嵌入局放探测器的252kV盆式绝缘子可靠性评估

文中首先完成了252 kV盆式绝缘子嵌入局放探测器后的模型构建,然后基于ANSYS软件的静电场分析模块和受力分析模块完成了含和不含局放探测器的2种252 kV盆式绝缘子的电场计算分析和受力分析。通过计算分析比较,能够确认252 kV盆式绝缘子嵌入局放探测器后,其电场分布较未加金属探测器时更加均匀,而其受力也在许可范围内。因此,252 kV盆式绝缘子中嵌入局放探测器是可行的。     

1100kV盆式绝缘子研制开发

在气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中,盆式绝缘子起着隔离相邻气室、支撑导体及绝缘的重要作用,研制开发高参数、高性能的1 100 k V盆式绝缘子是保证1 100 k V特高压GIS安全可靠运行的基础。详细介绍了所研制开发的1 100 k V盆式绝缘子的设计特点;应用有限元分析计算软件对其绝缘性能和机械性能进行了详细的计算分析,计算结果表明:接地屏蔽环可以有效降低其三交区电场强度。介绍了1 100 k V盆式绝缘子的浇注工艺。该1 100 k V盆式绝缘子在产品质量检测中心顺利通过了整套型式试验,其雷电冲击耐受水平高达2 880 k V,爆破压力最低达3.15 MPa,最高达4.0 MPa,验证了其绝缘性能及机械性能的高可靠性。     

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。     

252kV GIS盆式绝缘子金属法兰开孔的电场分析及优化设计

为检测GIS内局部放电特高频信号,需在盆式绝缘子金属法兰开孔处设置局部放电传感器,而金属法兰开孔会对盆式绝缘子表面及开孔处电场强度产生一定影响。笔者应用有限元分析软件ANSYS对三相分箱式252 kV GIS中盆式绝缘子电场强度进行了仿真计算,研究金属法兰开孔尺寸大小和结构对盆式绝缘子表面和浇注孔表面电场强度的影响。仿真结果表明,浇注孔结构对盆式绝缘子表面电场强度影响显著,金属法兰开孔大小对盆式绝缘子表面电场强度影响较小,经过优化后的小尺寸浇注孔绝缘子表面电场强度最大值比无浇注孔时高出3.21%,达到了预期目标。     

1100kV气体绝缘开关设备用盆式绝缘子中心嵌件结构设计EI北大核心CSCD

为改善1 100 k V GIS用盆式绝缘子的机械性能,在现有盆式绝缘子中心嵌件结构(结构A)的基础上,重新设计了B、C 2种结构,对其进行了界面力学仿真和水压试验;并仿真计算、分析了其绝缘性能。结果表明,B、C 2种结构均能显著提高盆式绝缘子水压破坏强度值、减小分散性。但结构C的绝缘裕度较低,个别三交区位置的电场强度已经超出了许用值。因此,综合考虑机械和电气性能,宜优先采用结构B的盆式绝缘子。     

1100kV气体绝缘开关设备用盆式绝缘子中心嵌件结构设计

为改善1 100 k V GIS用盆式绝缘子的机械性能,在现有盆式绝缘子中心嵌件结构(结构A)的基础上,重新设计了B、C 2种结构,对其进行了界面力学仿真和水压试验;并仿真计算、分析了其绝缘性能。结果表明,B、C 2种结构均能显著提高盆式绝缘子水压破坏强度值、减小分散性。但结构C的绝缘裕度较低,个别三交区位置的电场强度已经超出了许用值。因此,综合考虑机械和电气性能,宜优先采用结构B的盆式绝缘子。     

GIS盆式绝缘子均压环特高频接收特性研究

随着带屏蔽环式盆式绝缘子的大量应用以及设备尺寸的不断小型化,气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)局部放电特高频法(ultra-high frequency method,UHF)传感器的使用受到了极大限制,局部放电UHF检测日渐困难。针对该问题,以盆式绝缘子均压环作为UHF天线,测试环形天线(盆式绝缘子均压环)接收特性与局部放电视在放电量、传感器位置、传感器接地方式等因素的关系,并比较分析了各种UHF传感器的频率响应特性。结论认为,GIS盆式绝缘子均压环具有良好的UHF接收性能,用其作为UHF天线进行GIS内局部放电测试是可行的。     

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。     

三相共箱GIS盆式绝缘子三维电场的计算分析

应用模拟电荷法以 1 1 0 k V三相共箱式 GIS中盆式绝缘子结构为例 ,对其三维电场分布进行了计算 ,并根据气体放电理论对该结构进行了绝缘校核。通过对数值计算结果分析 ,印证了该结构进一步改进尺寸的可行性。并为工程实际 GIS内盆式绝缘子结构绝缘配合的设计提供了必要的数据和理论支持     

UHF传感器GIS局部放电检测特性的实验研究

文中搭建了252 k V GIS局部放电实验平台,采用内置式、外置式UHF传感器以及自主研制的利用盆式绝缘子内部均压屏蔽环的抽取式环形UHF传感器,实验研究不同传感器的频率响应特性和在高压导体金属尖端、悬浮电位、盆式绝缘子边遗留金属垫片和自由金属颗粒等4种典型绝缘缺陷下的检测特性,并探讨了不同电压下局放的发展规律。结果表明,内置式、外置式和抽取式环形UHF传感器的检测频段分别在1.5 GHz以下、500 MHz至1.5 GHz、1 GHz以下,且抽取式环形UHF传感器在400 MHz左右其灵敏度最高。不同绝缘缺陷的局放检测结果表明,按PRPD谱图和放电严重程度,高压导体金属尖端可分为负电晕主导、正负电晕并存、正电晕主导以及"兔耳状"阶段,认为尖端附近空间电荷在阶段转变过程中起主要作用;悬浮放电逐渐由"尖端放电阶段"转变至放电幅值、密度及相位对称的典型悬浮式放电;盆式绝缘子边遗留金属垫片将由初始类悬浮放电转变至临界闪络状态;自由金属颗粒则可分为"跳动"、"舞动"和"滑移"阶段,放电主要集中在过零点附近。高压导体金属尖端、悬浮电位和自由金属颗粒缺陷的检测灵敏度为内置式传感器最高,外置式传感器最低,而对于盆式绝缘子边遗留金属垫片缺陷则是抽取式环形UHF传感器的灵敏度最高。     

基于数值仿真与多源聚类的GIS局部放电诊断与回归分析

为了更有效地指导GIS设备的状态检修工作,基于时域有限差分(FDTD)法仿真与多局部放电(简称局放)源聚类方法,诊断分析了一起1 100 kV气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子局放检测案例。首先,开展了现场与返厂试验下的GIS局部放电带电检测与定位,建立了与返厂测试工装结构相应的FDTD仿真模型,结合特高频(UHF)电磁波传播特性仿真,开展了多源局放定位技术研究。其次利用基于累积能量函数特征参量优化提取的多源局放分离算法,对该盆式绝缘子多UHF信号源开展了聚类分析;最后,利用GIS实验平台的回归模拟进一步分析了绝缘缺陷的检测差异性,验证了现场和返厂试验结果。试验结果表明:该特高压GIS盆式绝缘子检测发现的UHF谱图呈绝缘气隙类缺陷,但脉冲电流法下局放未见异常。局放聚类分析和定位结果表明:该盆式绝缘子一大一小2个UHF信号源,结合仿真的定位方法可有效减小常规定位计算方法的误差。回归分析表明:对于绝缘缺陷来说,UHF的灵敏度高于脉冲电流法,且随着试品电容量的增大,脉冲电流法的测试灵敏度逐渐下降,这可能是导致本盆式绝缘子中UHF信号与脉冲电流法检测差异的主要原因。研究结果可为GIS局部放电诊断提供参考。     

GIS中盆式绝缘子沿面放电的新特征气体CS_2

盆式绝缘子沿面放电是气体绝缘组合电器(GIS)的主要绝缘故障形式。为监测盆式绝缘子的绝缘状况,研究GIS内环氧树脂固体绝缘介质发生沿面放电情况下SF6特征分解产物的变化规律,在小型模拟平台上试验发现,CS2是盆式绝缘子沿面放电时SF6气体生成的产物,并在110 k V GIS母线段实体绝缘子沿面放电试验中得到验证。用B3P86量子化学理论计算方法,得出了SF6在盆式绝缘子沿面放电条件下CS2的产生途径和能量条件。试验与理论计算结果表明,盆式绝缘子等固体绝缘介质发生沿面放电时GIS的内部发生复杂的化学反应,会有多种途径生成CS2,且由盆式绝缘子等环氧树脂介质表面炭化后提供碳源。CS2是一种可用于GIS中盆式绝缘子沿面放电故障诊断的特征气体。将CS2作为特征气体应用于生产实际检测,成功发现多起运行中的GIS涉及盆式绝缘子沿面放电导致绝缘损坏的潜伏性缺陷。     

基于超声导波的盆式绝缘子缺陷检测及定位

盆式绝缘子作为气体绝缘封闭组合开关设备(GIS)的重要部件,其结构健康对电网的建设有着重要影响。为降低GIS故障率,首先分析了盆式绝缘子的损伤原因,对比了针对其缺陷常用的检测方法,提出了利用超声导波技术对盆式绝缘子的内部气泡、外部附着物及裂纹等缺陷进行检测及定位的方法。并进一步分析了兰姆(Lamb)波在盆式绝缘子中的传播特性,绘制出频散曲线,确定了激励信号的频率,同时通过有限元仿真和检测试验对盆式绝缘子缺陷的检测和定位进行了研究。研究结果表明,采用谐振频率为100 k Hz的压电传感器在盆式绝缘子中激发出Lamb波,并通过压电传感器阵列进行接收。通过比较不同传感器接收信号幅值的衰减率,可以对盆式绝缘子的缺陷进行检测和定位。     

GIS用盆式绝缘子绝缘能力提升研究

以提高盆式绝缘子绝缘能力为出发点,对盆式绝缘子放电现象及电场强度进行仿真,研究了沿面爬距对盆式绝缘子绝缘能力的影响,并对盆式绝缘子进行了优化改进.新设计的盆式绝缘子可以改善凹面侧绝缘能力弱于凸面侧情况,提出将沿面合成场强纳入绝缘能力考核范围,经对优化后盆式绝缘子进行绝缘试验验证,结果表明绝缘性能优异.     

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。     

252kV高压套管绝缘结构优化设计

220k V电网是我国的重要网架,252k V高压GIS设备是保证其安全可靠运行的关键设备。高压套管是GIS的重要组成部分。优化设计252k V高压套管,对于保证252k V GIS安全可靠运行具有重要意义。采用有限元电场分析计算方法优化设计252k V高压套管的绝缘结构,优化其屏蔽罩端部单R形状为多R圆弧过渡,优化后其上电场强度降低12.5%,优化后的252k V高压套管顺利通过了整套绝缘型式试验。     

252kV GIS用支柱绝缘子绝缘能力提升研究

为提高252 k V GIS共箱母线用支柱绝缘子绝缘能力,对绝缘子沿面电场和内部电场进行计算分析,研究了支柱绝缘子爬裙对沿面电场的影响,并对绝缘子进行优化设计,投制优化后的结构并进行绝缘试验验证,验证了优化设计的合理性,提升了支柱绝缘子绝缘能力。     

高压交流盆式绝缘子电热场模拟与绝缘事故分析

盆式绝缘子广泛应用于高压组合电器(GIS)设备中,是实现中心导体与接地法兰间电气隔离的重要绝缘件。论文试验分析了盆式绝缘子用材料的绝缘性能,并通过电热耦合分析流程获取了盆式绝缘子的电热场分布,计算得到了最热点温度与载流量之间的关系。应用理论模型获取了盆式绝缘子的发热曲线,并用该曲线对盆子绝缘事故进行了分析。研究表明:盆子本体材料绝缘性能参数与温度具有较为显著的非线形关系;基于有限元法(FEM)的涡流场和谐波场分析方法能有效计算工频条件下中心导杆和盆子本体的发热;电场强度最大值出现在盆子与中心导体交界面处,其值为6.033 MV/m;且温度最高点位于盆子中心导体侧附近,其值为82℃;当载流量高于1.5倍额定值时,出现了温度骤然上升的热击穿现象。论文提出的电热耦合计算流程为盆式绝缘子设计方案的电热性能校核提供了途径,同时可为其现场维护及事故分析提供一定的理论指导。     

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。     

结构缺陷下GIS盆式绝缘子应力分布特性研究

盆式绝缘子是GIS的重要组成部件,在异常受力时可能导致结构缺陷的产生和发展,甚至造成严重的事故。为了研究盆式绝缘子在不同工况下的力学性能,采用有限元软件Ansys对252 k V盆式绝缘子正常及带有典型缺陷情况下的应力应变分布情况进行仿真计算,并对正常盆式绝缘子水压试验的应变分布进行测试,与仿真结果进行了对照。结果表明,盆式绝缘子仿真得到的应力分布与水压试验结果相吻合,验证了仿真结果的准确性。此外,存在结构缺陷时,绝缘子最大应力超过正常状态的2倍,且表面缺陷的危害程度大于内部缺陷。