户外1100kV GIL薄壁管壳结构柔性设计及温升形变试验研究

针对南阳站中国首台/套户外1 100 kV特高压气体绝缘金属封闭输电线路(GIL),文中首先介绍了户外特高压GIL管壳结构的几何构型特点和静力学服役特性;然后,结合相关行业标准,从弹性力学角度分析评述了户外特高压GIL管壳结构的柔性设计技术和应力强度分析理论,并梳理了南阳站户外特高压GIL管壳结构强度试验的不足之处;最后以南阳站1 100 kV户外GIL管壳结构为试验研究对象,于中国首次进行了基于温升应变的日照环境下户外GIL壳体结构的温升形变试验研究,并应用热应力和第三强度分析理论,分析评价了管线结构的温升形变和强度特性,为类似GIL管壳结构的柔性设计和静力学强度评价提供了相应的试验分析基础和技术指导。     

直流GIL绝缘子表面电荷研究现状与展望

绝缘子表面电荷积聚是制约直流气体绝缘输电线路(DC-GIL)发展的主要因素之一。针对目前表面电荷的产生、输运、积聚和消散机理的相关研究还存在较多不足之处。本文从表面电荷积聚机制、离子流场理论模型、表面态物理化学结构及其影响因素、SF_6气体空间中的离子种类以及电场强度和环境等对气体离子输运参数的影响等方面综述了直流GIL绝缘子表面电荷积聚机理研究的局限性和对策,并从固-气界面动态分析、环境友好替代气体在直流GIL中的应用等方面对未来直流GIL绝缘子表面电荷研究的重点进行了展望。     

1100kV GIS绝缘子固化过程应力分布仿真研究

为减小环氧树脂基复合材料绝缘子在固化过程中产生的残余应力,提升绝缘子力学性能,需对绝缘子复杂的固化过程进行研究。该文以实际的1100kV GIS盆式绝缘子为参照,通过有限元方法建立温度–固化–应力多物理场耦合模型。仿真模拟固化成型过程中盆式绝缘子的温度、固化度、应力分布,并分析三者的变化趋势以及相互影响关系。结果表明：在固化前期存在着剧烈的交联反应;降温阶段,中心嵌件附近产生的最大范式应力值为34.1MPa,离约束较远的区域附近应力值不超过5MPa;盆式绝缘子3个典型位置的温度、固化度、应力分布曲线说明,绝缘子固化产生的应力主要来源于固化阶段的化学收缩和降温阶段的冷缩效应产生的变形倾向被限制约束;二次固化工艺考虑了凝胶点,不仅在中心嵌件处减少约2MPa的残余应力,还兼顾了绝缘件的固化度水平和合适的生产周期。所得结果可为优化绝缘子的生产工艺提供理论指导。     

GIL击穿放电低频声场仿真

针对气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)耐压试验过程中击穿放电快速定位的要求,提出运用低频声场进行状态监测和故障定位的方法,为后续对GIL管廊进行声音异响监测、GIL管廊击穿放电定位提供理论依据。根据GIL管廊结构特点,建立有限长GIL管廊声学有限元模型,并设置无限长边界条件,用于模拟无限长GIL管廊中的声场分布。通过声模态分析、稳态频域声场分析、声源及背景噪声分析、瞬态时域声场分析,验证了运用低频声进行击穿放电定位的可行性和必要性。结果表明:击穿声50 Hz以下频率成分幅值要远大于风机噪声频率成分;在40 Hz以下频段,非声模态节点上的声压随距离的增加而减小。     

苏通GIL综合管廊工程

苏通GIL综合管廊工程是世界上首次在重要输电通道采用特高压GIL技术,电压等级最高、输送容量最大、输电距离最长、技术水平最先进,是特高压输变电技术领域又一世界级重大创新成果。GIL是气体绝缘金属封闭输电线路的简称,它将高压载流导体封闭于金属壳体内,注入数倍大气压力的绝缘气体,成为替代架空输电线路的紧凑型输电解决方案。     

直流GIL中线形金属微粒运动与放电特性研究综述

由于直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)具有传输容量大、电能损耗小、可靠性高和全寿命输电成本合理等优点,因此可在特殊环境下,如高落差、隧道和远距离大容量输电等场合替代架空输电线。而限制直流GIL在输电线路上大规模运用的一个重要原因就是自由金属微粒的干扰,因此有必要掌握自由金属微粒在直流电压下的运动和放电特性。文中总结了国内外关于直流电压下SF6气体中自由线形金属微粒运动与放电特性的研究,以期对工程建设和学术研究起到参考作用。首先介绍了线形金属微粒在直流电压下的受力分析及起跳电压计算模型;然后总结了线形金属微粒在GIL中可能的运动形式,以及当存在轴向不均匀电场时的运动情况;进而分析了线形微粒在直流电压下的电晕放电规律;最后,揭示了线形金属微粒对SF6气体间隙击穿的影响机制。     

高落差垂直竖井GIL隔室设置的研究

高落差垂直竖井GIL隔室设置主要考虑因素是压力差,隔室压力差可用气体静气柱理论计算。通过对工程设计研究和理论计算表明:纯SF6气体的隔室高度不宜超过250m,SF6混合气体压力差较小,对隔室高度影响较小;因压力差的影响,对高落差垂直竖井GIL应规定两个充气压力;考虑温度差是压力差的主要影响因素,应重视竖井通风设计。     

220kV GIL漏气原因分析

介绍海南核电1号机组G1L（Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line）气体绝缘金属封闭输电线路两起漏气故障处理情况,通过对两起漏气故障分析,指出了现场安装工艺不良是导致GIL漏气问题出现的主要原因。针对目前GIL施工安装作业存在的隐患,提出建议的解决方案。     

复合绝缘子在耐张串上的使用

总线了国内外复合绝缘子耐张串中的使用情况后分析了耐张串中使用绝缘子的受力情况。针对复合绝缘子受弯曲应力易变形的特点,对其进行了弯曲疲劳、大曲和振动试验,结果表明在振动、反复弯曲、大屈曲条件下复合绝缘子性能不会劣化。综合已有运行经验和试验结果认为复合绝缘子可在耐张串中使用。     

220 kV复合绝缘子机电性能试验研究

复合绝缘子的电气及机械性能是复合绝缘子能够长期可靠运行的保证。笔者抽取了11支在东北地区挂网运行不同时间的220 kV复合绝缘子,利用工频试验变压器、冲击电压发生器和机械拉力机分别进行了自然污秽闪络、人工污秽闪络、50%雷电冲击闪络、50%机械负荷耐受和机械破坏负荷等性能测试。结果表明:复合绝缘子的电气性能仍然处于较高水平,污闪电压和雷电冲击闪络电压与运行时间没有明显关系,与绝缘子结构高度成正比关系,早期楔式结构的复合绝缘子机械性能下降明显,且160 kN吨位复合绝缘子机械强度降至额定负荷以下,建议有关部门密切关注复合绝缘子机械性能的下降,采用定期抽检的方法避免事故的发生。     

盐雾环境下瓷及复合绝缘子积污特性模拟研究

盐雾环境下的污秽物具有较高的可溶盐含量,可造成绝缘子绝缘性能下降,进而危及电力系统的安全运行.以XWP2-160型瓷双伞绝缘子和FXBW-110/120-2型复合绝缘子为研究对象,基于场致荷电机理,利用多物理场耦合软件COMSOL对其积污特性进行数值模拟,探索了盐密ESDD的计算方法,并验证了其合理性.利用该方法研究了盐雾环境下风速、雾滴粒径、电压类型对瓷及复合绝缘子积污特性的影响,分析了污秽沿绝缘子伞裙的分布规律.结果表明:复合绝缘子的积污量大于同条件下瓷双伞绝缘子积污量,盐雾环境频发地区可优先考虑瓷双伞绝缘子;直流电压下,瓷及复合绝缘子的积污量增长趋势均与风速、粒径呈正相关;复合绝缘子积污量沿伞裙近似呈U型分布,瓷双伞绝缘子积污量沿伞裙近似呈M型分布,且风速越大分布趋势越明显.     

带电检测合成绝缘子故障的试验研究

叙述了运行中合成绝缘子环氧玻璃纤维芯棒内部及芯棒与护套界面上电致碳痕故障的发生和发展过程。在实验室进行的模型试验研究以及对一些早期运行的合成绝缘子故障的分析,说明了这种故障存在的可能性。采用电场分布测量的方法可对这类故障进行在线检测。介绍了故障绝缘子轴向电场分布的计算结果和特点,并给出了实验室检测试验的结果。     

强风区复合绝缘子伞裙撕裂研究

复合绝缘子相关技术的研究与进步推动了我国特高压输电线路的建设和发展,对复合绝缘子的制造工艺、材料、试验方法、老化问题、机械性能、脆断、伞裙结构等方面的研究一直是高电压绝缘领域的重点。复合绝缘子的伞裙破坏问题是强风灾害下出现的新问题,无相关研究成果见诸报道,在IEC和国家标准中尚未有针对性的条项。利用风洞试验和模拟仿真,揭示强风时流体与复合绝缘子伞裙作用过程,阐释复合绝缘子伞裙的破坏机制。研究发现,在风速高于35 m/s时,试验使用的复合绝缘子伞裙将发生高频大幅振动,导致伞裙根部发生严重的应力集中,在周期循环载荷作用下,伞裙根部长期处于应力疲劳状态,伞裙根部出现微裂纹,进而扩展为深度裂纹,贯穿伞裙根部最终导致伞裙撕裂问题。     

合成绝缘子材料的TSC试验研究

通过采用热刺激电流法对合成绝缘子材料进行热刺激电流(TSC)的探索性对比测试,力图探索热刺激电流法在评价合成绝缘子特性中的应用可能性.文中对比了同一厂家的两批合成绝缘子试样的TSC特性,初步的试验发现,新旧合成绝缘子之间的TSC测试结果是明显不同的,结合试样的憎水性试验以及微观结构的分析,表明TSC测试结果在一定程度上能够与合成绝缘子材料的老化联系起来.通过深入系统的研究合成绝缘子的TSC特性和合成绝缘子材料的老化特性之间的关系,将能够为合成绝缘子老化特性及老化程度的评价提供新的方法.     

复合绝缘子内部缺陷的超声相控阵检测的仿真研究

利用超声相控阵对高压输电线路中复合绝缘子内部缺陷的带电检测,分辨率高、检测速度快,为了了解相控阵超声检测复合绝缘子内部缺陷的性能,优化相控阵超声探头参数和扫查方法,利用Field-Ⅱ进行仿真,研究了对相控阵超声探头声场分布,以及复合绝缘子超声相控阵检测中单焦点扫描、动态聚焦扫描、幅度变迹技术对成像质量的影响,根据仿真结果,选取了合适的相控阵探头参数及扫描方式,为超声相控阵仪器的设计提供了依据。     

中国输电线路复合绝缘子运行状况分析

复合绝缘子在中国已有20多年的运行历史,笔者针对中国18个省市运行年限在5-21 a的复合绝缘子的抽样检测情况,统计分析了复合绝缘子机械、电气性能与配方和运行环境及年限的关系。结果表明,复合绝缘子的电气性能与生产工艺有关,与运行时间无关,机械性能具有一定分散性,早期楔式结构试品的机械性能有所下降。     

高压复合绝缘子用GFRP材料吸湿特性及湿应力分布数值模拟

在我国南方长期高温高湿环境下,外界水分逐渐侵入复合绝缘子芯棒内部,会造成芯棒酥朽劣化甚至会使整支绝缘子断裂,因此准确模拟及分析水分入侵过程对于解决此类问题至关重要。该文仿真计算外界环境温度分别为10℃、20℃和30℃,相对湿度为90%下高压复合绝缘子用玻璃纤维增强环氧树脂（GFRP）材料的瞬态吸湿扩散过程及材料内部的湿应力变化情况。结果显示,水分在GFRP材料内部的扩散过程满足Fick定律,且吸湿扩散率和饱和吸湿率均随环境温度的升高而有所增大;在GFRP材料内部纤维分布密集处和纤维-基体界面处存在较大的湿应力和湿失配应力,且其与吸湿量正相关。当饱和吸湿率在0.008%～0.4%时,材料内部最大湿应力可达到48.07～66.06MPa。进一步研究分析得出,材料内部吸湿和脱湿周期性循环且湿应力水平较高的情况下,易产生微裂纹、微孔洞、纤维-基体界面脱粘开裂等缺陷,并进一步促进材料的吸湿。该文将计算值与已有文献中的试验值进行比较,相对误差在±5%以内,验证了模型的合理性和计算结果的正确性。研究结论对揭示复合绝缘子芯棒酥朽断裂机理、提高复合绝缘子使用寿命具有重要的参考价值。     

新型复合GIL/GIB温升模型仿真计算

气体绝缘复合管道输电线路(简称复合GIL/GIB)是一种新型输电技术,其复合壳体是在金属材料内衬层表面缠绕一定厚度的质量轻、成本低、耐腐蚀性强的复合材料层而形成的。针对新型复合GIL/GIB的温升问题,建立了其温升模型,将电磁场、流体场、温度场进行耦合仿真求解。考虑了温升模型的热平衡状态以及相关材料物性参数的温度效应,将仿真结果与实际温升试验测量结果比较,总结得出了相关的结论,从而为复合GIL/GIB的设计、制造及工程应用提供一定的理论依据。