3D打印环保型10 kV支撑绝缘子的电气性能

高压电力设备中绝缘子多由热固性环氧树脂制得,在退役后难以回收利用,造成了严重的环境污染和极大的资源浪费。为解决这一问题,以热塑性聚碳酸酯为原料,采用熔融沉积成形3D打印工艺制备样片,测量了其介电谱、体积电阻率和工频击穿场强。并打印了环保型10 kV支撑绝缘子,开展了工频闪络电压和局部放电测试。实验结果表明,3D打印聚碳酸酯的电学性能优良,接近甚至超过电工绝缘环氧树脂的性能水平。对于3D打印环保型10kV支撑绝缘子,其绝缘性能满足相关标准要求,局部放电起始电压和闪络电压分别达到36.1kV和69.7kV,远高于其额定电压,且与对照组的10kV环氧树脂支撑绝缘子相接近。进一步分析表明,3D打印表面层状结构、内部孔隙和嵌件安装缺陷等工艺问题会对绝缘子的电学性能产生一定负面影响,这些问题可以分别通过抛光处理、优化打印参数和改进嵌件安装方式等方法改善。     

潮湿环境下车顶绝缘子电场分布研究及优化策略

潮湿天气环境中,凝集在车顶绝缘子表面的水珠会畸变电场,引发电晕放电,影响列车运行安全。文中针对车顶受电弓支撑绝缘子建立有限元仿真模型,分析了水滴位置、大小、数量等参数对绝缘子沿面电场的影响,并将常用于高电压等级输电线路中的均压环配置原理运用到电压等级较低的车顶绝缘子中,以抑制水珠诱发的电晕放电。结论表明:护套与伞裙连接处水珠对电场畸变最严重;伞裙上半径r=2 mm的水珠对电场畸变影响最严重;水珠间距越大,沿面平均场强越小。确定了均压环环径R=85 mm,管径d=24 mm,屏蔽深度H=50 mm的均压环最佳配置方案。     

基于CFD的高速动车组车顶支柱绝缘子覆冰特性研究及防覆冰伞裙优化

高速动车组车顶支柱绝缘子在寒冷环境中高速运行,其表面容易产生覆冰现象,进而引发局部放电、闪络击穿等外绝缘事故,导致列车停运,造成巨大的经济损失.然而,现阶段对动车组车顶绝缘子覆冰特性的研究并不充分.该文采用基于计算流体动力学(CFD)的数值模拟方法,对FQJG2-30/16-400型硅橡胶车顶绝缘子在不同环境参数下的覆冰特性进行研究.结果 表明:在高速运行条件下,覆冰主要形成在车顶绝缘子迎风侧的伞裙边沿和棒径处,覆冰厚度在迎风侧棒径中心处达到最大值.动车组车顶绝缘子表面的覆冰量随着温度(θ)、风速(ν)、液态水含量(LWC)以及液滴中值体积直径(MVD)等环境参数的增大而增大.基于防覆冰结构优化研究结果,推荐的高速动车组车项支柱绝缘子的防覆冰结构参数为:伞裙下倾角为0°;大小伞裙直径比为1;在满足机械强度的条件下伞裙上倾角、绝缘子棒直径尽量小;在保证一定爬电距离的情况下绝缘子伞裙间隔尽量小.     

动车车顶绝缘子气动减阻优化及绝缘性能研究

高速列车运行时产生的气动阻力不仅会影响列车运行效率,也制约着列车速度的进一步提升。目前车身流线型减阻设计已达到极限,而车顶大量外绝缘设备的存在使得车顶阻力增加,对其进行减阻优化是重要的发展方向,但与一般减阻问题不同,车顶外绝缘结构还承担着电气绝缘的重要作用,因此研究中需兼顾气动特性和绝缘性能。为此以车顶绝缘子为研究对象,通过在绝缘子伞裙表面构造凹坑结构来实现减阻优化,以凹坑排列间距、凹坑横纵轴以及凹坑深度为变量,最小阻力系数为目标,采用拉丁方抽样法选取样本计算得到响应值,建立近似模型;然后利用遗传算法全局寻优,得到凹坑最优参数;最后对凹坑绝缘子进行干闪和污闪试验,校验其绝缘性能。结果表明：凹坑结构可实现车顶绝缘子最大15.62%的减阻效果,并在一定气流条件下能提高绝缘子干闪电压保证其绝缘性能;且当绝缘子受到污染后,凹坑绝缘子也能具备良好的电气绝缘性能,保证列车安全运行。     

营口华能电厂GIS盘式绝缘子沿面放电分析

营口华能电厂ＧＩＳ盘式绝缘子发生沿面放电，本文主要针对事故原因展开讨论，文中提出表面电荷积聚是导致沿面放电的主要原因，同时对表面电荷积聚的影响因素进行了分析。     

高速气流对绝缘子表面放电特征的影响

为了研究高速气流环境下绝缘子的表面放电特征,建立了高速气流环境下绝缘子放电试验的微型风洞试验系统,进行了两种典型结构的绝缘子试样的工频放电试验,结果表明绝缘子的放电具有多通道滑闪和非沿面放电等特征。基于计算流体力学可压缩Navier-Stokes方程和有限元数值分析,计算并得到了绝缘子周围气流的速度和压强分布特性,特别是绝缘子侧风面的高流速和低气压特征。研究分析认为高速气流的吹弧效应对绝缘子放电通道或电弧的形态起主导作用,以及低气压效应对滑闪或放电的起始位置起决定作用,而边界层效应则保持沿绝缘子表面延伸的电弧不受吹弧效应影响。     

电动车组车顶复合绝缘子内部间隙电场分析

车顶复合绝缘子芯棒和护套的界面存在气体或液体间隙时,间隙周围的电场会发生畸变。电动车组频繁的过电压会诱发局部放电,加剧内绝缘的蚀损老化。为了准确评估间隙存在对电场分布的影响,针对车顶绝缘子某次内绝缘击穿事故,基于ANSOFT MAXWELL建立了电动车组母线支持绝缘子的多参数三维有限元模型。分析了存在气体、液体间隙时绝缘子内部电场,同时研究了间隙的尺寸、位置对电场分布的影响。结果表明:绝缘子内部出现气体间隙时,电场强度最大可能提升至无气隙时的2.65倍,进而引发强烈的局部放电;液体间隙内部导电离子浓度较大,电导率达到10-5 S/m时,间隙外部承受的电场强度可能达到49.3 kV/cm;间隙越长或离高压端金具的距离越短,绝缘子内绝缘受到的破坏越重,距离小于5 mm时更为明显。     

高速气流对环氧树脂车顶绝缘子电痕深度影响的研究

针对高速列车环氧树脂车顶绝缘子沿面放电产生电痕,导致绝缘性能下降,以受电弓车顶绝缘子为研究对象,基于Ansys建立了绝缘子流体计算模型和沿面放电的三维非线性电热耦合模型。分析了绝缘子周围气流气压分布,以此分析了气流气压对电痕深度在绝缘子圆周方向和沿爬电距离变化的影响,并研究了列车运行速度对电痕深度的影响。研究表明:列车运行使绝缘子周围气流气压发生畸变,形成不均匀分布;侧风区电痕深度较小,迎风和背风区电痕深度较大,其中侧风区50°电痕深度最小,背风区180°电痕深度最大,护套电痕深度较大,伞裙边沿电痕深度较小;电痕深度随着运行速度加快先缓慢下降、后迅速下降、最后变缓,侧风区电痕深度下降最快,迎风区快于背风区。     

人工磨蚀对车顶绝缘子沿面放电影响研究

沙尘环境对高速列车的安全运行有很大影响,为研究车顶绝缘子受风沙磨蚀后沿面放电的变化,对车顶绝缘子片进行人工磨蚀试验,观察其表面粗糙度、憎水性及闪络电压的变化。试验结果表明:不同磨蚀时间的试样表面憎水性变化趋势相似,砂纸目数对憎水性变化起主导作用;随砂纸目数增大,磨蚀后绝缘片纵向干闪电压先下降后上升,横向干闪电压呈倒Z字形变化,横向湿闪电压变化规律与纵向湿闪电压均呈U型变化。分析可知:磨蚀引起的爬电距离增大与电场畸变共同作用,影响闪络电压的变化情况。文中通过研究车顶绝缘子憎水性及沿面放电情况受人工磨蚀的影响,揭示了风沙磨蚀对车顶绝缘子沿面放电影响的机理。     

雾霾环境下微细导电颗粒诱发复合绝缘子沿面放电特征

针对当前雾霾大气环境对输变电设备外绝缘运行可靠性的影响,在实验室条件下采用微米级铁粉模拟雾霾中微细导电颗粒,研究交流电压下铁粉颗粒直径、含量以及位置对复合绝缘子沿面放电特征的影响,运用高速摄像机观察分析沿面闪络过程中导电颗粒物动态变化及其诱发的沿面放电现象,获取电晕放电、电晕和沿面流注放电共存、沿面流注放电3个主要阶段的放电特征,建立了闪络电压、放电发光亮度与导电颗粒物粒径、含量与位置的变化规律。研究结果有助于掌握雾霾环境下绝缘子放电机理,对提高污染新形势下电力系统外绝缘可靠性具有重要意义。     

550 kV GIS盆式绝缘子小型化设计（三）——缩比结构验证

为制造经小型化设计的550 kV盆式绝缘子并验证其电气性能,采用3D打印结合环氧树脂浇注工艺制备了1:10缩比绝缘子。首先,将氧化铝填料与光敏树脂复合作为低相对介电常数（3.98～4.20）3D打印浆料,根据光固化与流变特性确定填料含量及打印参数后,利用立体光固化3D打印机制备低介电常数的绝缘子主体。随后,将二氧化钛填料与环氧树脂复合作为高相对介电常数（11.32～14.58）真空浇注浆料,浇注至3D打印绝缘子预留的高介电常数区域内,加热固化完成缩比绝缘子的制造。0.2 MPa下SF6氛围中的工频耐压实验结果表明,优化后的绝缘结构具有更优的绝缘强度。相同绝缘距离下,几何形状优化绝缘子闪络电压较常规绝缘子提高13.6%,几何形状/介电分布联合优化的绝缘子提高13.8%;绝缘距离减少15%后,联合优化绝缘子耐电强度与常规绝缘子相当;当法兰侧“楔形”气隙内存在金属丝时,相同绝缘距离下,仅进行形状优化的绝缘子耐电强度提升幅度降低至6.7%,而联合优化绝缘子由于在法兰侧形成低电场区域,闪络电压仍可提高13.1%。结果表明,几何形状/介电分布联合优化绝缘子具有显著的绝缘优势。     

绝缘子表面放电的多物理信号比值演化特征及其诊断方法研究

为了探索局部放电声、光、电信号特征及演化规律,并利用多物理测量手段进行局部放电诊断,本文基于电流脉冲、地电波、超声及光学测量建立了局部放电多物理同步检测试验平台,并以强、弱垂直分量绝缘子沿面放电为例,通过试验研究了其局部放电多物理信号强度比值的演化特征。在此基础上,建立了一种三角比值空间分析方法,得到了各物理信号随电晕时间的演化特征。结果表明:虽然不同模式放电的三角比值散点分布区域不同,但其超声分量均随时间的推移呈现"U"型的演化路径,其演化速度和演化轨迹在放电初期、电晕稳定期和临近击穿期呈现出较大的差异,可作为局部放电危险程度的评判依据。     

真空绝缘子结构优化设计的理论和方法

根据二次电子发射崩(SEEA)理论,综述了真空绝缘子的绝缘介质材料、几何形状和电极结构对绝缘子沿面闪络的影响和机理过程,以及从这三方面优化设计真空绝缘子以提高其沿面闪络电压的方法。     

防覆冰电力机车车顶绝缘子伞裙的优化设计

每年的12月至次年2月是我国电力机车车顶绝缘子闪络事故的多发时间段,在车顶绝缘子闪络事故中,由于绝缘子覆冰而导致的闪络事故占很大比例。因此,研究电力机车车顶绝缘子的防覆冰技术和研制防覆冰车顶绝缘子具有重要的现实意义。为合理设计车顶绝缘子伞型结构,建立了车顶绝缘子外部三维两相粘性不可压湍流流场模型,通过数值模拟仿真的方法...     

污秽绝缘子的超高频放电频谱及其指纹特征研究

介绍了对绝缘子沿面放电的超高频分量的测量分析,实验室内测量人工污秽绝缘子电磁波辐射时,其超高频电磁波辐射强烈,明显区别于干净绝缘子,分析对比不同污秽的绝缘子放电频谱可初步判断绝缘子污秽状况,按照分频段分幅值统计的频谱数据,可建立污秽绝缘子放电频谱的特征指纹三维图谱,为绝缘子污秽识别提供了有效数据。     

运行合成绝缘子电气性能分析

在试验的基础上分析了影响合成绝缘子电气性能的因素。运行 8a后合成绝缘子无明显老化 ,短时间内影响其外绝缘的首要因素是运行环境 ,特别是水泥污秽的影响较大 ,运行部门应高度重视     

绝缘子污秽状态紫外在线监测研究

在环境污染严重的地区,绝缘子污闪事故时有发生,严重威胁着电力系统的安全运行.为了实时监测绝缘子的污秽状态,本文设计了基于紫外脉冲法的污秽绝缘子在线监测系统,采用FX-B W-110/70型复合绝缘子和XP-160型瓷质绝缘子进行模拟试验,采集了不同运行电压、污秽程度以及存在劣质绝缘子时的紫外脉冲.试验结果表明,紫外脉冲...     

分离水珠对车顶绝缘子沿面电场影响及相应优化改进措施

针对动车组车顶绝缘子低温、凝露、大雾天气下易引发闪络事故,以受电弓绝缘子为研究对象,建立绝缘子表面水珠简化的平行电极3维计算模型。采用电场旋转角定义水珠的外加电场方向,研究了外加电场下最大电场增强因子与电场旋转角的关系,得到了2者之间的函数关系,以此分析了车顶绝缘子均压环的优化设置参数。研究结果表明:含分离水珠的车顶绝缘子表面电场畸变与外加场强方向有关,最大场强点位于等电位面与水珠的切点处,端切点处电场的畸变比顶切点处更明显;考虑体积为1μL的半球形水珠分布于车顶绝缘子不同位置的电场增强因子变化,优化高压端伞裙表面最大场强的原则,确定了均压环半径R=90 mm、距离高压端高度H=49 mm、截面半径r=20 mm的最佳均压环配置方案。     

绝缘子沿面局部放电的光电探测效率分析研究

为了实现荧光光纤局部放电检测系统的开发,针对绝缘子沿面放电光辐射特性,对荧光光纤光电测量系统关键性能和匹配效率进行了对比分析。通过试验获得了绝缘子沿面放电光谱主要成分、特征谱线和随放电强度变化的光谱统计范围,并结合绝缘子沿面放电发射光谱、荧光光纤激发光谱、光纤的捕获效率,对比分析了两种荧光光纤对局部放电的荧光激发效率,得到了两种典型聚苯乙烯（PS）荧光光纤的激发强度和激发效率。结果表明：激发光谱为299～477 nm的光纤要优于294～410 nm的光纤;R3896型光电倍增器（PMT）与荧光光纤系统结合匹配效率更优,PMT在最优驱动偏压下信噪比（SNR）达到峰值12.45 dB;在最优驱动偏压下自然散热系统的自温漂效应大致为7%,冷却恢复时间大致为40 min。