特高压盆式绝缘子工艺技术研究

为满足特高压开关设备对于盆式绝缘子电气性能和力学性能的特殊要求,在常规浇注配方的基础上通过添加一定比例的脂环族环氧树脂,同时采用三段固化工艺制造高性能盆式绝缘子,并对其性能进行测试分析。结果表明：与常规配方材料相比,新配方的盆式绝缘子电气强度提高了27.6%,热变形温度提高了20.2%,热电老化寿命达到40年以上。高性能盆式绝缘子通过全部工频和雷电冲击裕度试验,水压破坏强度达到4.6 MPa。     

缺陷对特高压交流盆式绝缘子电场分布的影响

为了研究缺陷对特高压盆式绝缘子电场分布的影响,采用有限元软件ANSYS建立了特高压盆式绝缘子的基本计算模型,研究了气体间隙、凸起和凹陷等缺陷对盆式绝缘子电场分布的影响。结果表明,气体间隙长度越大,宽度越小,引起的场强越高;凸起和凹陷呈现出的场强峰值及电场分布规律均与其尺寸无关,电场增强系数与其位置无关;附着金属颗粒会显著增强其边缘的电场强度,电场增强系数随颗粒径向位置的增大而减小,随颗粒狭长程度的增大而增大;悬浮导电颗粒影响下,导电颗粒尺寸越大,距盆体表面越近,则盆体表面最大场强越高;内部气泡的电场增强系数与其尺寸及其在盆体内的位置无关。在研究的几种缺陷里,附着金属颗粒增强电场的影响最大,悬浮金属颗粒影响的区域范围最广。     

特高压直流GIL盆式绝缘子表面电荷分布特性仿真研究

为了满足大容量长距离输电的要求,近年来,中国加快特高压直流输电工程的建设,对气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission lines,GIL)的需求日益迫切。限制直流GIL实际投运的关键壁垒之一是绝缘子表面积聚的电荷会增加沿面闪络电压降低的概率,故研究特高压直流GIL盆式绝缘子表面电荷分布特性存在必要性。因此,基于SF_6气体中正负离子的输运方程,利用COMSOL Multiphysics建立了真型特高压直流GIL盆式绝缘子表面电荷积聚模型,分别研究了电压幅值和电压极性对绝缘子表面电荷分布特性的影响规律以及气固界面电荷对GIL试验单元空间电场分布的影响规律。从仿真结果可知,正负电荷在盆式绝缘子内外侧均有分布,但分布特性存在一定的差异,外施电压为-800 kV时,最大正负电荷密度分别出现在绝缘子的外表面和内表面,数值分别为+19.64μC·m~(-2)和-22.93μC·m~(-2);表面电荷的积聚程度和高场强区域面积均与电压幅值呈正相关;仿真结果还表明绝缘子沿面耐受电压具有极性效应,即负极性直流耐受电压较低。     

盆式绝缘子金属丝缺陷下电场分布仿真研究

为研究金属丝缺陷对GIS内部盆式绝缘子电场分布的影响,采用有限元分析方法,以实际1100kV GIS内部盆式绝缘子为研究对象,利用ANSYS仿真软件仿真计算存在金属丝缺陷的盆式绝缘子电场分布,并研究金属丝的分布方向、径向距离、长度和宽度对盆式绝缘子电场分布的影响.结果表明:盆式绝缘子内部的金属丝缺陷会使电场严重畸变,电场强度最大值为无缺陷时的10.76倍,且金属丝径向分布时对盆式绝缘子电场的影响更大.盆式绝缘子的电场畸变程度与金属丝分布方向、径向距离及长度有关.     

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。     

基于多层模型的GIS盆式绝缘子温度分布仿真

GIS盆式绝缘子两侧存在与母线连接的电接触点,其接触电阻在GIS运行过程中可能会因接触不良而增大,从而产生异常发热,甚至引起故障。为探究盆式绝缘子在实际运行中的温度分布规律,文中利用110 kV GIS盆式绝缘子搭建了真型试验平台,依据该平台的参数建立了等比例的盆式绝缘子多层仿真模型,并通过注入等效热源的方式模拟通流导体、SF6气体以及GIS外壳对盆式绝缘子的热传递过程,替代了对流及辐射传热计算,使单次计算时间从几小时缩短至几分钟,在保证结果准确性的前提下有效提升了仿真计算速度。利用试验平台进行了800、1 200、1 600 A负荷电流的温升试验,通过红外仪及热电偶测量了盆式绝缘子表面的温度分布,验证了该仿真模型的有效性,并总结出不同负荷电流下仿真参数的设置规律。最后通过与单层模型仿真结果的对比分析表明多层模型的优化结果更加符合试验数据的温度变化规律。     

GIS盆式绝缘子模态特征仿真研究

盆式绝缘子作为GIS的重要组成部件,对其安全稳定运行起着非常重要的作用,主要表现在机械固定作用和电气绝缘作用,气密性的绝缘子还起到分隔气室的作用。为了研究不同电压等级下盆式绝缘子的固有模态特征,文中建立了110、220、330、550、750 kV 5种电压等级的盆式绝缘子有限元模型,仿真得到此5种电压等级盆式绝缘子的第7-16阶振型以及固有频率。仿真结果表明,盆式绝缘子模态普遍存在重根模态现象;不同电压等级下的盆式绝缘子固有模态特征存在一定共性,在重根模态表现出的共性更多,而非重根模态则表现出较多差异;盆式绝缘子的电压等级越高,其相同阶数的固有频率数值越低。文中的研究为振动法检测盆式绝缘子表面状态以及内部气隙缺陷等提供了指导意义。     

GIS盆式绝缘子典型缺陷的电场仿真

气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)是电力系统中的重要设备,盆式绝缘子作为GIS设备核心绝缘组件,对于GIS设备的安全稳定运行至关重要。盆式绝缘子故障是导致GIS无法正常运行的主要原因,文中设计了气隙缺陷、嵌件毛刺缺陷、单金属颗粒缺陷以及金属颗粒群缺陷四种典型放电缺陷类型,利用有限元静电场数值计算方法建立了252 kV盆式绝缘子的仿真模型。研究了不同典型缺陷模型的电场分布情况,分析了不同缺陷对电场的畸变情况。根据仿真结果设计了四种典型模型的缺陷尺寸参数,为GIS内部缺陷的模拟和试验提供了参考。     

GIS盆式绝缘子应力超声检测技术应用与展望

盆式绝缘子是气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosed switchgear,GIS)的重要部件,其应力集中引发微裂纹是导致GIS绝缘故障的原因之一;研究盆式绝缘子应力检测技术对预防绝缘子开裂、保障GIS设备安全运行具有重要意义.为此,分析GIS盆式绝缘子应力来源,介绍GIS盆式...     

特高压GIS盆式绝缘子沿面闪络特性研究综述

盆式绝缘子是GIS最薄弱的绝缘环节。文中统计了GIS故障缺陷类型,对GIS故障发生率进行了计算。针对盆式绝缘子沿面闪络特性影响因素进行了系统分析,包括金属颗粒、绝缘子表面缺陷、表面电荷等。探讨了金属颗粒荷电和受力情况、运动特性及其抑制措施。对盆式绝缘子表面缺陷类型、演化过程及其检测方法进行了探索。直流电压下,GIS盆式绝缘子表面极易积聚大量电荷,文中对相关作用机理、测量方法和动态过程进行了总结。详细阐述了轮廓优化,介电涂层和功能梯度材料等提高沿面闪络电压方法的特点和应用范围,对各种方法的优缺点进行了讨论和比较。结合中国在建的特高压输电工程,对GIS/GIL盆式绝缘子设计提出了一些参考性建议。     

光纤布拉格光栅复合绝缘子的应力分布分析

为了最大程度地预防复合绝缘子芯棒脆断等掉串事故,采用在复合绝缘子芯棒中植入光纤布拉格光栅,实现对复合绝缘子芯棒应力的监测,从而判断复合绝缘子的运行状况.绝缘子芯棒在金具压接区部位的结构复杂,所受的应力分布不均匀,故不能直接用光纤光栅的自身应变来表征芯棒内部应变,因此先假设绝缘子芯棒和光纤光栅有相同的应变,对复合绝缘子芯...     

盆式绝缘子的优化设计

为改善小型化盆式绝缘子的电气性能和机械性能,在现有盆式绝缘子结构的基础上,重新设计绝缘件内部嵌件的结构,调整嵌件与地电位屏蔽环的距离,同时增大嵌件圆弧曲率半径,运用仿真软件分析优化方案的电气性能和机械性能。综合考虑各因素的影响,在原设计基础上实现盆式绝缘子电气性能和机械性能的优化设计。     

分域迭代法计算特高压线路绝缘子电场分布

为提高计算精度针对特高压输电线路中杆塔—导线—绝缘子这种包含复杂局部结构的无界电场问题提出了一种电场分域迭代计算方法,即将分域和迭代计算的思想引入有限元电场模型的计算中。利用分域思想将结构复杂的绝缘子及其表面空间作为细剖分区域,杆塔、导线及外部空间部分作为辅助计算区域,对细剖分区域和辅助计算区域进行迭代计算得到最终的电场分布。这种方法克服了大型有限元模型剖分难度大以及计算时间长的缺点,且具有更高的计算精度。对800kV复合绝缘子电场分布的计算表明,绝缘子伞裙结构影响其表面电场分布,伞裙表面的电场比其附近杆部表面的电场高50%～60%。     

电网络法计算交流特高压绝缘子串电压分布

特高压输电线路绝缘子串较长,电压分布很不均匀。为给线路工程提供设计参考数据,利用电网络法并结合试验,计算和分析了56片绝缘子串在干燥及污湿情况下的电压分布。结果表明:绝缘子劣化将加剧电压分布的不均匀;采用自身电容较大的绝缘子,增加杆塔高度和横担长度均能改善绝缘子串的电压分布;泄漏电导增大和不同位置绝缘子杂散电容的差异也可减小电压分布的不均匀性。在工程应用中,采用自身电容较大的绝缘子对改善特高压绝缘子串电压分布的效果最为明显。     

GIS盆式绝缘子热分解动力学参数计算方法

盆式绝缘子的性能直接关系到气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备的整体绝缘水平,如何有效评估盆式绝缘子的老化情况与剩余寿命是当今的热点问题。通过实验求取材料动力学参数可为盆式绝缘子的寿命评估提供新的技术思路。为此在研究Agrawal等传统热动力学分析方法的基础上,提出一种更加有效的高精度计算方法,并具体应用于盆式绝缘子材料热动力学参数的求取中。研究结果表明,该方法可同时求得绝缘材料的热动力学三因子,且求取反应机理函数的可靠性更高。对盆式绝缘子材料热分解过程的微观机制给出了解释,其热解可分为3个温度阶段,3阶段的表观活化能E与表观指前因子A数值呈递增状态,且反应机理不同。上述研究结果使得热动力学参数的计算过程简便可靠,为评估固体绝缘老化状态与剩余寿命提供了技术方法。     

特高压交流瓷绝缘子串电压分布的计算分析

特高压输电线路长串绝缘子的电压分布很不均匀,所以需要对其电压分布进行研究。为此,采用模拟电荷法和边界元法相结合分别计算出各片瓷绝缘子与杆塔、导线等之间的杂散电容,并应用此计算结果构建链式电路的方法,综合各种影响因素简洁有效地计算分析了交流1 000kV输电线路瓷绝缘子串在干燥及均匀污湿状态下的电压分布情况。计算结果表明:绝缘子的自电容对电压分布的影响不是很大,均压环是控制特高压绝缘子串电压分布的最主要方法;绝缘电阻在300MΩ以上时,绝缘子的表面状态对绝缘子串的电压分布影响很小,泄漏电导在一定范围的增大可以使绝缘子串电压分布更均匀,若采用半导体釉绝缘子,每片的电阻在10～20 MΩ左右即可;低值绝缘子加剧了电压分布的不均匀性,对其邻近绝缘子影响较大,当其处于导线侧附近时,临近绝缘子的最大单片电压降将增加到30kV以上。     

存在气泡缺陷的盆式绝缘子电场仿真分析

盆式绝缘子内部存在气泡缺陷是引起局部放电和沿面闪络的重要因素,为研究气泡对盆式绝缘子电场分布的影响,采用ANSYS有限元分析软件建立存在气泡缺陷的盆式绝缘子三维仿真模型,分别研究快速暂态过电压和工频电压作用下,气泡大小、位置对盆式绝缘子电场分布及沿面闪络的影响。结果表明:气泡缺陷会引起盆式绝缘子电场畸变,最大电场强度比无气泡缺陷时增大了30%左右,且气泡越靠近金属端,盆式绝缘子电场强度越大。电场畸变主要出现在气泡缺陷附近,畸变程度与气泡尺寸、径向距离及距表面的距离有关。     

直流电压下GIS盆式绝缘子表面电荷及电场分布特性仿真研究

GIS中盆式绝缘子表面在外施直流电压时会积聚大量电荷使得沿面闪络电压大幅降低,从而引发一系列电气设备故障。基于上述问题,文中分析了盆式绝缘子表面电荷的来源与传导途径,采用有限元仿真计算方法构建了二维轴对称仿真模型以及设定相关参数,研究了电压极性、不同电压幅值以及电压极性反转对盆式绝缘子表面电荷分布的影响。结果表明,在直流电压下,凹面主要积聚与外施直流电压极性相反的电荷,凸面主要积聚与直流电压极性相同的电荷,且凹面积聚的电荷密度更大;在极性反转后-100 kV直流电压下,盆式绝缘子表面原先积聚的电荷密度呈现先增大后逐渐减小的趋势,随后转换极性并达到饱和,电场在靠近高压端以及盆式绝缘子沿面0～20 mm处的畸变程度较为明显。电场在盆式绝缘子表面电荷极性发生变化前出现峰值,相比较电荷达到饱和状态,此时盆式绝缘子凹面最大场强增加46%,凸面最大场强增加5.4%。该研究可为直流电压下盆式绝缘子表面电荷分布特性提供指导。     

特高压GIS用通气型盆式绝缘子气流通道设计与性能验证

盆式绝缘子是气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的核心元件,通气型盆式绝缘子能够简化GIS气室结构、提高充气效率、提升产品装配质量,对GIS设备结构具有重要意义。本文提出一种非对称布置、大尺寸开孔的气流通道设计思路,设计了一种1 100 kV特高压GIS用通气型盆式绝缘子,并对设计样品进行了绝缘试验、力学试验、抗震试验。结果表明:通气型盆式绝缘子通过了型式试验项目,满足特高压GIS技术参数要求与工程需要,证明了设计思路的正确性。     

特高压气体绝缘金属封闭开关设备用盆式绝缘子的质量控制

为改进特高压气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的盆式绝缘子,在充分考虑生产、运输、运行过程中绝缘子的各种工况及兼顾产品技术水平、综合性能和工艺稳定性考核的情况下,从型式试验、材料试验、工艺控制和出厂检测等方面开展研究,提出了相应的质量控制措施。大量抽样试验结果表明,满足所提型式试验要求的绝缘子的水压破坏平均值在3.1~3.8 MPa之间,远高于标准要求的2.4 MPa;其标准偏差在0.32~0.65 MPa之间,因此提出的措施有效提高了特高压盆式绝缘子的质量稳定性。