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.     

电极材料对高密度聚乙烯中空间电荷的影响

用电声脉冲法(PEA)测量了不同电极材料对高密度聚乙烯(HDPE)中空间电荷的影响.试样厚度为100μm,实验场强为50kV/mm,电极材料为铝(Al)和半导电橡胶(SC).实验发现对于Al-SC电极系统负压下电子和空穴注入较正压下少,并且镀铝电极可以有效抑制电荷的注入.     

纳米MgO/环氧复合电介质的空间电荷特性研究

环氧复合材料在高温高场等复杂的工况下易积聚空间电荷，造成局部场强畸变，严重时将引发局部放电乃至绝缘击穿。通过纳米MgO颗粒与环氧树脂（EP）混合制备不同掺杂率的纳米MgO/EP复合电介质，采用差示扫描量热分析（DSC）测试环氧复合电介质的玻璃化转变温度；采用热刺激去极化电流法（TSDC）拟合计算环氧复合电介质的陷阱特性；采用电声脉冲法（PEA）测试环氧复合电介质的空间电荷特性。结果表明：纳米MgO颗粒的添加可以提高环氧树脂的玻璃化转变温度，抑制环氧树脂内空间电荷积聚。随着纳米MgO掺杂率的增加，纳米MgO/EP复合电介质的玻璃化转变温度先上升后下降，深陷阱能级和密度均先增大后减小；空间电荷密度先下降后上升，电场畸变的变化趋势与空间电荷的变化趋势相似。当纳米MgO掺杂率为3%时，纳米MgO/EP复合电介质的玻璃化温度达到最大值，抑制空间电荷积聚和场强畸变的能力最好。     

EPDM／Al(OH)3复合材料动态力学性能的研究

采用动态力学分析仪（ＤＭＡ）研究了ＥＰＤＭ／Ａl(OH)3复合材料的动态力学性能,结果表明,Ａl(OH)3粒子的体积分数、粒径和表面状态对ＥＰＤＭ／Ａl(ＯＨ）３动态力学性能和玻璃化转变过程影响很大。随Ａl(OH)3粒子体积分数的增加,其复合材料的力学损耗峰值温度移向温区,峰值降低,峰半高宽变宽。     

运行断裂的500kV棒形悬式复合绝缘子蚀损试验和电场计算分析

应用有限元数值计算方法,依据实际运行中的工况,对运行环境相近的两种典型结构500kV棒形悬式复合绝缘子,进行了电场和电位分布计算。得出受杆塔和高压导线分布电容的影响,绝缘子导线侧和接地侧的电场畸变严重;导线侧和接地侧的电场强度均高出绝缘子中部十几倍,电场分布极不均匀。结合运行实际,对复合绝缘子及伞套材料的耐漏电起痕和耐电蚀损性进行了试验。发现500kV棒形悬式复合绝缘子断裂掉线原因是硅橡胶伞套蚀损,内部芯棒暴露后经电晕烧蚀,进而水解引起脆断;复合绝缘子出现的电蚀老化,外部因素主要是电场分布不均匀和大气污湿,本体因素是伞套材料的耐漏电起痕及电蚀损性能较低。     

换流变阀侧干式套管表带触指失效过程分析

在超、特高压电力系统中,换流变压器阀侧干式套管作为换流变压器连接换流阀的关键设备,其安全运行直接关系到电力系统的可靠性。近年来,国内外发生多起由于电接触失效而导致的套管过热和放电故障,因此有必要对套管载流连接结构的失效机理开展研究分析。该文以±500kV换流变阀侧套管的过热故障为例,计算分析套管在实际运行电流下表带触指的摩擦行程,采用扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)和能量色散光谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)对表带触指失效前后的表面和断面进行形貌分析和成分分析,提出表带触指在套管内的劣化机理。研究发现:铜导杆接触区域没有镀银是缩短触指寿命的主要原因,长期的机械磨损和SF6气体分解产物对触指的腐蚀是导致触指劣化的重要因素,相关结论可为套管电连接设计、选型和过热型故障分析提供理论依据。     

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。     

缺陷对特高压交流盆式绝缘子电场分布的影响

为了研究缺陷对特高压盆式绝缘子电场分布的影响,采用有限元软件ANSYS建立了特高压盆式绝缘子的基本计算模型,研究了气体间隙、凸起和凹陷等缺陷对盆式绝缘子电场分布的影响。结果表明,气体间隙长度越大,宽度越小,引起的场强越高;凸起和凹陷呈现出的场强峰值及电场分布规律均与其尺寸无关,电场增强系数与其位置无关;附着金属颗粒会显著增强其边缘的电场强度,电场增强系数随颗粒径向位置的增大而减小,随颗粒狭长程度的增大而增大;悬浮导电颗粒影响下,导电颗粒尺寸越大,距盆体表面越近,则盆体表面最大场强越高;内部气泡的电场增强系数与其尺寸及其在盆体内的位置无关。在研究的几种缺陷里,附着金属颗粒增强电场的影响最大,悬浮金属颗粒影响的区域范围最广。     

换流变压器出线装置非线性电场模拟及其绝缘结构优化

直流稳态和极性反转是换流变压器出线装置两种典型的运行状态,且环氧浸纸、变压器油、油浸纸板等介质的电性能参数具有较强的场变、温变非线性。温度梯度条件下,其电性能参数的改变将影响复合绝缘的直流稳态和极性反转电场。基于此,为较准确模拟复合绝缘结构在考虑温度分布条件下的直流稳态场和极性反转瞬态场,建立了换流变出线装置复合绝缘结构全模型,应用RBF神经网络与NSGA-II混合算法对换流变出线装置进行了结构优化,对优化后的出线装置在工频电压、极性反转电压下进行了电场校核计算。结果表明温度梯度条件下较等温条件下的场强过冲现象更加显著,套管尾部、直型屏障的场强过冲系数分别达到65%、45%。以上研究成果可为换流变压器出线结构的设计提供参考。     

750 kV酒杯型复合横担杆塔电场仿真计算及电晕试验

750 kV酒杯型复合横担杆塔的横担部分同时承受电气和机械荷载,其运行电压等级高,绝缘结构复杂,电位、电场分布不均匀,影响线路长期稳定运行。以750 kV酒杯型复合横担杆塔为研究对象,应用三维有限元分析方法,建立了750 kV酒杯型复合横担杆塔的三维仿真模型,计算了各相复合横担在不同方案下的电位、电场分布,设计了各相复合横担的均压屏蔽装置,优化了均压屏蔽装置的结构参数。电场计算结果表明优化后的均压屏蔽装置能使复合横担各关键位置电场强度满足控制要求,真型塔头电晕试验结果表明复合横担绝缘子及金具在1.2倍试验电压下未发现可见电晕放电,可应用于实际工程。