基于模态分析的GIS盆式绝缘子裂纹缺陷检测方法研究

GIS盆式绝缘子的缺陷检测对于保障电力系统安全运行具有重要意义。振动法由于具有检测灵敏度高和无损检测等优点成为当前电力设备故障诊断研究的热点问题。为给振动法检测盆式绝缘子开裂提供理论指导,文章建立了正常或含有缺陷盆式绝缘子的三维模型,采用有限元法计算了盆式绝缘子在不同气室压力和不同裂纹大小时的模态频率。研究结果表明,当盆式绝缘子无裂纹时,绝缘子会出现重根模态,而当盆式绝缘子有裂纹时,绝缘子没有重根模态。当盆式绝缘子下表面压力较小时,与两侧气室压力相同时相比,模态频率呈下降趋势,而当盆式绝缘子上表面压力较小时,模态频率呈增加趋势。盆式绝缘子存在裂纹时,模态频率呈下降趋势,随着裂纹深度的增加,模态频率下降幅度也会增大。计算结果表明采用振动法检测盆式绝缘子机械状况具有可行性。     

盆式绝缘子开裂故障的无损检测技术研究

盆式绝缘子是气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中的重要部件,文中将对盆式绝缘子的裂纹检测技术进行研究。主要进行振动检测技术在盆式绝缘子裂纹缺陷检测方面的可行性研究,对独立的盆式绝缘子进行尺寸较大的径向贯穿型裂纹制造,对比进行完好和损坏状态下的盆式绝缘子振动模态实验,分析固有频率值差值以及频率图谱的变化情况,提出基于机械振动技术的盆式绝缘子裂纹故障判断方法,为机械振动检测技术的后续研究和应用推广提供了重要依据。     

雷电冲击下金属污染物对GIS中盆式绝缘子闪络特性的影响

金属污染物是引起GIS内盆式绝缘子沿面闪络的重要因素。为了获得金属污染物对盆式绝缘子沿面绝缘特性的影响规律,对雷电冲击作用下金属污染的盆式绝缘子闪络特性进行了较为系统的实验研究。文中基于GIS内金属异物形貌特征的统计分析,通过人工模拟金属异物的方法,分别研究了正、负极性雷电冲击作用下,异物尺度、附着位置以及气室压强对盆式绝缘子闪络特性的影响。实验结果表明,正极性雷电冲击作用下,金属污染的盆式绝缘子闪络电压低于负极性,且金属异物越接近高压电极侧,盆式绝缘子闪络电压越低。盆式绝缘子闪络电压随附着金属异物长度的增加明显降低,当长度超过一定值时,闪络电压下降趋势变缓。存在金属异物污染时,正极性雷电冲击和负极性雷电冲击下U-P曲线均呈现出"驼峰"特征,而负极性雷电冲击下U-P曲线的"驼峰"特征更为显著。整个研究可以为提出现场GIS盆式绝缘子缺陷检测方法提供参考。     

基于摩擦接触和密封圈接触压力的252 kV小型化GIS用盆式绝缘子应力分析

边界条件设置是影响盆式绝缘子应力计算结果准确性的关键因素.本研究建立了252 kV小型化GIS用盆式绝缘子轴对称模型,并引入橡胶密封圈Mooney-Rivlin函数模型,通过有限元分析软件对不同约束边界条件下盆式绝缘子进行应力仿真计算,并与水压试验实测值进行对比分析.结果表明:采用摩擦接触的边界条件与工程实际相符,适用于盆式绝缘子的应力仿真边界条件设置,研究结果可对其他电压等级盆式绝缘子的小型化、轻量化设计提供参考.     

直流电压下GIS盆式绝缘子表面电荷及电场分布特性仿真研究

GIS中盆式绝缘子表面在外施直流电压时会积聚大量电荷使得沿面闪络电压大幅降低,从而引发一系列电气设备故障。基于上述问题,文中分析了盆式绝缘子表面电荷的来源与传导途径,采用有限元仿真计算方法构建了二维轴对称仿真模型以及设定相关参数,研究了电压极性、不同电压幅值以及电压极性反转对盆式绝缘子表面电荷分布的影响。结果表明,在直流电压下,凹面主要积聚与外施直流电压极性相反的电荷,凸面主要积聚与直流电压极性相同的电荷,且凹面积聚的电荷密度更大;在极性反转后-100 kV直流电压下,盆式绝缘子表面原先积聚的电荷密度呈现先增大后逐渐减小的趋势,随后转换极性并达到饱和,电场在靠近高压端以及盆式绝缘子沿面0～20 mm处的畸变程度较为明显。电场在盆式绝缘子表面电荷极性发生变化前出现峰值,相比较电荷达到饱和状态,此时盆式绝缘子凹面最大场强增加46%,凸面最大场强增加5.4%。该研究可为直流电压下盆式绝缘子表面电荷分布特性提供指导。     

GIS盆式绝缘子表面缺陷的局部放电检测

盆式绝缘子是GIS设备中故障率较高的部件之一,尤其是盆式绝缘子的沿面闪络,对于GIS运行的安全性威胁极大。因此,对盆式绝缘子上可能引起故障的缺陷,特别是绝缘表面缺陷进行状态检测,以预防绝缘故障的产生,是现阶段研究的热点问题之一。文中以一个存在表面缺陷的实际GIS盆式绝缘子为例,使用多绝缘子对照方法测试了样品在高电压作用下的局部放电特性,并使用光电效应对实验结果进行了验证。根据实验结果对数据进行了分析,发现了放电伴随的光脉冲的强度与放电频率之间的相关性。文中的研究内容对于盆式绝缘子表面缺陷在现场的检测识别,以及绝缘子制造工艺的改进具有重要的参考意义。     

直流GIL盆式绝缘子的表面电荷分布

直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission line,GIL)盆式绝缘子的稳态电场按介质电导率分布,在长期直流电压作用下,绝缘子表面会积聚电荷,引起局部电场畸变,威胁设备的安全运行。因此有必要对直流盆式绝缘子表面电荷积聚现象进行研究,掌握准确的电荷测量技术、电荷反演计算方法和绝缘子表面电荷积聚特性,为提高盆式绝缘子的绝缘水平提供参考。文中研制了一套新型盆式绝缘子表面电荷测量装置,能够控制探头以等距垂直姿态对绝缘子曲面进行扫描式测量;采用同心圆环电极对静电容探头进行了标度,获得其空间响应函数,并基于矩阵的Cholesky分解法对绝缘子表面电荷分布进行了反演计算。实验研究了不同直流电压作用下,±200 kV直流盆式绝缘子表面电荷积聚和消散特性,并根据实验和仿真计算结果,提出了不同条件下适用的表面电荷分布模型。文中对深入认识直流盆式绝缘子的表面电荷积聚现象、完善电荷积聚机理具有重要意义。     

高压直流GIS母线绝缘性能研究北大核心CSCD

HVDC输电技术的快速发展对HVDC GIS研发提出了迫切需求。HVDC GIS母线的绝缘性能是其重要性能。文中对HVDC GIS母线结构及耐受的电压种类进行了介绍。对静电场仿真和恒定电场仿真数学模型进行了对比。介绍了影响HVDC GIS母线绝缘性能的因素。对320 kV HVDC母线工况1、工况2、工况3三种工况及盆式绝缘子带和不带地电位屏蔽环两种结构的电场分布进行了仿真分析,计算结果表明:在320 kV电压作用下,当盆式绝缘子不带地电位屏蔽环时,工况2盆式绝缘子沿面电场强度Eabs较工况1大142.7%;工况3较工况2大3.92%。原因在于环氧树脂电导率是SF6的106倍,而环氧树脂相对介电常数仅是SF6的6倍;且环氧树脂的电导率随着温度降低而减小。当盆式绝缘子带地电位屏蔽环时,3种工况下盆式绝缘子沿面电场分布接近,体现了地电位屏蔽环可以有效改善HVDC母线盆式绝缘子尾部电场,克服母线温度分布不均带来的不良影响。     

高压SF6全封闭组合电器盆式绝缘子吊具

一种高压SF6全封闭组合电器用盆式绝缘子的吊具,是以盆式绝缘子上两个相邻的穿丝孔为着力点,用于盆式绝缘子及母线等单元在装配过程中的竖直起重。为适合于不同电压等级的盆式绝缘子,吊具采用了快换接头,着力点点距调节,起吊点点位调节的结构设计。     

存在气泡缺陷的盆式绝缘子电场仿真分析

盆式绝缘子内部存在气泡缺陷是引起局部放电和沿面闪络的重要因素,为研究气泡对盆式绝缘子电场分布的影响,采用ANSYS有限元分析软件建立存在气泡缺陷的盆式绝缘子三维仿真模型,分别研究快速暂态过电压和工频电压作用下,气泡大小、位置对盆式绝缘子电场分布及沿面闪络的影响。结果表明:气泡缺陷会引起盆式绝缘子电场畸变,最大电场强度比无气泡缺陷时增大了30%左右,且气泡越靠近金属端,盆式绝缘子电场强度越大。电场畸变主要出现在气泡缺陷附近,畸变程度与气泡尺寸、径向距离及距表面的距离有关。     

振动法评估盆式绝缘子机械状态的分析

为了探讨振动法评估GIS盆式绝缘子机械状态的研究方法,以GIS盆式绝缘子为研究对象,利用ANSYS软件的有限元分析功能,建立了GIS盆式绝缘子的有限元模型,记录了GIS盆式绝缘子有限元模型在受到不同程度的损坏时的固有频率,并且对数据进行了分析,最后的研究结果表明,当盆式绝缘子中出现贯穿性的裂纹时,其固有频率具有明显的下降,为振动法估测盆式绝缘子机械状态提供了指导意义。     

紫外成像法的GIS盆式绝缘子局部放电研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在电力系统中占有重要地位,盆式绝缘子是GIS内部重要的部件,其表面放电是影响GIS安全运行的重要因素,文中在盆式绝缘子表面设置了典型的绝缘缺陷模型,利用紫外成像仪记录了其表面放电引起紫外光子发射的整个过程,分析了典型放电缺陷模型下的放电电压与光子数之间的关系,对绝缘子表面放电进行了探索,取得的结论:1表面放电紫外光子数随着缺陷尺寸的增大有增大趋势,但是多次重复性实验表明存在饱和特性;2当模拟的同一种绝缘缺陷位于盆式绝缘子不同位置的时候,放电初始电压不同,相同电压下的光子数目也存在较大差异;3当绝缘缺陷距离导杆距离大于6 cm时,在相同电压下的放电明显减弱,产生的紫外光子数也明显减少。这些结论有助于后续对盆式绝缘子表面电荷特性的深入研究,同时也为现场检测GIS局部放电提供了依据。     

GIS中VFTO对隔离开关气室中盆式绝缘子的影响研究

结合GIS隔离开关气室的实际结构,给出隔离开关燃弧状态的等效电路模型和参数,利用电场能量法计算了气室两端盆式绝缘子的对地等效电容值.在此基础上,对气室两端盆式绝缘子处的VFTO进行了数值仿真,提取频率和对应的电压信息,分析了在VFTO作用下盆式绝缘子的暂态电场分布,并且对盆式绝缘子发生热击穿的情况进行了研究.     

基于超宽频电压测量的1100 kV GIL绝缘子闪络电压时频特征试验研究

特高压GIL设备是特高压输电工程的重要组成单元,故障精确定位是缩短GIL设备绝缘击穿故障抢修时间,提高特高压输电可靠性的关键。为满足特高压GIL故障精确定位需求,研究特高压GIL设备内部绝缘击穿时所产生暂态电压的波形时频特征是基础。文中利用真型1 100 kV GIL设备构建试验平台,通过模拟盆式绝缘子表面缺陷诱发GIL设备内部绝缘闪络。采用超宽频带的电压测量系统准确测量盆式绝缘子闪络过程中电压突变,通过分析击穿过程暂态电压波形的时域和频域特征,揭示特高压GIL设备盆式绝缘子闪络的电磁波激发机理。同时还对比分析了不同极性电压下,闪络诱发暂态电压波形时频特征的变化规律。通过试验分析发现,特高压GIL设备盆式绝缘子击穿时暂态电压的上升沿低于110 ns,陡度大于5 kV/ns,激发电磁波的高频分量可达4 MHz。因此通过准确测量击穿电压,可大幅提升电压行波定位的精度,为实现特高压GIL设备10 m级故障精确定位奠定坚实基础。     

基于X射线三维成像技术的在役GIS盆式绝缘子缺陷检测北大核心CSCD

在役GIS盆式绝缘子因材质性能欠佳、机械操作振动等原因会引入气隙、金属微粒等各类缺陷,若不通过诊断提前预警并及时处理,极有可能引起突发性故障。X射线检测作为一种重要的可视化检测方法,在应用于在役GIS盆式绝缘子时存在检测效率低、结果不直观、存在检测盲区等问题。文中设计了在役GIS盆式绝缘子的X射线检测智能定位装置,开发了GIS盆式绝缘子缺陷检测的三维成像技术。结果表明,文中开发的X射线三维成像技术,可实现成像板及射线机的自动升降和多角度旋转控制、三维图像的智能重构以及GIS盆式绝缘子的全覆盖照射,避免缺检漏检,有效地识别出盆式绝缘子异物和划痕等各类缺陷,对于GIS盆式绝缘子缺陷的现场检测具有重要指导意义。     

交/直流电压下气体绝缘变电站盆式绝缘子表面电荷对闪络电压的影响

在气体绝缘变电站(GIS)中,盆式绝缘子表面电荷的存在会使局部电场发生畸变,严重时还会降低沿面闪络电压。为此,研制了一种用于实际252 k V GIS盆式绝缘子表面电荷的3维测量装置,可以对盆式绝缘子表面电荷进行全径向、全角度测量。参考实际盆式绝缘子的绝缘设计裕度及其沿面闪络特性,设计了闪络试验模型,分别针对直流、交流电压作用下绝缘子表面电荷对沿面闪络电压的影响开展了研究。结果表明:在交流电压和直流电压作用下,随着表面电荷积累量的增加,绝缘子沿面闪络电压有所减小;相比于交流电压50 k V作用1 h工况下,在53 k V交流电压作用3 h工况下,盆式绝缘子的沿面闪络电压降低了10.2%,而直流电压下,绝缘子的沿面闪络电压最大可降低23.0%,这说明了绝缘子表面电荷的存在对其沿面闪络电压具有明显的影响,在绝缘设计时需予以重视。研究结果可为GIS及气体绝缘输电线路(GIL)绝缘子的绝缘设计提供参考。     

基于热失重分析的盆式绝缘子热分解活化能的计算方法

气体绝缘金属封闭开关(GIS)在电力系统中应用广泛,其中盆式绝缘子长期在电热应力作用下不断发生老化降解,严重情况下可能会引发重大事故。盆式绝缘子的老化降解实际上是化学反应过程,因此研究盆式绝缘子的热分解过程具有重要意义。文中基于热分析动力学原理,采用热失重法分析了盆式绝缘子在5种不同升温速率下的热分解过程,采用Flynn-Wall-Ozawa法和Kissinger法计算了盆式绝缘子的活化能。研究结果表明,采用Flynn-Wall-Ozawa第1种方法和Kissinger方法计算结果基本一致,由Flynn-Wall-Ozawa第2种方法计算得到的活化能起初随着转化率的增加而增大,在转化率0.12处达到峰值,然后随着转化率的增大略有下降,并给出了这一现象的微观解释。上述研究对于准确计算盆式绝缘子的活化能,进而为揭示老化机理和评估老化程度具有一定的指导意义。     

基于252kV三相盆式绝缘子水压试验的仿真分析及结构优化

文中描述了252 kV三相盆式绝缘子破坏水压试验的情况,为明确三相盆式绝缘子破坏水压不能满足标准要求的原因,首先对252 kV三相盆式绝缘子进行了建模、仿真与分析,明确了三相盆式绝缘子相间盆式结构交汇处应力集中是破坏水压偏低的原因。随后对模型进行了改进,将应力集中由‘Y’型分布转化为‘△’型分布,显著降低了最大应力值,显著改善了盆式绝缘子的耐压状态。最后讨论给出了252 kV三相盆式绝缘子在强度设计过程中应结合仿真计算进行机械强度设计的基本思想。文中的工作为三相盆式绝缘子的设计提供了一定的参考。     

温度和正极性电压对直流GIL盆式绝缘子表面电荷积聚的影响

直流GIL盆式绝缘子表面电荷积聚是导致绝缘子沿面闪络电压降低的主要因素。为此基于不同温度和正极性电压研究了直流GIL盆式绝缘子的表面电荷积聚特性。在绝缘气体电流密度与场强、绝缘子固体电导率与温度的非线性关系基础上,建立了绝缘子表面电荷积聚时变数学模型;通过该模型研究了不同温度下盆式绝缘子表面电荷积聚特性,以及绝缘子表面电荷积聚在不同正极性电压下的主导机制。研究结果表明:电压和温度是表面电荷积聚中气体电导和固体电导平衡的主要影响因素之一;1 kV直流电压作用时绝缘子气体侧电导占主导地位,而且表面电荷密度随温度升高而减小;400 kV直流电压作用时绝缘子固体侧电导占主导地位,而且表面电荷密度随温度升高而增大。另外研究了在400 kV电压下表面电荷积聚对绝缘子表面切向电场的影响,结果表明绝缘子上下表面的最大切向电场强度随着表面电荷积聚从初始到稳态的过程而逐步增加,而且温度越高,稳态时的最大切向电场强度越大。因此表面电荷积聚是使绝缘子沿面电场强度增大的主要因素之一,温度加剧了表面电荷积聚的程度,从而致使表面切向电场强度进一步增大。     

252 kV GIS母线用盆式绝缘子绝缘及应力设计裕度分析

盆式绝缘子是气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)最重要的绝缘部件,其性能优劣直接影响GIS的运行可靠性。文中针对多个252 kV GIS用盆式绝缘子样本,在昆明特高压试验基地进行了特性试验,并根据试验采用仿真计算手段,建立了三维电场仿真和应力仿真模型,校核了盆式绝缘子及母线结构的绝缘设计和应力设计,并结合零表压试验和水压破坏试验结果进行了分析,得到了各盆式绝缘子在不同载荷下的设计裕度,并针对性的提出了设备选型和后续工作优化建议。研究成果有助于深入理解盆式绝缘子的设计和技术细节上的差异,为252 kV GIS设备选型、运行维护提供了参考。