Voltage distribution analysis and grading ring design for porcelain insulators on 750‐kV compact transmission lines

On a compact transmission line, there are three phases arranged in one tower window. They form an inverted triangle with a small air gap, having no shielding between each other. This characteristic results in mutual effects among the three phases, which cause higher voltages and electric field intensities on the porcelain insulators and fittings than the ordinary lines. In this paper, a three‐dimensional finite element method (FEM) is presented to calculate the potential and electric field distributions of the porcelain insulators on a 750‐kV compact double‐circuit transmission line. Considering the mutual effects among the three phases, the structural parameters of the grading ring are optimized to reduce the voltages and electric field intensities on the insulators. The results show that the significant mutual effects among the three phases need to be taken into account in the design and testing of the insulators and fittings. In addition, structural parameters of the optimized grading ring are proposed on the basis of the above‐mentioned analysis. The comparison between the numerical calculations and the test results shows the accuracy of the FEM. Thus, in the approval test, it might be more reasonable and efficient to determine the correction factors through analyzing the calculations of the actual line and test arrangement. © 2012 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

1000kV级特高压交流线路绝缘子串电位分布计算和均压环设计

特高压交流线路绝缘子串的电位分布极不均匀,这将影响绝缘子和线路的安全运行,如何设计合理的均压环,改善绝缘子串电位分布,具有重要的工程意义。应用有限元法可以对特高压绝缘子串单悬垂串下的电场分布进行三维的数值计算,综合考虑杆塔、导线等因素,针对悬垂串不同的均压环设计尺寸和放置位置分布进行对比计算。对均压环的优化设计表明,均压环管径取120mm,环体距绝缘子串中心距离取500mm,布置位置为屏蔽3片绝缘子时,均压效果相对较好。计算结果表明,增加均压环后各个串型的电场分布明显改善,单片绝缘子最大承受电压为4.7%。     

500kV港城变电站绝缘子均压环放电现象研究

为了提高有限元数值仿真计算方法在研究外绝缘设备电场分布的准确性,对均压环与绝缘子串电场进行仿真分析,并通过设置仿真参数来获得均压环管径和安装位置最佳尺寸的依据。针对湛江500 kV港城变电站均压环对玻璃绝缘子串放电现象,运用ANSOFT软件建立了500 kV交流杆塔上均压环与绝缘子串全三维模型,研究了均压环管径和安装位置对绝缘子串电场分布影响的规律,并通过对电场强度的仿真分析解释了均压环对绝缘子频繁放电的原因。仿真分析中研究了均压环管径及其安装位置对最大电场强度的影响,进而得出了满足实际工程应用的最佳的均压环管径和安装位置,通过实际运行验证仿真结果对于消除绝缘子均压环放电效果明显。     

基于有限元方法的1 000 kV级特高压交流线路耐张串均压环优化设计

特高压输电线路绝缘子串电压分布极不均匀,均压环的优化设计对于改善绝缘子端部场强和改变电压分布具有重要意义。应用三维有限元法分别对1000kV特高压交流线路两联、三联和六联耐张串进行了电场计算,计算中考虑了杆塔、导线对电场分布的影响。通过不同屏蔽深度的均压环对电压分布影响的讨论和4种不同形式均压环的对比,建议1000kV特高压交流线路耐张串采用管径为120mm的跑道环,圆形部分中心径为1000mm,联接距根据绝缘子串中心间距决定,放置在第3、4片绝缘子之间。     

330 kV带均压环的棒形悬式复合绝缘子电场有限元分析

采用ANSYS有限元软件对装有几种不同规格均压环的330kV棒形悬式复合绝缘子进行了电场有限元计算,得出了均压环的位置和尺寸与电场分布的关系。与实际测量结果的比较说明,采用的建模手段和求解方法是有效的。     

500kV复合绝缘子断裂机理及检测方法

复合绝缘子断裂对输电线路的安全稳定运行构成了严重威胁。结合500 kV复合绝缘子断裂故障,分析了复合绝缘子断裂机理及原因,探讨了红外热像检测及紫外电晕检测技术在复合绝缘子检测中的应用效果。结果表明:在局部强电场和弱酸腐蚀综合作用下,芯棒机械性能降低是复合绝缘子断裂的重要原因;红外热像检测、紫外电晕检测等带电检测手段能有效发现复合绝缘子的缺陷,具有距离远、不接触、准确、实时、快速等优点;为避免复合绝缘子断裂事故,有必要优化复合绝缘子均压环的结构,选择最佳的均压环直径、管径及安装位置,改善复合绝缘子沿面场强及电压分布的不均匀性,抑制复合绝缘子局部区域的电晕放电现象。     

基于有限元方法500kV交流输电线路表面电场强度的研究

本文基于有限元方法详细讨论了500 kV交流输电线路导线表面电场的分布规律,并定量分析了线路参数及导线表面特性对导线表面最大电场强度的影响.结果表明,线路采用多分裂、大截面、倒三角布置方式,可以降低导线表面电场强度;不光滑导线将导致导线表面电场增大.     

均压装置对复合绝缘子电气性能的影响

通过测量复合绝缘子电压分布及冲击电压试验 ,研究了不同结构、尺寸的均压装置在不同安装方式下对复合绝缘子电气性能的影响 ,认为圆形均压装置、较深的罩入深度、较大外径可明显改善复合绝缘子电压分布 ,但设计时应保证必要的干弧距离。     

750 kV交流复合绝缘子均压环优化设计

基于有限元数值仿真计算方法,建立了750 kV线路杆塔—导线—绝缘子的塔线三维电场仿真模型,研究优化750 kV复合绝缘子均压环的结构参数,并对均压环的均压效果进行了分析。计算结果表明,均压环可显著地改善绝缘子电场分布,高压端均压环表面的最大电场强度控制在20 kV/cm以下,可见电晕和无线电干扰试验的结果表明,高压端金具和均压环的起晕电压、无线电干扰水平均符合国家标准或规程要求,设计的均压环能够满足750 kV输电线路对复合绝缘子的使用要求。研究结果为750 kV输电线路外绝缘设计提供了有益的参考。     

Development of new‐type outdoor termination using composite insulator with SF6 gas: Commercial use for 77‐kV transmission lines and development for 154‐kV XLPE cable

Recently, composite insulators have been increasingly employed mainly for economic reasons. We have developed a new type of outdoor termination using a composite insulator, which can be installed horizontally on a steel tower in order to reduce the construction cost. In this outdoor termination, SF₆ gas is filled in the composite insulator and a cold shrinkable premolded rubber unit is applied instead of the combined use of a rubber‐molded stress relief cone, epoxy resin insulator and spring unit. The application of the composite insulator, SF₆ gas and cold shrinkable premolded rubber unit reduces the total weight and makes it possible to install the termination horizontally on the tower. The new‐type outdoor termination for 77‐kV XLPE cable has already been applied in commercial use and enabled a reduction of the construction costs for power transmission lines. A 154‐kV new‐type outdoor termination has been developed and its initial electrical tests were successfully completed. This paper describes the design and performance of both 77‐kV and 154‐kV new‐type outdoor termination, and a follow‐up survey of the 77‐kV new termination in a commercial use. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 159(4): 18– 26, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20511     

交流500kV复合绝缘子内部缺陷对轴向电场分布的影响

复合绝缘子的芯棒和护套间的胶接界面贯通于绝缘子两端,是内绝缘的组成部分。一旦芯棒和护套粘接不紧密,在界面形成的间隙将畸变周围电场分布,高场强的长期作用将对芯棒机械性能造成影响。为了研究界面缺陷对电场分布的影响,以南方电网某交流500kV线路复合绝缘子断裂事故为研究对象,应用有限元分析软件ANSYS建立了该断裂复合绝缘子的整体模型和子模型,计算了芯棒表面存在缺陷时的电场分布。结果表明:气隙处电场强度增大,但不足以引发局部放电。水分渗入后,缺陷尺寸足够大时电场强度将会超过空气的击穿场强,导致局部放电,进一步加速界面粘接性的劣化;护套破损后内部芯棒暴露,芯棒蚀损使得机械性能降低,最终将引发断裂掉串。     

500 kV复合绝缘子横向覆冰现象有限元分析

雨凇覆冰严重影响输电线路的安全,绝缘子上的冰棱会导致其电场与电位分布的恶化。为探究绝缘子覆冰横向增长现象对绝缘子沿面电场电位的影响,利用ANSYS仿真软件,建立500 kV复合绝缘子覆冰有限元模型。根据输电线路现场与实验室中绝缘子覆冰出现的冰棱横向增长现象,在仿真模型中改变冰棱长度、角度、位置以及横向竖直冰棱同时出现等情况,对比分析不同工况下各覆冰形态对复合绝缘子电场电位分布的影响。仿真分析表明：雨凇条件下,覆冰横向增长冰棱长度、位置的改变对复合绝缘子沿面电位电场分布的影响较小;随着冰棱铅垂角度减小,复合绝缘子沿面电场电位分布畸变增大,竖直覆冰对复合绝缘子沿面电场电位分布起主要影响。     

750kV同塔双回紧凑型线路均压环的优化研究

输电线路玻璃、瓷绝缘子及复合绝缘子串均存在高压端绝缘子电位差过高的问题,尤其对于紧凑型线路,由于三相导线布置于同一塔窗内,绝缘子电压分布不均匀的问题更加突出。为了改善紧凑型线路绝缘子串电位分布,将优化计算与试验相结合,对紧凑型线路上相、下相导线侧不同参数的瓷绝缘子均压环进行了电晕试验和电位分布测量,获得了不同均压环的电晕特性和相应的电位分布图。试验结果和计算吻合,表明增大均压环管径、提高上扛位置可以改善紧凑型线路绝缘子串电位分布。     

1 000kV交流特高压输电线路用玻璃绝缘子串电压分布特性的研究

采用三维有限元法分别计算了1 000 kV特高压输电线路用玻璃绝缘子串在加装均压环和不加装均压环时的电压分布规律,分析了均压环抬高距对绝缘子串电压分布的影响,提出了减小绝缘子串电压分担率的合理设计措施.     

交流1000 kV同塔双回输电线路复合绝缘子电场分布

1000 kV同塔双回输电线路直线塔每回三相竖直排列,相间距离较小,且杆塔横担对相与相的屏蔽作用较弱,导致三相之间影响较大,从而使其电场分布具有与单回线路不同的特性。鉴于此,运用3维有限元方法,针对1000 kV单回和同塔双回输电线路直线悬垂塔,仿真计算了复合绝缘子及其均压环的电场分布。计算结果表明,在悬挂相同复合绝缘子、导线和相关金具的条件下,同塔双回线路绝缘子及其均压环的电场分布比单回线路畸变严重,复合绝缘子上场强高出约22.6%,均压环表面场强高出约15.4%,因此同塔双回线路在设计和试验时须考虑三相间的影响因素。     

330 kV绝缘子串电压分布和屏蔽环位置的优化

为计算330kV线路绝缘子串电压分布和优化屏蔽环的位置,建立了考虑屏蔽环、分裂导线、杆塔、联板、悬垂线夹和其它连接金具的三维静电场有限元模型。计算并讨论了带和不带屏蔽环、带和不带联板的绝缘子串电压分布以及屏蔽环位置变化对电压分布的影响。结果表明,导线和杆塔侧绝缘子承受较高电压,屏蔽环可有效改善其附近绝缘子上承受的电压,理论上有一最优位置;导线侧金具对电压分布影响较大,计算模型中应考虑。     

Optimization on the internal insulation system of gas‐insulated bushing for 1100‐kV GIS based on multiobjective optimization method

In this paper, we first study the voltage and electric field distribution characteristics under the basic lightning impulse level (BIL) of 2400 kV by finite element method (FEM) calculation which are affected by the internal shielding structure of the gas‐insulated bushing for the 1100‐kV gas‐insulated substation (GIS). On this basis, four parameters of the shielding structure are determined to be the decision variables in the optimization process. Four electric field objective functions and four potential objective functions are also proposed. Using a multiobjective optimization method, we then construct an evaluation function with the eight objective functions mentioned above, which are used to evaluate the electric field and potential distribution synthetically. Furthermore, a combination of FEM and the evolution strategy is used to construct the stochastic optimization objective function with the multiobjective evaluation function. The electric field and potential distribution of the gas‐insulated bushing are greatly improved after optimization, and the electric field strength at key spots is effectively reduced. The insulation system of gas‐insulated bushing for 1100‐kV GIS designed by this method has passed type tests and worked well nearly 3 years. So, this optimization provides a constructive method and useful basis for the design of gas‐insulated bushings for 1100‐kV GIS and other electrical equipment. © 2013 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

合成绝缘子串电压分布计算和屏蔽环位置优化

将有限元法用于500 kV线路合成绝缘子串上电压分布计算,计算结果用于屏蔽环位置的优化。建立考虑屏蔽环、分裂导线、横担的三维静电场模型,探讨并选取模型合适的外边界长度。计算并对比两个屏蔽环多个位置组合的电压分布,选取最优的位置组合。     

特高压交流线路Y型复合绝缘子串静电场分布

通过建立理想条件下特高压双回输电线路Y型复合绝缘子串的三维静电场有限元分析模型,计算了Y型绝缘子串和均压环表面电场分布。分析了串长比例、V串部分夹角和单双联串型对绝缘子串和均压环电场分布的影响。研究结果表明,串长比例和夹角对跑道型均压环和复合绝缘子表面电场强度最大值的影响与导线到上横担的距离密切相关。仅从静电场角度分析,建议串长比例为4 m/5 m(I部分/V部分),相比初设参数2 m/7 m,跑道环表面最大电场强度降低了1.6%,复合绝缘子降低了3.5%,相同串长位置(2 m)处承担电压降低了13.2%;鉴于夹角变化时均压环和复合绝缘子表面最大电场强度变化都在2%以内,建议夹角保持初设参数105°;单联Y型串各部分最大电场强度均小于双联Y型串,其中I串大环达8.7%,复合绝缘子21.9%,串型选择建议采用单联Y型串。     

基于220kV耐张复合绝缘子串优化设计的研究

220kV耐张复合绝缘子双串在沿海一些严重污秽地区得到了局部应用,但一直未得到大范围推广,主要是对耐张复合绝缘子双串在运行过程中发生机械性能下降或因内部缺陷导致断裂等问题存在疑虑。分别以2×LGJ-400/35型双分裂导线和1×LGJ-400/35型单导线为例,简要分析220kV耐张复合绝缘子串可行性,并进行优化设计,达到可偏转、安全强度高、少维护、免清扫。