特高压GIS中隔离开关的电场及参数计算

为获得1100kV气体绝缘变电站(GIS)中隔离开关的电场分布规律及相关参数,利用有限元软件对其气室进行了三维电场分析计算,得到了其内部电场强度分布和不同电极表面电场强度分布曲线。分析电场强度结果得出了隔离开关气室内电场强度较大的位置及电场强度值;分析接地开关静触头直径与边倒角尺寸对触头表面附近的电场分布影响从而降低了触头表面场强以提高耐压能力。利用参数化设计语言(APDL)和电场能量法计算电容参数得出的气室内不同位置电容与测试结果比较,两者相对误差<4%,证明利用电场能量法可以获得较为准确的分布电容值,进而为特高压GIS中快速暂态过电压(VFTO)的计算提供了比较准确的分布电容参数。     

电力电容器元件内部的电场计算

电力电容器元件的电场数值计算是电容器设计的主要依据。应用电场数值计算有限元法对电容器元件内部电场进行计算,建立了电容器元件内部电场的计算模型,通过仿真计算得出元件内部缺陷对电场分布的影响,为电容器的绝缘设计及工艺水平的提高奠定了理论基础。     

电力电容器元件内部的电场计算

电力电容器元件的电场数值计算是电容器设计的主要依据。应用电场数值计算有限元法对电容器元件内部电场进行计算,建立了电容器元件内部电场的计算模型,通过仿真计算得出元件内部缺陷对电场分布的影响,为电容器的绝缘设计及工艺水平的提高奠定了理论基础。     

有限元法分析金属杂质对电力电容器元件内部电场的影响

用试验方法直接研究杂质对电力电容器元件内部电场的影响难度大,所以在考虑极板边缘结构的情况下,运用分析结构复杂模型有优势的有限元法进行电场仿真计算。通过有限元法对元件内部电场的计算结果以及电容器的实际运行经验,验证了改进元件模型的合理性。通过仿真计算结果,得到了不同粒径的金属杂质位于不同位置对电场分布的影响规律,为提高电容器的绝缘设计及生产工艺奠定了理论基础。     

800 kV GIS隔离开关快速暂态过电压原因及防护措施

根据某800kV GIS系统建立了GIS系统仿真模型,利用ATP-EMTP计算,分析隔离开关操作过程产生快速暂态过电压的原因,通过对快速暂态过电压作用下设备绝缘特性的分析,优化了GIS结构,避免因导电微粒造成GIS绝缘耐受水平降低,减少快速暂态过电压对GIS内部绝缘的损坏。     

三相分体式GIS一次系统VFTO的建模与计算

对GIS一次系统元件的建模方法进行了总结与讨论,根据实际情况对部分元件的模型进行了修正。用EMTP建立了一实际110 kV GIS一次系统的计算模型,并对特快速暂态过电压和接地导体上的暂态电流进行了仿真计算。计算结果与实测结果进行了比较,验证了模型的有效性和仿真计算的可行性。     

110kV及以上并联及滤波电容器装置桥差保护

介绍了电容器内部故障保护方式大多采用桥式差流保护公式的推导过程及求解方法,并通过计算实例分别求出元件故障击穿被隔离后,同一串联段完好元件的过电压倍数、故障电容器的过电压倍数及不平衡电流值,为产品运行提供参照。最后给出了求解的计算程序。     

110kV及以上并联及滤波电容器装置桥差保护

介绍了电容器内部故障保护方式大多采用桥式差流保护公式的推导过程及求解方法，并通过计算实例分别求出元件故障击穿被隔离后，同一串联段完好元件的过电压倍数、故障电容器的过电压倍数及不平衡电流值，为产品运行提供参照。最后给出了求解的计算程序。     

特高压GIS变电站中快速暂态过电压仿真及其特性分析

在计算快速暂态过电压(VFTO)时,建立准确的全封闭气体绝缘变电站(GIS)暂态电路模型是影响VF-TO的关键。为此,将GIS内部暂态模型和GIS外壳传输特性模型相结合,建立了VFTO整体仿真模型。在GIS内部元件建模时,根据电弧的动态物理过程,建立隔离开关分段式动态电弧模型;结合交变电场下电介质极化原理,建立金属氧化物避雷器(MOA)暂态电路模型;并从GIS本体结构出发,通过三维电场分析,获得较准确的GIS元件暂态模型及参数;结合传输线理论和相模变换,获得GIS外壳暂态模型,并建立了考虑接地体间互感作用的暂态地网模型。最后结合国内某1 100kV气体绝缘变电站,进行VFTO详细仿真。仿真结果表明,分段式动态电弧模型下VFTO幅值标幺值高达1.270(基准值取898kV),较指数时变电弧模型下的VFTO幅值标幺值增加了17.59%,当考虑了MOA的非线性特性时,VFTO的振荡幅值有不断减小的趋势,在仿真时间将近20μs时,VFTO标幺值振荡幅度至0.8。最后将仿真结果与实测波形进行对比分析,VFTO幅值标幺值相差0.2～0.4,证明了所建立的VFTO仿真整体模型的实用性。     

三绕组自耦变压器的波过程计算

以一台500kV自耦变压器为例,通过建立模型和参数计算,分析了雷电冲击过电压下绕组内部的电场分布,找出了自耦变压器的电场分布规律。     

GIS中VFTO对隔离开关气室中盆式绝缘子的影响研究

结合GIS隔离开关气室的实际结构,给出隔离开关燃弧状态的等效电路模型和参数,利用电场能量法计算了气室两端盆式绝缘子的对地等效电容值.在此基础上,对气室两端盆式绝缘子处的VFTO进行了数值仿真,提取频率和对应的电压信息,分析了在VFTO作用下盆式绝缘子的暂态电场分布,并且对盆式绝缘子发生热击穿的情况进行了研究.     

Development of three-dimensional electric field analysis by segment arrangement based on a charge simulation method

This paper describes the development of three-dimensional electric field analysis by using the so-called segment method which enables the electric field to be calculated with high accuracy and with enhanced efficiency, for high-voltage apparatus. In the segment method, electrode configuration of high-voltage apparatus is simulated by small components which are called segments and by the arrangement of several kinds of such segments. In this calculation, the charge simulation method is used which is suitable for segment application. As basic segments, spherical, cylindrical and ring segments are used and in addition to these, as subsegments, disc and elbow segments are adopted for good simulation of the total electrode configuration. In this paper, the fundamental construction and arrangement parameter of segments were discussed. Moreover, the segment method was applied to an actual high-voltage apparatus and the calculation accuracy was discussed. It was clarified that the segment method has sufficient calculation accuracy and is a very efficient means for three-dimensional electric field analysis.     

基于Kerr电光效应的变压器油中直流电场测量系统

在直流电场下油纸绝缘系统中,空间电荷的存在会对系统的绝缘性能造成影响。通过实时测量得到绝缘系统中的电场分布和电荷分布具有重要意义。Kerr电光效应法因不会对绝缘系统中电场分布造成影响而得到很多研究者的关注。由于实验系统中包含较复杂的光学器件及微弱信号检测单元,其实现具有一定的难度。文章采用光电二极管作为光接收器件,采用一种交流电压调制方法,结合锁相放大器实现了对微弱信号的检测;通过检测输出光强中直流和所施加的交流信号分量,计算得到了待测直流电场的数值。试验结果表明该系统具有较好的线性度。     

金属球电磁散射特性FDTD并行计算及性能分析

研究金属球电磁散射特性及其FDTD并行计算,可为金属目标和结构更为复杂的其他目标的电磁散射特性及复杂算法的研究提供理论依据与方法借鉴.采用时域有限差分（FDTD）法分析了自由空间中金属球远区散射电场分布情况,得到了电磁波远场区电场分量和雷达散射截面（RCS）的波形曲线,与现有实验数据作了比对,利用OpenMP＋细粒度方式实现了FDTD算法并行化,并对该并行方法进行了并行性能分析与正确性验证.实验表明,计算结果与现有金属球远场区散射场数据非常吻合,并证明了该并行算法的正确性和有效性.     

Optimization on the internal insulation system of gas‐insulated bushing for 1100‐kV GIS based on multiobjective optimization method

In this paper, we first study the voltage and electric field distribution characteristics under the basic lightning impulse level (BIL) of 2400 kV by finite element method (FEM) calculation which are affected by the internal shielding structure of the gas‐insulated bushing for the 1100‐kV gas‐insulated substation (GIS). On this basis, four parameters of the shielding structure are determined to be the decision variables in the optimization process. Four electric field objective functions and four potential objective functions are also proposed. Using a multiobjective optimization method, we then construct an evaluation function with the eight objective functions mentioned above, which are used to evaluate the electric field and potential distribution synthetically. Furthermore, a combination of FEM and the evolution strategy is used to construct the stochastic optimization objective function with the multiobjective evaluation function. The electric field and potential distribution of the gas‐insulated bushing are greatly improved after optimization, and the electric field strength at key spots is effectively reduced. The insulation system of gas‐insulated bushing for 1100‐kV GIS designed by this method has passed type tests and worked well nearly 3 years. So, this optimization provides a constructive method and useful basis for the design of gas‐insulated bushings for 1100‐kV GIS and other electrical equipment. © 2013 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

1 100 kV GIS 盆式绝缘子的性能

采用ANSYS软件,对1 100 kV GIS盆式绝缘子的电场强度及机械强度进行了详细的分析和计算。在不断优化制造工艺基础上,制造出了性能优良的1 100 kV 盆式绝缘子。电气性能优良,单件顺利通过1 100 kV/5 min工频耐受电压、2 400 kV（1.2/50 μs 峰值）雷冲击电压试验,局放量小于2.3 pC;机械性能优良,水压破坏强度达到4 MPa（2.4 MPa）。     

GIS用SF6高压断路器电场与电压分布计算软件

针对GIS用SF6高压断路器体积小型化带来的电场分布不均匀问题,计算高压断路器内部三维电场分布来优化其内部结构显得尤为重要。为此基于APDL语言开发了一种实用的电场和电压分布计算软件,APDL是ANSYS的二次开发语言,具有参数化操作的特性,使工程人员在无需掌握有限元软件ANSYS的情况下,利用有限元法计算GIS高压断路器内部的三维电场和电压分布。该软件操作灵活、简洁,可选择不同的工况测试模式,计算相应的电场和电压分布,是一种较实用的电场计算软件。     

柔性直流电网单极接地短路电流计算方法

在柔性直流电网工程设计与直流断路器选型中，电网的短路电流是重要的参考依据。针对以架空线作为金属回线网络的真双极柔性直流电网，文章提出了一种单极接地短路电流计算方法。该方法的基本原理是通过建立单极接地故障时电网的状态方程求解柔性直流电网中的短路电流。以张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程为例，通过对比理论计算与系统仿真结果，证明了该方法的正确性与高效性。文中利用该方法分析了限流电抗器电感值等参数对短路电流的影响规律，为工程设计提供了一定参考。文章提出的计算方法可以广泛地适用于不同端数的基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter， MMC）的柔性直流电网工程，为柔性直流电网工程的参数设计与直流断路器的选型提供支撑。     

基于虚拟介电常数法的特高压GIS中隔离开关电场参数计算

提出了用虚拟介电常数法和耦合电压自由度法相结合的方法处理1 100kV GIS隔离开关中的悬浮导体问题.利用有限元软件对隔离开关气室进行三维电场分析计算,获得其内部电场强度分布.通过电场强度结果分析,得出隔离开关气室内电场强度较大的位置及电场强度值.利用APDL对电容参数进行计算,通过与测试结果进行比较,验证了用虚拟介电常数法和耦合电压自由度法相结合处理隔离开关中的悬浮导体问题具有较强的可行性.从而为特高压GIS中VFTO的计算提供较为可靠的分布电容参数.