基于有限元分析的GIS母线筒温度场分布研究

利用ANSYS/EMAG软件对建立的某110 kV室内GIS开关变电站直筒型和T型结构的GIS母线筒三维实体模型进行分析。分别得到在对称、不对称三相电流情况下GIS母线筒内磁场强度分布及母线筒外壳感应电流密度分布,并对其电能损耗进行了定量计算。利用ANSYS中FLUID142单元对其母线筒内流场、温度场进行了数值仿真计算。通过求解计算给出了GIS母线筒内母线导体温度分布情况、母线筒壳体温度分布情况以及内部SF6气体流场分布情况。为验证温度场计算结果的准确性,测量了GIS母线筒在不同运行工况下母线筒温度场分布情并与仿真结果进行比较。     

X射线数字成像在GIS装配检测中的应用

GIS设备导体连接触头的间隙过大容易引发故障。在SF_6气体压力下,GIS设备壳体在安装过程中容易发生偏移,导致导体触头之间的间隙发生变化。本文针对某新建220 kV变电站出现的GIS设备壳体偏移问题,利用X射线数字成像技术对壳体内部进行透视检测。通过X射线影像分析了壳体偏移对母线导体连接触头间隙的影响,检测结果表明:壳体位移量在波纹管的作用下均匀分布于各个触头连接处,使触头间隙尺寸满足设计要求。     

基于场路耦合的超高压GIS母线温度场研究

超高压GIS母线发热的最高点主要出现在触头、触指部位。运用有限元方法,建立了带有触头、触指的550kV GIS母线三维电磁场-流场-温度场耦合有限元求解模型。将触指进行合理简化,计算了母线导体、触头、触指等各部位元件的功率损耗,并将其作为发热源,耦合至流场-温度场求解模型,计算出母线温度场分布。将计算结果与温升试验数据对比,触头温度误差在0.3%,导体温度误差在1.04%,外壳温度误差在4%,证明了触指简化模型的合理性与正确性,对GIS母线设计以及触头、触指的温度场仿真具有指导意义。     

GIS内部过热工程仿真技术研究

为获取GIS过热缺陷下内部导体的温度分布,建立了252 kV三相分箱GIS母线筒三维电—磁—热—流多物理场耦合模型。利用Ansys Maxwell 3D模块计算获得GIS的功率损耗,将功率损耗作为热源导入Ansys Fluent模块进行热流耦合计算,获得温度分布。基于壳体表面温度分布的试验数据对仿真模型参数进行修正后,壳体和内部导体表面温度分布仿真数据和试验数据高度吻合。最后,通过不同工况下GIS内部导体和壳体表面温度分布试验数据验证了模型的适用性,为已知壳体温度计算获取内部导体温度奠定了基础,具有重要的工程应用价值。     

三相GIS母线损耗发热的电磁场-流场-温度场计算分析

为深入研究三相气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,简称GIS)母线筒的损耗发热问题,运用有限元方法,建立了该类母线损耗发热的电磁场-流场-温度场综合求解模型,在综合考虑集肤效应、涡流损耗、气体流动、以及重力等多种因素影响的基础上,计算分析了该类母线的热源和温度分布规律。结果表明:GIS母线电流和损耗的分布都体现出集肤效应。对于水平放置的三相GIS母线,当三相电流对称时,上方母线导体温度高于下方母线导体,金属外壳的最高温度出现在离上方导体较近的上部壳体,且上方导体附近的气体等温线分布也呈现较为明显的S状弯曲,而位于下方导体周围的气体,其等温线扭曲程度相对较小。当电流对称性遭到破坏,则损耗和温度分布的对称性不复存在。     

252 kV三相共箱GIS母线壳体温度场分布特性研究

气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)在电力系统中应用广泛,其内部触头过热会引发重大事故,因此研究其温度场分布特性具有重要意义。文中设计了252 kV GIS温升实验平台,通过实验获得了GIS母线导体、SF6气体和外壳部位的温度分布情况。针对上述实验平台建立了GIS三维物理模型和数学模型,基于有限元分析法对上述实验获得的GIS母线壳体温度场分布规律进行了仿真佐证。研究结果表明,在GIS壳体内部靠上区域,SF6气体温差较小,梯度不明显,而在GIS壳体内部下方区域,SF6气体温度呈明显的梯度分布;靠近壳体的SF6气体温度和壳体温度趋于一致;对于外壳,其顶部和侧面温差不大,底部温度最低,沿着圆周方向从顶部到底部温度逐渐降低。上述研究可为揭示GIS内部温度场分布特性和确定温度感知最灵敏位置提供一定的指导意义。     

一起220 kV变电站126 kV GIS母线故障原因分析

针对某220 kV变电站126 kV GIS母线故障进行SF6气体分解,根据解体及试验结果分析事故原因,并制定相应措施。结果表明,126 kV GIS电流互感器导体与连接触座接触不良,导致发热拉弧,最终对地放电是本次故障的直接原因,触指弹簧质量问题为间接原因。为避免同类型故障再次发生,对GIS设备出厂、现场安装及运行维修等提出建议及措施。     

单相共筒式SF6气体绝缘装置母线温度场计算

以4 kA单相GIS母线为研究对象,根据发热机理通过建立数学模型分析了该GIS母线的温度场分布;建立有限元模型计算母线的涡流损耗,并将损耗结果间接耦合至温度场与流场.分析结果显示,在单相GIS母线中温度场呈对称分布,最低温度出现于外壳底部,最高温度出现在母线导体顶端,导体正上方位置SF6气体流速最高,导体下方流体流速接近于零.仿真结果与实验室数据的对比验证了计算的准确性.最后,模拟故障情况,分析了不同接触电阻情况下母线外壳温度分布的变化状况,为GIS母线温度在线监测提供了参考.     

某126 kV GIS运行中产生振动异响的分析和解决方案

随着GIS在中国电网中的普遍应用,变电站现场出现了较多的GIS振动异响现象。振动异响现象往往由装配不良、局部放电等原因所引起。此外,还有一种振动异响会随着GIS不同的运行状态而时强时弱地变化。文中对出现这种振动异响的某126 kV GIS进行了壳体振动频率、加速度的现场测量,计算了母线壳体和母线导体的固有频率,对产生原因进行了分析,并提出了简便易行的解决方案。     

一起由内部异物引起的330kV GIS母线放电故障分析

针对一起330 kV GIS停电检修后在母线充电过程中发生导体对壳体放电的故障,通过外观检查、电气试验、气体检测、解体分析、返厂检测、仿真计算等方法,结合建设安装时的情况,综合判断故障原因是母线筒内部本身存在异物,母线充电后异物在电场力等综合力的作用下发生运动位移,最终运动至盆式绝缘子附近造成导体屏蔽罩对壳体法兰气隙击穿放电。并针对后续设备运维工作提出了建议措施。     

双隔离断口GIS功能模块仿真计算及试验验证

可实现GIS不停电扩建和耐压功能的双断口隔离开关(DDS)采用非标准结构的断口型式,为了验证这种特殊结构是否满足实际运行工况,文中通过Ansys有限元软件,建立双断口隔离开关机、电、热3D仿真模型,开展双断口隔离开关机械强度、绝缘强度、载流能力的仿真计算,并以双断口隔离开关真型样机开展绝缘试验、温升试验、动热稳定试验、机械寿命试验、高低温试验、母线转移电流试验、壳体水压试验。研究结果表明:壳体最大主应力为235.08 MPa,盖板最大等效应力为114.86 MPa,均小于许用应力;双断口隔离开关各部件场强均低于允许场强,并有一定裕度;滑动连接部分最大温升为56.5 K,壳体温升为17.3 K,内部导体和壳体温升均满足要求;试验结果验证了仿真计算的正确性。双断口隔离开关已应用于±800 kV东方换流站220 kV GIS的6个备用扩建间隔,设备运行良好。     

光纤复合导线在110～220kV输电线路上的研究与应用

文章对110 kV、220 kV高压输电线光纤复合导线（OPPC）进行研究与应用,将先进的光纤通信、传感测温技术与输电技术进行高度融合和集成,研发了具有自主知识产权的光纤复合导线、接头盒及相关金具,利用光纤光栅传感器测温实现了实时温度在线监测功能,为输电线路状态监测、动态增容提供了新的技术手段.解决了OPPC复合导线光纤的T接分光信号接入问题,实现了全线信息接入,为线路智能化管理奠定了基础.解决了大长度、大截面光纤复合导线制造、运输、施工等难题,实现了光纤复合导线在110 kV与220 kV输电线路挂网应用.     

基于外壳热分布的气体绝缘母线温度计算模型

气体绝缘母线在运行过程中负荷电流和外壳涡流将引起设备发热,其温升特性是表征气体绝缘母线运行状态的重要指标。文中基于传热学原理和热电类比法,将126 kV/2 kA户内型三相共箱式气体绝缘母线内部传热过程等效为一个简单的集总参数热路,考虑导体热容、接触电阻、导体和外壳换热系数以及分别与SF_6气体之间的非线性热阻等因素,提出了气体绝缘母线动态等效热路模型。并设计了三相气体绝缘母线温度测量试验,将模型计算结果与试验结果进行对比分析,验证了气体绝缘母线动态热路模型的准确性和有效性,并通过热路模型得到了外壳与导体的对应温升曲线。     

小型化SF_6气体绝缘金属封闭开关设备的研究开发

笔者利用电场数值分析等方法,对额定电流为3150 A、用于220 kV系统中的SF_6气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)进行了优化设计,针对GIS中的断路器、隔离及接地开关、盆式绝缘子、出线套管、油气套管、母线等各种元件,通过对其结构、布置方式、优化后的电场强度等各种因素的详细描述,展示了新产品的研发过程。设计优化后的252 kV GIS结构更加紧凑,尺寸更小,而且其额定电流由原来的3150 A提高到4000 A,并顺利通过了产品的型式试验。     

机械缺陷对GIS外壳振动影响

气体绝缘开关(GIS)在运行过程中会发生振动。为了分析在GIS外壳连接处的螺栓松动和导杆不对中两种缺陷的振动信号分别与无缺陷正常运行时的差别,文中建立了252 kV三相分箱型GIS的三维模型,并在固体力学场中对模型进行模态分析,确定其固有频率,得到较有代表性的六阶模态振型。文中通过施加不同载荷及改变模型参数等方法,在固体力学场中分别求解无缺陷、不同数量螺栓松动和不同情况的导杆不对中状态下GIS外壳振动加速度的时域信号,并通过频谱分析得到其频域信号,通过比较分析几种情况下外壳振动加速度信号的差别,获得GIS出现螺栓松动缺陷和导杆不对中缺陷在GIS外壳振动加速度上的特征,得到出现以上缺陷时的判据。文中所得到的相关结论对于后续的GIS设备运行状态监测、机械缺陷判别和振动情况研究有一定的参考价值。     

采用进端热处理技术悬链式CCV生产线生产220kV及以上超高压XLPE电缆

介绍了在悬链式CCV生产线上生产220 kV及以上超高压电缆绝缘线芯的一种最新技术,即在悬链式CCV生产线的硫化管进端采用特殊的热处理技术———进端热处理技术EHT,使绝缘层较厚的绝缘线芯(如220kV及以上超高压XLPE电缆绝缘线芯等),在进入硫化管硫化交联的过程中可以避免绝缘体的下垂,以提高绝缘线芯的圆整度和同心度,从而使在悬链式CCV生产线上生产超高压电缆绝缘线芯成为一种成熟稳定的技术,这样极大提升了普通悬链式CCV生产线的技术等级。     

架空线路输电能力计算

基于对架空输电线路的导线选型方法与导线载流量计算方法的分析,得出了决定导线输电能力的主要因素,给出了 220、500 kV架空输电线路常用导线热稳极限载流量的推荐值,并提出了提高江苏电网架空线路输电能力的措施与建议。     

220 kV同塔双回线路钻越500 kV线路的方案选择

针对220 kV同塔双回线路钻越500 kV线路的方案选择问题,分析了钻越方案的制约因素,采用改变地线悬挂形式、导线排列方式、跳线绝缘子串型式等措施,进行了钻越塔的设计和优化,设计了双回鹰嘴蝶型耐张塔。经工程实际应用证明,该型耐张塔具有良好的推广前景,为220 kV同塔双回线路钻越500 kV线路提供了一种可行的解决方案。     

一起220kV GIS螺栓发热分析

通过对一起220 kV变电站GIS出线间隔螺栓发热的分析,阐述了全封闭组合电器(GIS)在电磁场中的特性,并针对交变电磁场中导体的环流和涡流及其结构件的发热影响进行了分析。     

从一起严重事故探讨影响电力安全施工的主要因素

为了避免耦合电压所导致的人身伤亡事故的发生,文章对最近发生的一起导致2人死亡的电力安全事故进行了分析.其基于电磁场的基本理论,计算了1条已经运行的220 kV输电线路导致附近1条尚未运行的220 kV线路产生的电位.研究结果表明,线路的高度、导线半径和两线路间的距离是产生耦合电位的主要因素,即使在距离已经运行输电线路100 m、高度在15 m以上的地方,仍然能够产生150V以上的对地电压,可能对作业施工人员造成直接的人身伤害.因而,提醒大家作业前必须按照规程首先将施工线路接地,才能避免类似事故的发生.