薄壁导电杆并抬高安装可以有效减小导电杆相对套管的偏移量.通过采用适当规格的导电杆、设置合理的导电杆抬升量,有效降低了套管内部电场的最大电场强度.按照仿真优化结果,制造了样机,并顺利通过相关试验.     

柔性直流工程用气体绝缘穿墙套管设计

穿墙套管是实现阀厅内外电气连接的关键设备，应用于柔直工程的穿墙套管存在交直流复合、高频谐波等特殊工况。笔者通过对SF₆气体绝缘穿墙套管在交直流复合、谐波、机械形变下的电场进行仿真分析，得到了柔直套管设计的相关结论。研究表明，交直流复合电场分布介于纯交流、纯直流工况之间。采用工频1 h、直流2 h试验场强校核套管的谐波耐受能力，可以满足工况要求且不过分放大设计裕度。套管形变使得导电杆、屏蔽最大场强值增大，交流、直流工况下场强增大比例接近。按照仿真优化结果，制造了样机，并顺利通过相关试验。     

基于三维电-磁-热流耦合方法的±800 kV穿墙套管插接结构过热性故障分析

特高压直流套管是特高压直流输电的关键设备之一,但在实际运行中多次发生换流站穿墙套管载流连接过热故障,经分析主要是由插接结构接触缺陷、异常发热导致的.本研究针对某载流过热故障的±800 kV SF6气体绝缘穿墙套管,建立了套管及触指结构精细化模型,考虑热传导、热对流、热辐射等条件,通过三维电磁热流耦合方法对特高压穿墙套管内两种典型导电杆支撑结构进行仿真研究.结果 表明:三支撑与双支撑结构的±800 kV SF6气体绝缘穿墙套管在正常运行时的温度分布规律基本一致,导杆中部及靠近法兰和支撑绝缘子处温度较高,支撑绝缘子高压端嵌件的交界面处出现最高温度,但均低于其环氧复合材料的玻璃化转变温度;同时发现不同接触电阻倍数下,双支撑结构的温升整体高于三支撑结构.研究建立了外护套表面温度与载流接触过热点温度的对应关系,可为特高压直流穿墙套管通过红外监测护套表面温升、发现载流连接缺陷的运维方法提供依据.     

动车组高压套管电场分布特性研究

动车组高压套管作为连接车载变压器和车顶高压电缆的主要绝缘设备,其可靠性直接影响动车组的运行可靠性。基于ANSYS有限元软件分析了高压套管的电场分布特性,通过分析高压套管的电位和电场分布情况,掌握工作状态下高压套管的工作特性。结果表明,高压套管内置的金属屏蔽网可以改善接地法兰附近的电场分布,但内置的金属屏蔽网边缘附件的电场强度分布较大,一旦出现网压过高时,金属屏蔽网上下边缘处可能是最先发生局部放电,甚至绝缘击穿,因此可以通过合理选择高压套管的耐压等级或合理优化套管结构降低高压套管的故障率,提高动车组运行的安全可靠性。     

550kV SF_6气体绝缘组合电器(GIS)高海拔套管研制

介绍了高海拔型550 kV SF6气体绝缘金属封闭式组合电器(GIS)套管的3 500 m高海拔绝缘修正系数的确定、套管内外电场分布以及机械结构设计。总结了国内外标准推荐的海拔修正方法,参考了相关研究成果;通过对套管建立电场优化设计平台,选择经电场优化的单屏蔽层,合理确定屏蔽层高度,使得套管电场合理分布;对机械部件进行有限元校核并选取较大安全系数;经型式试验验证,产品各项性能指标满足技术规范要求,满足高海拔地区使用要求。     

40.5kV穿墙套管事故分析及其结构优化

针对某35 kV变电站穿墙套管的爆炸故障,通过对变电站的运行环境的统计分析、穿墙套管的外观检查及站内其他未爆炸穿墙套管的电性能试验,判断此次故障的主要原因为套管设计存在缺陷,其电场分布比较集中;诱发此次故障的外因是套管的长期运行环境比较恶劣,湿度比较严重。提出了通过优化套管屏蔽网的结构来改善电场分布、通过在母线室增加加热器和排风扇降低柜内湿度的解决方案。该方案实施后的设备运行良好。     

南方电网直流穿墙套管运行特性分析

直流穿墙套管作为换流站直流场和阀厅的连接设备,在直流输电工程中处于"咽喉"位置。自1999年第1支500 kV直流穿墙套管投运以来,已有超过88支直流穿墙套管在南方电网系统中运行。套管运行过程中,电气和机械性能方面都曾出现问题。本文针对套管运行中的问题进行了分析总结,提出了直流穿墙套管在设计制造和运维方面的指导建议。     

±800kV特高压直流输电线路带电更换V型绝缘子串进出电场方式研究

±800 k V特高压直流输电线路一旦投入运行,则很难停电检修。为保证±800 k V特高压直流输电线路带电更换V型绝缘子串作业人员的安全,基于特高压直流输电线路及相应工具的实际参数,分别建立了采用软梯法和吊篮法进出电场的带电作业仿真模型。在不同的等电位作业人员与导线距离下,利用有限元法计算了不同进出电场方式的作业人员体表场强,从不同路径上作业人员体表场强大小这一角度,通过分析对比确定了基于吊篮法的进出电场方式;同时利用有限元法计算了等电位位置处作业人员体表场强,提出了带电作业人员的安全防护措施。现场应用表明:通过采用提出的进出电场方式圆满完成了带电更换特高压直流输电线路V型绝缘子串作业,可为后续特高压带电作业进出电场方式的选取提供参考。     

高压换流变压器套管内绝缘性能研究现状综述

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,笔者主要针对其绝缘性能研究现状进行综述性讨论.首先分析了高压换流变压器套管运行条件苛刻、电场分布复杂的典型特点,并详细梳理了换流变套管的发展及国内外研究现状,最后凝练提出了换流变套管具有价值的研究方向.综述性研究表明:大电流及高电压运行环境为换流变套管绝缘结构设计提出了更高要求,其长期承受交直流叠加、极性反转电应力作用,因此环氧浸纸复合材料绝缘性能、换流变套管发热模型建立、换流变套管主绝缘结构设计、出线装置非线性电场模拟均为具有前景的研究方向.综述分析结果可为高压直流输电工程用换流变套管绝缘设计提供一定技术支撑,并为高端换流变压器套管国产化研制及工程应用指出研究方向和理论指导.     

换流变、平波电抗器套管尾部电场分布浅析

从换流变、平波电抗器套管尾部电场分布入手,简要分析了直流套管尾部绝缘屏障的作用及设计要点,提出了改善直流套管尾部电场分布的具体措施。     

直流穿墙套管的设计研制及分析

根据直流穿墙套管的技术要求,对直流套管的内外绝缘机理进行了初步分析和探讨,据此提出了直流穿墙套管的设计方案和设计参数,研制生产了２５０ｋＶ交、直流穿墙套管。     

±500kV换流站直流场电场分析及金具表面电场计算

分析了直流和交流电压下绝缘介质内部电场的分布特性。通过支柱绝缘子的二维轴对称模型对比了是否考虑绝缘支柱内部恒定电场情况下,支柱绝缘子均压环表面的电场分布情况。根据对比结果,选择表面场强较大的情况作为直流场的电场分析方法,以考虑较为极端的情况。以昭通±500 k V换流站为研究对象,根据其直流场的实际模型,建立有限元仿真模型,通过计算得到了直流场内出现较大场强的部位以及对应的场强值。对这些金具的起晕校验结果表明所选直流场在电晕控制方面存在较大裕度。本研究对直流场金具的优化设计提供了一定的指导。     

环氧胶浸纸套管绝缘特性的温度敏感性研究

为准确获取不同温度条件下胶浸纸套管绝缘性能变化规律,在高低温试验箱中开展了±100 kV穿墙套管在不同温度下的频域介电谱测试,获得了被测试套管的绝缘电阻、工频介损、工频电容量等绝缘特征参数.研究结果表明:胶浸纸套管各绝缘性能参量对温度变化的反应较为敏感,工频介损因数随温度的上升呈现先减小后逐渐增加的趋势;绝缘电阻随温度的升高逐渐减小,且减小幅度较大;在低频区域,胶浸纸套管的介损随温度的升高逐渐增大,高频区域相反,介损频域谱随温度的升高整体向高频方向移动;胶浸纸套管的复电容实部在高频段基本保持不变,C'-f曲线与tan δ-f曲线变化规律一致.研究结果可为胶浸纸套管现场运行绝缘状态评估、故障诊断和事故分析提供理论支撑.     

±800kV直流线路避雷器关键技术参数设计及防雷效果分析

为提高特高压直流输电线路的防雷保护水平,借鉴了±500 k V直流线路避雷器的设计经验,并结合实际线路运行情况,设计计算了±800 k V直流线路避雷器关键技术参数。最后,通过仿真计算分析,从理论上考察了所设计的线路避雷器对特高压输电线路的防护效果及吸收能量情况。依据研究结果,提出了特高压直流线路避雷器额定电压为为960 k V,避雷器雷电冲击50%电压取值2 900 k V,标称放电电流为30 k A,外串间隙距离最大为2.0 m。仿真结果表明,所设计的避雷器能够显著提高杆塔反击和绕击耐雷水平,可靠保护该基杆塔,雷击极端情况下其通流容量为3.645 MJ,避雷器通过最大雷电流为72.3 k A。     

500kV高压直流穿墙套管端部机械连接故障检测与分析

对一支500 k V直流穿墙套管进行年度预试,发现SO2含量和直流回路电阻超标,解体后发现套管端部存在机械连接故障。提出了采用工业内窥镜检测方法,并成功应用于同类型套管故障的排查工作;通过检测和分析运输前和运输后一备用套管端部机械连接结构状态,得出运输过程中的振动冲击是造成套管发生机械连接故障的主要原因。     

GIS用盆式绝缘子电场分布与绝缘性间关系研究

盆式绝缘子是GIS设备较为重要的绝缘件,在实际运行中,其绝缘性能与电场分布关系密切。从一起盆式绝缘子事故分析入手,对盆子烧蚀产物和故障气体进行成分分析。分析结果表明:盆子局部高场强导致电弧闪络产生大电流,从而引起盆子表面烧蚀和SF6气体成分变化。基于此,通过理论解析方法从金属屑、金属突出物和绝缘介质内部存在气泡3种绝缘缺陷对局部高场强进行理论解释,并得到其局部场强增强系数。随后建立盆式绝缘子三维电场仿真计算模型,得到其电场分布规律,发现盆式绝缘子表面场强分布不均匀,易在中心导体附近形成局部场强集中,应在设计中加强对该区域的屏蔽措施。本文的研究成果对盆式绝缘子的绝缘结构设计以及GIS设备的现场监测和维护具有一定的理论和指导意义。     

新结构252kV/630A～1 250A短尾油纸电容式变压器套管的研制

介绍了用于电力变压器高压引线端的新结构短尾油纸电容式变压器套管 ,其额定电压为 2 5 2 k V,绝缘水平可达到 363k V;论述了该套管的结构特点 ,上瓷套采用直筒型 ,且整体结构简单 ,制造成本低     

特高压直流输电系统金属旁通支路运行工况问题与对策

本文针对各类金属旁通支路运行工况的形成过程进行了阐述,并提出了相应对策,并且这些对策已在滇西北至广东±800k V特高压直流工程中应用,经工程现场与仿真系统试验验证,可有效解决双12脉动阀组串联结构中的金属旁通支路运行问题。