800kV GIS母线内部故障电弧分析及试验验证

母线是GIS设备的主要导电回路,设计具有高参数、高性能的母线结构是保证GIS设备可靠运行的基础。母线在发生内部故障电弧时会产生压力升高,从而引起壳体的破坏,会对整体设备运行及人身安全造成严重危害,因此需要对母线在内部故障电弧下的压力升高进行分析。文中介绍了800 kV GIS母线的技术参数和结构特点,对某实际工程母线结构内部故障电弧下的压力升高及烧穿时间进行了详细地分析及计算,通过内部故障电弧型式试验进一步验证了该母线具有良好的耐受内部故障电弧的能力。     

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。     

252 kV GIS内部燃弧故障压升计算及壳体烧穿概率研究

气体绝缘开关设备在电力系统中起着重要的控制与保护作用，内部燃弧故障产生的高温、高压和壳体烧穿效应对设备、建筑物以及工作人员的安全造成了巨大威胁。文中针对252 k V GIS采用流体相平衡中的气体恒压热容C_P0、恒容热容C_V0修正改进标准计算法的参数，明确“K_p因子”的取值范围，提出一种计算压升的增强型改进标准计算法和考虑故障切除时间的壳体烧穿概率计算法。研究结果表明：引起压升的能量占电弧能量的比例系数“K_p因子”的取值约为0.78～0.92，显然大于低电压等级开关设备的取值，增强型改进标准法的计算精度高于改进标准法的计算结果，壳体烧穿的概率与故障切除时间成正比，而与电弧移动时间成反比。通过对比实际GIS内部燃弧试验压升和烧穿结果，验证了所提出的增强型改进标准法和烧穿概率计算法的有效性。     

GIS设备变径母线筒体的研制

变径母线筒体有效利用母线中间部位的绝缘裕度,采用5系成型管与铸件焊接的形式,具有元件成本降低、标准化程度高、生产效率高的特点。对常规直母线筒体与变径母线筒体结构进行了比较,给出了变径母线筒体的设计方案,从绝缘强度、机械强度、焊接工艺、温升试验和内部故障电弧试验五个方面论证了变径筒体母线的可行性,并采用理论计算与试验验证相结合的方式进行了验证,工程应用效果良好。     

特高压1 100 kV GIS用母线的研制

目前发展特高压输电已经列入我国中长期发展规划,开发具有自主知识产权的特高压气体绝缘金属封闭开关(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)设备是保证特高压输电顺利实施的关键。母线是GIS设备的主要导电回路,设计具有高参数、高性能的母线结构是保证特高压1 100 kV GIS设备可靠运行的基础。介绍特高压1 100 kV GIS母线的技术参数和结构特点,对其绝缘性能、壳体机械性能及内部故障电弧进行详细分析及计算,型式试验的顺利通过和特高压浙北工程的顺利投运充分验证了该母线性能和结构的安全可靠性。     

内部故障下高压SF_6气体绝缘金属封闭开关设备壳体状态的分析

介绍了SF6气体绝缘金属封闭开关设备发生内部故障电弧的危害 ,分析了发生故障时电弧使壳体烧穿及气压升高使壳体爆裂的产生机理 ,从而提出了在设计上应采取的措施。     

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。     

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。     

一起220 kV GIS防爆膜的故障分析

GIS防爆膜是防止GIS设备因内部气压骤增导致壳体爆炸的重要泄压设备,其位置的选取和参数的设计与GIS内部燃弧故障紧密相关,文中针对一起220 kV GIS防爆膜的误动作故障,基于GIS内部故障电弧引起壳体内部压力增加的原理,分析不同电压等级下GIS防爆膜的气室选择依据和设计参数选择,论述了该GIS设备防爆膜设计存在的严重错误,该分析结论对GIS设备防爆膜的选型和验收具有重要的参考意义。     

GIS内部故障电弧引起压力升高及烧穿时间的分析与计算

对气体绝缘金属封闭开关设备外壳因内部故障电弧引起的效应进行了分析,依据国家标准,对其烧穿的时间和和罐内压力进行了分析和计算.采用应用的算法对ZF15-363kV GIS进行分析和计算,结果表明其各气室的设计能够满足产品性能要求,没有发生外壳碎裂的可能性.     

SF6气体绝缘金属封闭开关设备壳体耐受内部故障电弧的探讨

介绍了GIS内部故障电弧燃弧过程,给出了壳体耐受内部电弧时间的量化公式,提出了控制和减少故障电弧的具体措施     

GIS中典型缺陷局部放电的超声波检测

为了研究超声波法在GIS中局部放电检测中的应用,在实验室以一段220 kV电压等级的GIS母线腔体为试验对象,设计和模拟了GIS中典型的局部放电模型,使用超声波方法对其放电信号进行检测。实验结果表明,不同缺陷类型的超声信号在波形、幅值和PRPD图上会呈现出不同的特点,通过对GIS腔体不同位置的检测,可以精确的定位出缺陷位置。研究表明,超声的方法在检测GIS局部放电信号时有较好的灵敏度和精确的定位,检测结果为今后对GIS局部放电模式识别提供了试验依据。     

喷口型面及尺寸对SF6高压断路器介质强度恢复特性的影响

SF6高压断路器的喷口对断路器开断过程中吹弧气体的流动特性起着控制作用,从而成为灭弧室的心脏。该文以252 kV SF6断路器为研究对象,研究了改变喷口喉部下游仰角、长度对灭弧室吹弧气体流动特性、介质强度恢复特性的影响;应用激波理论和拉伐尔喷口中流速与截面比的关系,研究了局部"放-收"型面及2段型面对吹弧气体的控制作用及对介质强度恢复速度的影响;比较了在不同的喷口尺寸及型面下介质强度的恢复速度,得出喷口下游的型面对开断过程中介质强度恢复速度影响显著的结论。这对SF6高压断路器喷口的优化设计及灭弧室小型化设计具有重要的实际意义。     

Dielectric strength coordination and generalized spacer design rules for HVAC/DC SF/sub 6/ gas insulated systems

The problems of HVAC/DC gas insulated systems (GIS) dielectric strength coordination and support spacers design criteria are discussed in this paper. The most important challenge is to protect the spacers against flashover and consequently exclude them from consideration when coordinating an insulation of GIS. Both experimental and numerical studies demonstrate that electric field formation mechanisms and insulation behavior at SF/sub 6//epoxy interface are substantially different for AC and DC voltage excitations. Nevertheless, in actual power systems, HVDC apparatus are frequently subjected to impulse and time-varying voltages, implying capacitive field grading, and vice versa, HVAC apparatus can actually be subjected to harmful pseudo-DC voltages occurring in certain operating modes. Therefore, the above-mentioned problem is considered in order to find generalized criteria which will provide a reliable spacer performance in both HVAC/DC gas insulated systems. To illustrate the specificity of SF/sub 6//epoxy insulation behavior at HVDC stress, static V-T characteristics for post-type spacer models were studied experimentally. Dielectric strength coordination requirements and constraints arising for AC/DC GIS conditions were discussed. Some design and technological alternatives directed to improve the DC spacer reliability were analyzed. Based on these results, generalized design criteria for AC/DC conical and post type spacers were formulated. For conventional range of GIS operating stress and insulation parameters, it has been shown that proposed design rules can be realizable with no additional enlargement of apparatus dimensions. Such an approach provides unification and interchangeability of support spacers in HVAC/DC SF/sub 6/ apparatus, which could be technologically worthwhile and economically beneficial for manufacturers and power utilities.     

550 kV SF6 气体绝缘高海拔套管绝缘屏蔽结构

介绍了550 kV SF6气体绝缘金属封闭式组合电器（GIS）高海拔套管的绝缘屏蔽结构参数对电场分布的影响。针对套管单屏蔽结构方案,通过有限元法研究了接地屏蔽层翻边结构参数组合对套管内部最大电场强度的影响;研究了接地屏蔽层高度对GIS套管内外绝缘电场强度分布的影响。从而通过最优化接地屏蔽层高度和接地屏蔽层翻边结构参数组合,得到合理的套管内外电场分布,有效解决了高海拔型套管外绝缘修正后的内外电场分布均匀化问题,为550 kV SF6气体绝缘高海拔套管的绝缘结构设计提供了理论依据。     

混合断路器大电流开断过程中真空电弧与SF6电弧相互作用的仿真

真空断路器和SF6断路器串联的混合断路器,可有效利用真空和SF6气体两种介质不同的灭弧特性实现更大短路电流的分断。为研究两种电弧的相互任用,运用ATP软件及其TACS工具建立了系统实验仿真平台、12kV真空断路器与40.5kV SF6断路器的电弧模型;将仿真结果与实验波形结合通过数学方法分别求得实用的真空电弧和SF6电弧模型参数;搭建了实用真空电弧模型与SF6电弧模型串联的混合断路器模型。通过设定不同的系统仿真参数,研究开断过程中真空电弧和SF6电弧的相互作用及真空断路器与SF6断路器的分压关系;分析两断路器不同时刻分断的协同特性与介质恢复过程;量化研究混合断路器的断流容量增益特性。仿真结果证明,真空断口首先承担恢复电压有利于SF6断口的介质强度恢复;两断口间的电压分布关系主要由电弧电阻与断口间电容决定;在不增加SF6气体使用量的情况下混合断路器具有比SF6断路器更大的断流能力。研究结果为大容量混合断路器的设计提供了理论依据。     

6mm铝合金母线壳体焊缝超声波检测研究

现行的超声波检测标准仅明确了8 mm及以上厚度铝合金对接焊缝验收规范,而GIS(气体绝缘全封闭组合电器)设备母线壳体一般采用厚度为6 mm的铝镁合金制备,其内部充有一定压力的SF6绝缘气体,如果焊接过程中接头部位焊接不良,则易发生SF6气体泄漏事故,影响设备的正常运行。针对该问题,通过对6 mm铝合金GIS设备母线壳体对接焊缝焊接工艺及焊接缺陷成因的分析,制订了合理的超声波检测工艺,并对该工艺进行了验证。结果表明,该工艺是合理有效的。     

SF_6气体中含水量问题的研究

介绍了电器设备中SF_6气体含水量与环境温度的关系以及含水量和电器设备的材质对电弧分解物成分的影响,提出了SF_6气体标准和GIS标准中SF_6气体的允许的含水量应规定相应温度值的建议、从测得的电弧分解物的量值来判断累计开断电流值的方法以及减少SF_6气体含水量的措施。     

组合电器中微水含量在线监测实验研究

应用高分子电容式湿度传感器和压阻应变式压力传感器 ,研制了一种智能化微水、密度在线监测仪 ,它有液晶显示和RS4 85接口 ,可以实现对整个SF6组合电器 (GIS)微水、密度的在线监测。将研制的在线监测仪安装于实验室中充N2 的GIS母线筒的取气口上 ,试验研究了GIS母线筒与在线监测仪测量腔体中水蒸气的平衡时间 ,从而为现场GIS微水含量的实时在线监测提供了途径