高电压直流复合绝缘子表面电荷积聚的有限元数值模拟及影响分析

空间直流电场和伞裙表面电荷静电将造成高电压直流工程用复合绝缘子伞裙表面快速并大量积聚电荷,引起绝缘子沿面电场畸变且闪络电压降低,从而导致高电压直流工程用复合绝缘子的绝缘性能和耐老化性能下降。以FXBW6-10/70型号的高电压直流输电线路用复合绝缘子为例,建立复合绝缘子二维仿真模型,采用有限元法对表面存在有电荷的高电压直流复合绝缘子进行电气特性分析,研究表面积聚电荷的正、负极性以及电荷积聚量对伞裙轴向和径向电场分布的影响规律,采用改进的电容探头测量伞裙表面积聚电荷随时间的动态变化过程,验证有限元仿真的有效性。结果表明：导线侧三交汇点处场强最大值与伞裙表面积聚的负极性电荷量呈负相关,与伞裙表面积聚的正极性电荷量呈正相关;伞裙表面积聚电荷存在由伞裙内侧逐步向伞裙边沿扩散的动态特性。     

特高压直流穿墙套管故障的振动监测研究

特高压直流穿墙套管是我国电网的卡脖子技术之一。目前不仅其核心设计与制造技术存在较多难点有待攻克，其设备运行的状态监测技术也是一个难点问题。为此，在分析特高压直流穿墙套管的结构和常见故障的基础上，探索了振动法在特高压直流穿墙套管故障在线监测领域的应用，并开展了理论仿真研究，发现当特高压直流穿墙套管的外绝缘或内绝缘发生损伤时，套管的基础特征频率有明显改变。随后对800 kV级特高压直流穿墙套管的电容芯子开裂和硅橡胶伞裙破裂开展了故障模拟和振动测试，结果表明不同故障状态下套管的基础特征频率有较大差异。因此采用振动监测技术可有效实现对特高压直流穿墙套管故障的甄别，可为特高压工程建设和运维人员提供技术参考。     

基于非线性电导绝缘的随桥敷设高压直流电缆接头电-热场分布及优化设计

针对随桥敷设高压直流电缆接头绝缘电-热场分布问题,开展基于非线性电导增强绝缘的高压直流电缆接头电场优化设计方法研究,探究电-热-机械应力多物理场作用下聚合物绝缘材料的非线性电导率特性对直流电缆接头绝缘电场分布的影响规律,分析高压直流电缆接头增强绝缘优化设计方法。结果表明,碳化硅(Silicon carbide, SiC)掺杂大幅增强了硅橡胶绝缘的非线性电导率,提高了硅橡胶绝缘的非线性系数参数,降低了非线性电导率的阈值电场强度。当桥梁梁箱温度达到40℃时,直流电缆满载运行条件下电缆接头最大场强位于应力锥根部,达到40k V/mm;非线性电导复合绝缘可显著降低中间接头应力锥三结合点处电场强度,抑制附件增强绝缘的电场畸变。采用非线性电导硅橡胶绝缘作为高压直流电缆接头增强绝缘材料,可弥补电缆接头应力锥无法有效抑制接头绝缘直流电场畸变的不足。研究结果可为随桥敷设高压直流电缆接头绝缘电场调控与设计提供理论与试验基础。     

复合绝缘子局部微间隙对电场分布影响的有限元数值模拟及分析

由于高压复合绝缘子受模压、材料热胀冷缩特性、密封加工工艺等因素的影响,在金具、芯棒和伞裙护套之间容易产生局部微间隙,从而造成局部放电,导致复合绝缘子的耐老化性能降低。将复合绝缘子的静电场无界域问题等效为分层均匀媒质的多介质闭域电场问题,建立三维复合绝缘子模型,采用有限元方法对存在局部微间隙的复合绝缘子的电气性能进行分析,研究局部微间隙不同尺寸及位置对局部和整体电位、电场强度分布的影响规律。结果表明：局部微间隙邻近的3片伞裙的电场强度发生明显畸变,而对其余伞裙的影响可以忽略;局部微间隙尺寸增大将导致相应伞裙的电压承担率增加,球形微间隙表面的场强最大值也逐渐升高,导致微间隙内部区域放电几率增大。     

复合绝缘子芯棒界面微裂纹对场强电位分布性影响

因复合绝缘子芯棒的生产工艺或材料热胀冷缩效应等客观因素均可能造成芯棒界面的微裂纹存在。从场强电位分布角度出发,对存在局部芯棒微裂纹建模,并且对裂纹中充斥的不同微杂质进行仿真计算,结果表明:界面微裂纹的存在会导致金具处最大场强数值进一步增大,局部场强会发生明显畸变,并抬升了高压端前3片伞裙的电压承担值;水分渗入微裂纹内比较于酸液杂质对场强与电位分布均匀性影响更为明显;场强的畸变与电位的分布不均匀与界面微裂纹的深度有一定性的关系。场强畸变与伞裙电压承担差异会诱导放电通道的形成,进一步促进局部微裂纹的"膨胀",如此反复使裂纹内驻存更多微杂质(水分、酸液)等,使芯棒处于更恶劣的运行环境中,久之可能导致脆断的可能。     

伞裙边沿厚度对复合绝缘子场强分布的影响

为解决因复合绝缘子耐老化性能较差导致的场强分布不均匀问题,基于伞裙边沿厚度与复合绝缘子场强分布之间的紧密联系,通过ANSYS仿真软件进行复合绝缘子三维建模,分析了不同伞裙边沿厚度下复合绝缘子沿面场强和电位分布。结果表明,随伞裙边沿厚度的增加,金具处最大场强值增大,高、低压端前3片伞裙边沿场强值减小,中部绝缘子场强值相对增大;伞裙边沿厚度的增减对整个绝缘子电位分布无影响;伞裙边沿厚度为4 mm时伞裙场强分布较其他厚度时相对均匀,并有效降低了高、低压端伞裙场强,且具有一定的抗电蚀烧伤能力。     

10kV内胶装瓷柱式绝缘子优化选型

10kV配电线路绝缘子是实现配电线路与地电位之间电压隔离的重要电力设备。研究了10kV内胶装瓷柱式绝缘子的长度、表面伞裙形状、内电极和外电极等几个影响内胶装瓷柱式绝缘子电场强度分布的典型因素,得出以下结论:绝缘子伞群对绝缘子表面最大电场强度影响很小;绝缘子的长度影响绝缘子表面最大电场强度,绝缘子越长,其表面最大电场强度越小;绝缘子内电极球半径对绝缘子表面最大电场强度影响很小,而绝缘子内电极杆径越大,绝缘子表面最大电场强度越大。这些计算的结果可以为10kV内胶装瓷柱式绝缘子的设计提供依据并且可以优化设计方案。     

复合绝缘子微间隙大小对电场分布的影响

复合绝缘子因长久运行或工艺缺陷等原因可能存在微间隙,这种微间隙的存在使局部电场发生畸变,使微间隙内发生电离,进一步可能发展为局部放电。带电金具与芯棒、伞裙护套之间微间隙放电会直接腐蚀芯棒,老化、腐蚀伞裙护套,降低芯棒的机械性能,引起芯棒脆裂、掉线,从而造成重大停电事故。对复合绝缘子存在微间隙时伞裙电场进行初步探讨,结果表明微间隙的存在使间隙局部场强分布发生严重畸变,金具处最大场强变大,微间隙附近处伞裙以及微间隙内部场强随着间隙增大局部畸变变得严重,但是微间隙的存在与否,对伞裙整体上的电位、电场分布影响不甚明显。     

环氧复合绝缘材料表面电荷积聚与消散特性研究

为明确环氧复合绝缘材料表面电荷积聚与消散特性,搭建了一套空气中绝缘材料表面电位二维自动测量装置,采用有源静电探头法测量了直流充电后环氧复合绝缘表面电位分布。结果表明,绝缘表面主要积聚与外施电压极性相同的电荷,提高直流电压幅值会显著增加表面电荷密度。随直流电压施加时间的增加,表面电荷密度先快速增加,而后趋于饱和。当加压至闪络后,绝缘材料表面存在清晰的放电通道,绝缘表面仍然积聚大量的电荷,并关于闪络通道对称分布。表面电位消散分为表面电荷自发电场主导的消散阶段和电荷扩散主导的消散阶段。外施电压幅值越高,表面初始电荷密度越高,起始消散速度越快,消散到一定值需耗费更长的时间。     

800 kV直流电压测量装置原理及绝缘结构分析

针对直流电压测量装置的长期运行极易出现的绝缘闪络及关键阻容网络的选型等问题,对高压直流电压测量装置的设计原理及绝缘结构进行了深入分析,为解决长期运行极易出现的径向的闪络问题,提出了内外部分保持合理的绝缘距离, 对于关键阻容网络的选型问题,给出了相应的参考值;以800 kV直流电压测量装置的为例,用ANSYS有限元仿真,分别论证了装置在直流场、交流场、单级损坏、绝缘子长期运行后表面积污秽等各种极端情况下绝缘的可靠性。为特高压直流电压测量测量装置的设计提供了参照依据。     

±660 kV宁东直流输电线电磁环境

以宁东--山东±660 kV直流线路工程为背景,针对2种运行方式,计算和分析了输电线路下方地面电场与离子流密度的分布情况,研究了工程投运后产生的电磁环境特点.结果表明:在双极运行方式下,地面场强与离子流密度均满足环境要求;由于同性电荷排斥作用,带有相同极性的高电压的并联极导线既加强了地面电场强度,又增加了离子流密度,因此极导线并联大地回线运行方式下的地面场强与离子流密度最大,实际工程中应尽量避免采取这种运行方式.     

±660 kV宁东直流输电线电磁环境

以宁东-山东±660kV直流线路工程为背景．针对2种运行方式,计算和分析了输电线路下方地面电场与离子流密度的分布情况,研究了工程投运后产生的电磁环境特点。结果表明：在双极运行方式下,地面场强与离子流密度均满足环境要求：由于同性电荷排斥作用．带有相同极性的高电压的并联极导线既加强了地面电场强度．又增加了离子流密度,因此极导线并联大地回线运行方式下的地面场强与离子流密度最大。实际工程中应尽量避免采取这种运行方式。     

湿度风速对直流合成电场和离子流密度的影响

随着高压直流输电工程的持续发展,电压等级的不断提高,直流输电线路特有的离子流场问题已变得日渐突出,成为线路环境评估的重要指标之一,也成为线路设计时的主要制约因素。为此,建立了特高压直流输电线路离子流场数值仿真模型,分析了环境湿度、风速对离子流场的影响规律。研究表明,环境的相对湿度从25%增大到85%,地面合成电场强度减小7.2%,地面离子流密度减小21.0%,湿度对地面合成场强的影响程度较小,而对地面离子流密度的影响程度相对较大;在风的作用下地面合成电场强度和地面离子流密度曲线均有明显的偏移,其迎风侧的峰值减小,背风侧的峰值增大,风速过大可能会使背风侧的地面合成电场强度超标。     

1500V直流光伏发电系统中塑壳断路器的性能研究

随着光伏发电行业的迅猛发展,1500 V直流光伏发电系统开始广泛应用.塑壳断路器作为1500 V直流光伏发电系统中重要的元器件,需要适应更高的直流电压.通过试验,研究了高直流电压下塑壳断路器在绝缘性能和全电流范围内分断能力方面的表现,并对单断点塑壳断路器和双断点塑壳断路器的差异进行了对比.研究结果表明:由于双断点塑壳断...     

±500 kV同塔双回直流输电线路对地距离研究

依据现行±500 kV直流技术导则中导线对地距离要求,计算分析了其合成场强的大小。通过计算±500 kV同塔双回直流的合成场强,在与±500 kV直流技术导则要求的电磁环境一致的前提下,给出了推荐极性布置及导线下对地距离的推荐值：居民区14.0 m,非居民区11.0 m。     

风力机叶片雷击暂态特性分析

基于风力机叶片雷击损坏机理,利用EMTP软件搭建完整的叶片、塔筒模型,分析叶片内置引下线、内部敷设电气线缆和采用碳纤维层压板情况下雷击暂态电位和内部电场强度。仿真结果表明:叶片遭受雷击后,引下线承受电位降可达MV强度达几千kV/m,极易发生侧向闪络产生内部电弧;引下线和碳纤维层压板在叶片尖端和根部相连方式下电位差和电场强度远小于仅在叶片根部相连方式,电场强度减小至几kV/m。当叶片内部敷设电缆线时,需尽可能拉大引下线和电缆线间距离;采用碳纤维层压板时可在叶片尖端和根部将其与引下线相连。     

330 kV输电线路均压环优化研究

通过有限元法建立均压环仿真计算模型,对4种不同管径以及2种不同曲率半径330kV交流输电线路均压环表面场强进行计算分析,在特高压户外试验场以及特高压交流试验基地环境气候实验室开展均压环可见电晕试验研究,获得不同结构型式均压环表面电场分布规律、结构优化试验对比结果以及不同海拔条件下均压环电晕起始电压特性曲线。研究结果表明,通过优化均压环管径以及曲率半径方法,可有效降低均压环表面电场强度,提高电晕起始和熄灭电压,推荐校正算式校正误差小于CB311．1—1997和IEC60071—2：1996所提方法,可为高海拔地区输电线路均压环选型及优化设计提供参考依据。     

考虑隔板沿面闪络的气固复合绝缘工频耐压特性

为了分析隔板沿面闪络与气固复合绝缘系统工频耐压特性的关系,结合工频耐压试验和有限元仿真,从等效击穿路径和平均电场强度两个角度进行分析.研究发现,气固复合绝缘间隙的击穿电压无法通过典型击穿路径直接计算.间隙击穿前,隔板在不同位置下沿面路径承受的平均场强并不相同,但不同尺寸隔板承受的平均场强基本一致.结果表明,已知某种尺寸...     

高海拔330 kV输电线路悬垂串金具电晕特性研究

我国西北部分高海拔地区330kV同塔双回输电线路悬垂串金具运行中存在明显放电现象,为降低电能损耗,采用三维有限元分析计算软件对实际同塔双回线路进行建模研究,并对悬垂串金具表面电场分布进行仿真计算。根据计算结果,在特高压交流试验基地环境气候实验室和特高压户外试验场对优化前后悬垂串金具开展可见电晕试验研究。结果表明,悬垂串金具安装防晕球后,金具表面最高场强从28.3kV/cm降至22.4kV/cm,降幅为20.8%,同时金具电晕放电起始电压与熄灭电压比优化前分别提高12.6%和5.6%。随着海拔高度上升,金具电晕放电电压下降,4 300 m海拔下起始电压与熄灭电压分别比0 m处下降31.0%、31.1%,可为高海拔线路金具设计与优化提供参考。     

电缆线路中间接头绝缘缺陷电场仿真与放电小室局放检测研究

高压电缆作为输送电能的优选设备而被广泛应用,但其长期处于高压环境下,将会导致故障的发生。电缆接头是电缆中最为薄弱的环节,由于其制造过程的不严谨和长期运行与高压环境,将会产生诸多绝缘缺陷,导致局部放电。缺陷会导致内部场强的增加和温度的升高,将严重影响电缆的正常工作,甚至导致绝缘击穿引发巨大故障。为预防绝缘缺陷引起的故障,对电缆进行气隙,杂质和受潮3种典型的绝缘缺陷进行仿真分析,通过对比来得出不同缺陷对电场强度和电压的影响,接着对中间接头的典型绝缘缺陷进行了局部放电检测,结果显示即使微小的缺陷也会引起场强和电压的突变,从而导致绝缘劣化。