600kV标准电容器的研制

介绍一种基于压缩SF6气体绝缘的正立式标准电容器的,可测量600 k V工频电压,1 200 k V冲击电压。使用有限元分析软件ANSOFT对高压套管进行仿真计算,套管的接地屏蔽以及中间电位屏蔽的位置和尺寸进行优化设计。中间电位屏蔽上的电压系数k=41.6%时,套管利用率最佳。对于电极的设计,依据电场大小确定高压电极的直径和上下圆弧的尺寸,不断优化屏蔽电极的尺寸,尽可能均匀低压电极表面的电场强度。雷电冲击耐受电压1 440 k V下,装置壳体内部最大电场为18.1 k V/mm。为了改善标准电容器的频率特性,设计时低压电极与外壳内壁的距离仅15 mm。根据标准电容器的尺寸和材料,计算得到温度系数为2.05×10~(-5)/K,600 k V时的电压系数为5.5×10~(-7),偏心引起的电容量变化为3.95×10~(-5),为电极安装之后的固定误差。     

一种新型的电容分压器电场优化结构

标准电容器具有优良的电压系数和温度系数、介质损耗极小、电容量稳定等优良特性,被广泛的应用于高电压测量中作为参考标准或测量分压器的高压臂。平行平板电容器作为高压标准电容器的一种新型结构具有结构简单、可带有板蔽电极等特点;但其电位分布不均匀是其一个较大的缺点,容易造成绝缘筒沿面闪络,发生绝缘击穿事故。文中以1 200 kV平板电极标准电容分压器为例建立了高压标准电容分压器的计算模型,计算得到了高压标准电容分压器绝缘筒外部电位随高度的变化曲线,通过在电容分压器内部增加多层金属板,使得电容分压器绝缘筒外部电位分布曲线趋于线性,得到了进一步的优化。     

500kV集中式标准电容分压器的研制

研制了一种基于标准电容器的集中式电容分压器,该分压器的高低压臂电容电极采用同种金属极板材料并处于压缩SF6气体绝缘介质中,可以保证分压器高低压臂电容温度系数、电压系数等特性参数的一致性,进而保证电容分压器分压比的稳定性;采用理论计算及仿真分析相结合的方式确定了标准电容器各部分的尺寸。针对绝缘外筒表面上存在电压分布不均匀的情况,在分压器内部加设多层均压电极后改善了绝缘套管上的电场分布情况。经实际测试,标准电容分压器高压臂电容量及分压比实测值与理论计算值十分接近,其高压臂电容量电压系数为1.01×10-5。     

一种新型的600kV冲击电阻分压器

新型冲击电阻分压器的高压臂电阻是按电场强度分布设计的,且置于绝缘油中。这种分压器可作到标称电压为600kV,分压器本身的响应时间为8.2ns。在带293Ω阻尼电阻及2800mm引线的测量系统中响应过冲为15％。     

有源电容式分压器的研制

传统有源电容式分压器的设计存在高输入阻抗、等电位屏蔽等难点,为此,本文提出一种新的有源电容式分压器结构,由标准电容器和有源低压电容器串联组成。文中重点阐述了有源低压电容器的设计,关键点在于双T阻容网络的介损控制和共模信号抑制控制,此外,电子电路中关键器件的设计使其具备较好的高频响应和低频响应。根据实际测试结果,该有源电容式分压器整体在工频条件下测量误差优于0.01%。     

1100kV直流电阻标准分压器电场仿真分析和方案设计

目前,我国直流电压比例标准的最高电压等级为800 kV,若直接套用该标准进行1100 kV直流电压互感器现场校准实验,其周围电场的分布仍不均匀,将导致准确度降低,故文中针对这些问题研究设计了1100 kV直流电阻标准分压器。本文基于Ansys仿真软件搭建了1100 kV直流电阻标准分压器的有限元模型,计算并分析了分压器周围和沿测量电阻层方向上的电场分布,得出了均压环的尺寸和位置对分压器周围最大场强的影响特性,通过合理设置均压环的圆心到地面的距离、内环半径、圆心到对称轴的距离,可大幅改善分压器周围最大场强。本算例中,分压器周围最大场强的大小从6869.37 V/mm降低到1566 V/mm,提高了绝缘水平;施加屏蔽电阻层后,沿测量电阻层上的电场强度减小到142.17 V/mm,且分布均匀,提高了测量准确度。本设计对分压器设计、制造、运行等部门有较好的借鉴作用。     

500 kV压缩气体标准电容分压器的研制

传统的电容分压器由于高低压臂的结构和材质不同,难以保证其分压比的稳定性,为此研制了一种基于平板电极结构的集中式标准电容分压器,该分压器的高低压臂电容电极采用同种金属极板材料,并处于压缩SF_6气体绝缘介质中,可以保证分压器高低压臂电容温度系数、电压系数等特性参数的一致性,进而保证电容分压器分压比的稳定性。采用理论计算及仿真分析相结合的方式确定了标准电容器各部分的尺寸,针对分压器绝缘外筒表面上电压分布不均匀的情况,在分压器内部加设多层均压电极后改善了绝缘套管上的电场分布情况。经实际测试,标准电容分压器高压臂电容量及分压比实测值与理论计算值十分接近,其高压臂电容量电压系数优于1.5×10~(-5),分压器线性度优于1.0×10~(-4),可以作为标准电压分压器使用。     

±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计

±400 kV换流变压器阀侧套管的设计裕度均低于特高压等级换流变压器套管,且±400 kV换流变压器阀侧套管在换流阀厅用量较大,因此有必要针对±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计进行具体分析讨论.分析了±400 kV换流变压器阀侧套管双导电管结构的发热机理,从理论解析角度给出了双导电管结构的设计尺寸,进一步优化设计了套管的芯体绝缘结构,从内、外绝缘配合的角度给出了套管的外绝缘设计方案,并对其整体电场分布情况进行了校核计算:工作电压下其径向电场强度控制在3.11 kV/mm,工频耐压下其轴向电场强度控制在0.51 kV/mm,均满足±400 kV换流变压器阀侧套管设计电场强度控制要求.对研制完成的±400 kV换流变压器阀侧套管进行型式实验,结果表明所研制的套管通过了工频干耐受电压试验并局部放电测量、雷电冲击干耐受电压试验和温升试验等典型型式试验.     

500 kV高电位梯度GIS罐式金属氧化物避雷器研制

为了满足500 kV GIS设备抵御过电压风险的需求,研制了高电位梯度GIS罐式金属氧化物避雷器,介绍了避雷器的结构及关键技术参数,设计计算了均压屏蔽罩及电阻片表面电场强度、罐体内部电位分布及外壳受力性能,开发了高梯度氧化锌电阻片,并开展了加速老化、内绝缘耐受、残压及工频电压耐受时间特性试验验证工作。研究结果表明:避雷器罐体内部电场强度最大值为18.97 kV/mm,电位分布不均匀系数为1.059,罐体外壳在正常使用和故障条件下的安全系数分别为13.6和1.53;研制的氧化锌电阻片在95%荷电率下的老化系数为0.8,并通过了工频电压耐受时间特性试验;避雷器通过了工频743 kV、雷电冲击1 676 kV和操作冲击1 175 kV的内绝缘耐受试验,雷电冲击残压为978 kV、操作冲击残压为830 kV和陡波冲击残压为1 100 kV,完全满足技术要求,具备挂网运行条件。     

145kV复合套管电场计算与分析

采用有限元分析法软件计算了145kV套管伞套内部和外部的场强分布和电位分布，分析了接地内屏蔽筒的高度外径、翻边即环的曲率半径等对电场强度分布的影响，并对接地内屏蔽的结构进行了优化设计。为145kV复合套管的绝缘设计提供了理论依据。     

有限元数值计算技术应用于特高压穿墙套管三维电场模拟分析

800kV特高压直流穿墙套管是我国±800kV特高压直流输电工程中的重要设备,亟需应用有限元数值计算技术对其关键部位进行三维电场模拟分析,确定传统结构设计的合理性并提供优化方案。为此在环氧浸纸电容式和金属屏蔽式2种技术路线下,分别讨论了特高压直流穿墙套管的结构特点和绝缘性能。应用有限元法仿真计算了金属屏蔽结构下穿墙套管的三维电场分布,重点分析了穿墙套管金属屏蔽表面及其相关附件电场分布特点,进一步对套管中间连接结构及支撑绝缘子的实际尺寸进行三维实体模型电场分析,并优化支撑绝缘子结构型式和尺寸。计算结果表明:对于金属屏蔽式芯体结构,高场强区域集中在金属屏蔽翻边位置及外部均压环表面,双层金属屏蔽芯体结构下穿墙套管复合绝缘子沿面电位及电场分布相对均匀,可实现套管紧凑型结构设计。该研究结果可为特高压穿墙套管的设计、研制及运行提供理论依据。     

通过750 KV变压器套管末屏进行过电压监测的方法研究

针对西北750kV超高压电网所处特殊自然环境下易遭受过电压危害的特点,研究探索750kV电网过电压监测方法。根据变压器电容式套管结构原理,研制出系列750kV变压器套管末屏连接专用精密低压臂分压器,与套管电容组成测量过电压信号的冲击电压分压系统。分析研究了750kV变压器套管末屏频率响应特性,该系统可满足电网雷电冲击、操作冲击过电压现场测量的要求。论证了750kV电网采用变压器电容式套管末屏连接低压臂分压器进行过电压监测的可行性。     

通过750kV变压器套管末屏进行过电压监测的方法研究

针对西北750kV超高压电网所处特殊自然环境下易遭受过电压危害的特点,研究探索750kV电网过电压监测方法。根据变压器电容式套管结构原理,研制出系列750kV变压器套管末屏连接专用精密低压臂分压器,与套管电容组成测量过电压信号的冲击电压分压系统。分析研究了750kV变压器套管末屏频率响应特性,该系统可满足电网雷电冲击、操作冲击过电压现场测量的要求。论证了750kV电网采用变压器电容式套管末屏连接低压臂分压器进行过电压监测的可行性。     

10 kV电子式电阻型电压互感器屏蔽罩的设计

电子式电阻型电压互感器的电场分布受大地及周围带电体或接地物体的影响较大,电阻分压器的高压引线及高压端对地存在分布电容,这些因素均会影响分压器的技术性能。因此,电阻型电压互感器的电场屏蔽显得非常重要。文中从等效电路的角度分析了电阻特性和分布电容对互感器性能的影响,并利用Ansys软件从场的角度分析了电阻分压器的电场分布。最终设计的10 kV电压互感器屏蔽罩和分压器产品通过了相关测试并满足相关标准的要求。文中对电子式互感器设计人员有指导和参考作用,具有一定的实际应用价值。     

1100kV GIS用SF6气体绝缘复合套管结构有限元仿真分析

对1 100 kV高压组合开关电器(GIS)用SF_6气体绝缘复合套管内部SF_6气体压强的确定、GIS复合套管内屏蔽结构许用场强进行了讨论分析,确定了套管内部金属屏蔽和外绝缘结构设计方案。基于此,建立了1 100 kV GIS套管的三维有限元仿真计算模型,并对其内部金属屏蔽和绝缘件电场分布进行了仿真模拟,同时对套管基座进行了机械应力分布计算。结果表明:套管金属屏蔽最大电场强度约为10 k V/mm,复合绝缘子护套表面电位分布接近线性分布;当负荷加载方向垂直于GIS管道方向时,弯曲应力最大值为11.2 MPa;在1.1倍额定电流6 930 A下,套管中温度最高点位于中心导杆附近,最高温度为80℃,满足设计要求,试制的SF_6气体绝缘复合套管通过了全部型式试验。     

40.5kV穿墙套管电场分析及屏蔽优化

文中针对40.5 kV开关柜母线穿墙套管容易发生局部老化导致绝缘能力不足的问题,采用Ansys Workbench软件对穿墙套管进行电场分析查找电场集中位置,提出使用单个地电位屏蔽环或高电位和地电位屏蔽环组合方式解决穿墙套管局部电场集中问题的方法,分析了高、地电位屏蔽环的尺寸以及尺寸变化对穿墙套管电场分布的影响,计算了各个情况下的空气域最大电场值并绘制出曲线,并通过对大量的仿真验证和数据筛选,选择了a=7mm,b=15mm,c=27.6mm,d=17mm,e=25mm,在工频耐压下,穿墙套管周围空气域电场场强为E=2.61×10~6 V/m。设计出成本较低、电场较好的较为优化的带高、地电位屏蔽的穿墙套管,有效的改善穿墙套管周围的电场分布,提升了穿墙套管的绝缘水平,有效解决了开关柜母线绝缘套管局部绝缘能力不足的问题,提高了设备运行可靠性。     

750 kV输电线路带电作业安全防护研究

为填补750kV线路带电作业安全防护研究的空白,根据750kV线路电压等级高、空间场强大的特点,研制了相应的带电作业屏蔽服,按照标准测试了屏蔽服的衣料和成品性能,并针对线路实况测量了等电位时人体不同部位屏蔽服内外电场强度及流经人体的电流,还进行了操作冲击电压下的生物放电试验。结果表明,研制的屏蔽服完全满足750kV线路带电作业安全防护要求。750kV线路带电作业人员应穿戴全套屏蔽服,保持足够的安全距离,并采取措施防护感应电压的影响。     

高压绝缘套管电场分析及结构优化

高压绝缘套管是气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)高电压与地电位绝缘的重要元件,其均匀的电场分布与合理的结构是GIS安全运行的保证。笔者针对252 k V GIS高压绝缘套管结构设计与电场分布问题,以电磁场理论为基础,通过建立高压绝缘套管电场分布计算的数学模型和基于ANSYS软件的套管电场分布的仿真分析,对套管接地内屏蔽附近电场分布对套管外表面局部区域电场强度的影响进行研究,并据此对套管内屏蔽进行结构设计。套管内屏蔽结构参数的优化结果表明,套管外表面的最大切向场强降低了约29%,使其绝缘性能有了明显的提高。     

40.5kV空气绝缘开关柜穿墙套管电场优化与结构设计

针对40.5kV交流金属封闭开关柜内部具有高、低压屏蔽的典型穿墙套管运行过程中出现局放、沿面放电问题,利用Ansys Workbench软件进行电场计算和问题分析并提出两种结构优化方案。分析绝缘试验时穿墙套管初始放电主要发生在内穿铜排表面窄边圆角处原因,采用参数化建模优化方法并以高压、接地屏蔽罩长度和半径为变量,在一定范围内进行反复迭代综合考虑得到穿墙套管高、低压屏蔽罩优化方案并试验验证,在此基础上进一步设计高压罩全屏蔽方案,对比两方案参数并结合生产实际给出工程建议。仿真与试验结果表明:屏蔽罩优化方案将铜排表面、环氧外表面最大场强分别减小为4.5、2.6kV/mm,高压全屏蔽型方案通过取消接地屏蔽附近伞群、适当降低环氧厚度,将穿墙套管整体最大场强降为2.37kV/mm,为穿墙套管设计提供工程依据。     

11001kV充气标准电容器

标准电容器广泛用于常规试验和型式试验,用来检测电气设备,如电容套管、电缆和电压互感器的电容量和功率因数。标准电容器的额定电压要和被试设备的最高额定电压相适应。由于电力系统电压已发展到1100kV,生产一台能测量该电压水平的标准电容器是必要的。本文讲叙了一台标准电容器它不只可用于测量电容和tamδ,也可作为分压器及当局部放电测量用的耦合电容。文章给出了基本设计资料及标准电容器的专门参数,还涉及到试验和多年的运行特性。