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。     

GIS盆式绝缘子典型缺陷对其电场分布的影响北大核心CSCD

气体绝缘金属全封闭组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在生产、运输、安装过程中,其内部可能存在缺陷引起局部场强畸变,从而导致绝缘介质范围内气体放电或击穿。为了研究GIS盆式绝缘子缺陷对其电场分布的影响,本文以252 kV GIS母线腔体为对象,结合三维制图软件SolidWorks和有限元分析软件Comsol建立了GIS的仿真计算模型。仿真分析了悬浮颗粒粒径、圆柱气隙缺陷高度、沿面裂纹长度对盆式绝缘子电场分布的影响。研究结果表明:当悬浮金属颗粒粒径1 mm≤D≤2 mm时,粒径越大,悬浮颗粒缺陷附近的最大电场强度越高且呈M型分布,位于凹侧的悬浮金属颗粒比凸侧颗粒对盆式绝缘子场强的影响大;当气隙缺陷的高度2 mm≤h≤4 mm时,气隙高度增大,缺陷附近的最大场强减小,但下降幅度小于3%,且电场分布呈“兔耳”形状;当沿面裂纹缺陷的长度5 mm≤l≤9 mm时,裂纹长度增加,缺陷附近的最大电场强度降低,且电场分布呈Z字型。总体来说,上述3种典型缺陷中,盆式绝缘子两侧的悬浮金属颗粒引发的局部电场畸变程度最大。文中研究结果可为GIS盆式绝缘子典型缺陷故障类型的诊断提供参考。     

盆式绝缘子存在自由金属颗粒时的电场分析及其对沿面闪络的影响

为研究气体绝缘全封闭式组合电器(GIS)中盆式绝缘子表面存在自由金属颗粒时的沿面电场分布及其对沿面闪络的影响,建立了800k V盆式绝缘子三维结构模型,采用有限元法对盆式绝缘子存在大小、位置及形状不同的自由金属颗粒时分别在工频电压、雷电冲击电压及快速暂态过电压(VFTO)作用下的电场进行了分析。给出了不同情况下盆式绝缘子的沿面电场分布、沿面法向和切向电场强度分布曲线及电场强度最大值。通过与不存在缺陷时的闪络场强作对比分析,为GIS的绝缘设计提供参考。     

表面金属异物引起盆式绝缘子局部放电的研究

为探究盆式绝缘子表面积聚的金属异物对其绝缘性能的影响,在正常盆式绝缘子表面沿电场方向附上细长的金属丝模拟缺陷,通过改变金属丝的长度、半径和位置,模拟不同程度或不同位置的金属颗粒积聚现象,同时进行试验和电场仿真分析。研究结果表明:绝缘子表面金属颗粒会使局部电场发生严重畸变,显著降低绝缘子表面击穿电压,最终造成绝缘子沿面放电和绝缘破坏;仿真和试验得到的结果很接近,在试验条件不充分的情况下可以通过仿真计算预测盆式绝缘子的绝缘状态;金属异物积聚越多或位置越靠近高压端导体,对绝缘子的危害越大。     

GIS盆式绝缘子表面缺陷及其诊断方法研究综述

盆式绝缘子作为气体绝缘组合电器（GIS）最薄弱的绝缘环节,其表面缺陷是提高GIS设备绝缘强度研究中的关键问题。本文首先介绍了气泡缺陷、异物缺陷、表面脏污以及裂纹缺陷等盆式绝缘子常见表面缺陷的产生和发展机理;其次分析总结了盆式绝缘子表面缺陷诱发闪络的发生机制,明确了盆式绝缘子表面电场分布及表面电荷积聚是影响绝缘子沿面闪络...     

GIS盆式绝缘子气隙缺陷下电场变化规律仿真研究

为了研究气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子存在气隙缺陷时的电场变化规律,以800 kV GIS盆式绝缘子为研究对象,建立了三维仿真模型,基于有限元原理仿真计算了GIS盆式绝缘子内部分别含有气泡及缝隙等典型气隙缺陷时的电场分布,并分析了气泡位置及大小、缝隙分布方向及宽度对盆式绝缘子电场的影响规律。仿真结果表明:电场畸变主要出现在缺陷处,气泡表面最大场强比无气泡时增大50%左右,较高场强区气泡表面的场强能够引起气体电离;气泡半径对场强变化的影响不到6%;横向裂缝场强最大增大约1.78倍,远大于径向裂缝场强的变化;径向裂缝越宽,裂缝最大场强越大;横向裂缝越宽,场强畸变越小。     

基于有限元法的126kV GIS盘式绝缘子内嵌金属屏蔽环的电场分布研究

为提高高压盘式绝缘子的运行可靠性,提出一种在盘式绝缘子内部增设金属屏蔽环的设计方法。采用有限元法分析绝缘子内部增设金属屏蔽环对盆式绝缘子表面电场分布的影响,并通过工频耐压试验、局部放电量监测及雷电冲击耐受电压试验进行绝缘校核。仿真数值计算及试验结果验证了绝缘子内部增设金属屏蔽环的可行性,并为工程实际GIS盆式绝缘子内部增设金属屏蔽环的设计提供了必要的数据和理论支撑。     

基于有限元法的１２６kVGIS盘式绝缘子内嵌 金属屏蔽环的电场分布研究

为提高高压盘式绝缘子的运行可靠性,提出一种在盘式绝缘子内部增设金属屏蔽环的设计方法。采用有限元法分析绝缘子内部增设金属屏蔽环对盆式绝缘子表面电场分布的影响,并通过工频耐压试验、局部放电量监测及雷电冲击耐受电压试验进行绝缘校核。仿真数值计算及试验结果验证了绝缘子内部增设金属屏蔽环的可行性,并为工程实际GIS盆式绝缘子内部增设金属屏蔽环的设计提供了必要的数据和理论支撑。     

GIS局部放电特高频信号特征的研究

为了研究GIS（全封闭气体绝缘组合电器）设备内部各种不同类型局放故障的特高频信号特征,利用实际的110kVGIS母线段建立了一套GIS局部放电试验平台,并在试验平台上进行了高压尖端、地电位尖端、盆式绝缘子表面金属颗粒、悬浮电位放电和绝缘子内部缺陷等几类典型缺陷模型的局放试验,获取了不同缺陷的图谱资料。试验结果表明,依据特高频信号的特征,可以对不同类型缺陷进行区分。     

GIS内典型绝缘缺陷的局部放电信号超声特性分析

为了研究组合电器(GIS)典型绝缘缺陷局部放电信号的超声波特性,在一段110kV GIS试验段上,设计和模拟了GIS中的母线金属尖刺缺陷、筒壁金属尖刺缺陷、悬浮电位缺陷、盆式绝缘子内部气泡缺陷、自由金属颗粒缺陷等5种典型局部放电模型和铁心电磁振动模型,使用超声波法对其放电和振动信号进行检测。结果表明,不同缺陷的局部放电或超声信号在幅值、相位特征、相位分布(PRPD)谱图特征等方面会呈现不同的特点,为缺陷的模式识别提供了试验依据。     

550kV GIS用盆式绝缘子的绝缘设计研究

作为气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中核心元件,盆式绝缘子绝缘设计关系到GIS整体的绝缘水平。阐述了盆式绝缘子设计思路,对其结构形式进行了分析,结合电场及制造工艺给出最优形状比,提出了盆式绝缘子设计过程中关键位置电场校验判据,并通过试验验证了所提出校验判据的合理性。     

500 kV SF6 电流互感器内部盆式绝缘子缺陷电场分析和实验研究

近年来,涉及SF₆气体绝缘电流互感器故障次数较以往明显增多。为此,对一起故障的500 kV SF₆电流互感器进行解体事故分析,发现事故是由运行过程中内部盆式绝缘子产生缺陷造成的。为深入了解气体绝缘电流互感器绝缘特性,从源头上防止突发性故障,依据SF₆气体绝缘电流互感器事故分析结果,对盆式绝缘子有气泡、裂缝、金属污染等缺陷的情况进行了三维电场仿真计算分析和局放实验研究。研究结果显示：有缺陷的盆式绝缘子电场发生畸变,尤其是有金属污染时电场畸变最为严重,局放电压急剧下降。研究得出的数据和结论为SF₆气体绝缘电流互感器的绝缘设计、结构优化、运行维护和故障分析提供了理论参考依据。     

特高压GIS盆式绝缘子沿面闪络特性研究综述

盆式绝缘子是GIS最薄弱的绝缘环节。文中统计了GIS故障缺陷类型,对GIS故障发生率进行了计算。针对盆式绝缘子沿面闪络特性影响因素进行了系统分析,包括金属颗粒、绝缘子表面缺陷、表面电荷等。探讨了金属颗粒荷电和受力情况、运动特性及其抑制措施。对盆式绝缘子表面缺陷类型、演化过程及其检测方法进行了探索。直流电压下,GIS盆式绝缘子表面极易积聚大量电荷,文中对相关作用机理、测量方法和动态过程进行了总结。详细阐述了轮廓优化,介电涂层和功能梯度材料等提高沿面闪络电压方法的特点和应用范围,对各种方法的优缺点进行了讨论和比较。结合中国在建的特高压输电工程,对GIS/GIL盆式绝缘子设计提出了一些参考性建议。     

GIS盆式绝缘子应力超声检测技术应用与展望

盆式绝缘子是气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosed switchgear,GIS)的重要部件,其应力集中引发微裂纹是导致GIS绝缘故障的原因之一;研究盆式绝缘子应力检测技术对预防绝缘子开裂、保障GIS设备安全运行具有重要意义.为此,分析GIS盆式绝缘子应力来源,介绍GIS盆式...     

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。     

盆式绝缘子金属丝缺陷下电场分布仿真研究

为研究金属丝缺陷对GIS内部盆式绝缘子电场分布的影响,采用有限元分析方法,以实际1100kV GIS内部盆式绝缘子为研究对象,利用ANSYS仿真软件仿真计算存在金属丝缺陷的盆式绝缘子电场分布,并研究金属丝的分布方向、径向距离、长度和宽度对盆式绝缘子电场分布的影响.结果表明:盆式绝缘子内部的金属丝缺陷会使电场严重畸变,电场强度最大值为无缺陷时的10.76倍,且金属丝径向分布时对盆式绝缘子电场的影响更大.盆式绝缘子的电场畸变程度与金属丝分布方向、径向距离及长度有关.     

特高压GIS用通气型盆式绝缘子气流通道设计与性能验证

盆式绝缘子是气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的核心元件,通气型盆式绝缘子能够简化GIS气室结构、提高充气效率、提升产品装配质量,对GIS设备结构具有重要意义。本文提出一种非对称布置、大尺寸开孔的气流通道设计思路,设计了一种1 100 kV特高压GIS用通气型盆式绝缘子,并对设计样品进行了绝缘试验、力学试验、抗震试验。结果表明:通气型盆式绝缘子通过了型式试验项目,满足特高压GIS技术参数要求与工程需要,证明了设计思路的正确性。     

800 kV GIS设备用盆式绝缘子设计开发

盆式绝缘子的可靠性对整套气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)以及电网的安全运行至关重要。以800 kV GIS用盆式绝缘子为例,从盆式绝缘子的外形、屏蔽环、中心嵌件等方面综合考虑进行结构设计,应用有限元分析软件对关键部位的绝缘性能和机械性能进行仿真计算,计算结果满足判据要求,并通过型式试验验证了设计的可行性。     

GIS盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷导致局部放电的发展过程

局部放电是气体绝缘组合电器（GIS）内部绝缘损坏的外在表现。为了研究GIS局部放电的发展规律,在220 kV GIS实验腔体中设置了人工盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷模型,采用阶梯升压法模拟了该缺陷下局部放电的不同发展阶段,以特高频法对各阶段局放信号进行了测量。基于测量结果,梳理了放电次数、平均放电幅值、总放电幅值、最大放电幅值等的变化规律,从而得出结论：盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷下局部放电可分为放电初始阶段、放电发展阶段和放电危险阶段,且各放电阶段可用放电特征量及放电散点图的变化来表征。     

GIS内部典型缺陷电场分析研究

随着电网电压和系统容量不断增加,气体绝缘组合电器(GIS,Gas Insulated Switchgear)内部故障频频发生,为了研究GIS设备内部典型缺陷局部放电发展与电场强度的关系,基于有限元分析方法对试验情况进行仿真验证。从仿真结果可知:GIS设备内部典型缺陷仿真结果与试验结果基本符合;对于悬浮毛刺缺陷,毛刺越长和离高压导体越近电场强度越大;高压导体毛刺、地电极毛刺和盆式绝缘子固定金属毛刺符合SF6气体电离放电发展理论,大于临界值放电才有可能发展。通过试验和仿真可以得知:电压越大,闪络的电压越大;提出了放电临界值理论,而且应用于分析GIS设备内部缺陷闪络的机理并通过试验验证。因此对于运行设备局部放电具有一定指导作用。