12~24kV氮气绝缘环网柜的研制

在气体绝缘环网柜中使用环保的氮气或干燥空气取代SF6气体,又要保持紧凑和小巧的特点,必须要对环网柜绝缘结构进行优化设计。为此,就氮气的绝缘特性和氮气绝缘中压环网开关柜的典型绝缘结构(如间隙绝缘、复合绝缘、支撑绝缘子和穿墙套管沿面绝缘)的最大电场强度进行了分析研究。进而探索了降低氮气绝缘环网柜内电场强度的有效方法和途径:通过改善导体形状可降低气隙间电场不均匀系数至2~3;采用复合绝缘可降低氮气介质最大电场强度约20%;采用双断口结构和复合屏蔽绝缘,可实现工频耐受75 k V/1 min、雷电冲击耐受±145 k V的隔离断口绝缘水平;优化电极形状和绝缘体外形设计,可降低沿面绝缘破坏起始处电场强度,实现在工频耐受65 k V/1 min、雷电冲击耐受±125 k V的绝缘水平;通过电场屏蔽件的设计可降低局部电场集中,提高柜体整体绝缘水平。研制成功了符合IEC 62271-1和GB 11022标准绝缘水平要求的12~24 k V氮气绝缘环网柜(柜宽400 mm)并通过了型式试验,证明了环网柜采用氮气绝缘的可行性。     

变压器套管电场强垂直分量对操作冲击放电特性的影响

为研究变压器套管电场的强垂直分量对操作冲击放电特性的影响,对3种电场分布不同的绝缘结构开展了真型试验。在2种波前时间下,获得了50%放电电压特性曲线,同时建立了110kV油纸电容式变压器套管模型,仿真研究了3种结构的电场分布情况,并通过高速摄影仪观测了3种结构操作冲击放电的过程。结果表明:垂直电场分量通过改变电场不均匀程度会影响操作冲击放电特性;去除电容芯子使垂直电场加强的结构,在操作冲击电压下发生了滑闪放电,空气间隙击穿的迎面流注–先导过程被滑闪放电取代,与标准套管相比,由于电场均匀性提高以及滑闪放电发展受伞裙阻挡,操作冲击放电电压预计升高约11.1%。     

110kV三相共箱式GIS内隔离开关部位电场及击穿特性的分析与研究

应用模拟电荷法对三相共箱式１１０ ｋ Ｖ 的 Ｇ Ｉ Ｓ内直角型隔离开关断口附近的三维电场进行了计算,绘出了各电极表面三维电场场强分布图,同时对结构的绝缘耐受强度进行了估算,对结构进行了绝缘校核及必要的优化计算,为工程实际提供了优化设计尺寸。     

110kV三相共箱式GIS内隔离开关部位电场及击穿特性的分析与 …

应用模拟电荷法对三相共箱式１１０ｋＶ的ＧＩＳ内直角型隔离开关断口附近的三维电场进行了计算,绘出了各电极表面三维电场分布图,同时对结构的绝缘耐受强度进行了估算,对结构进行了绝缘校核及必要的优化计算,为工程实际提供了优化设计尺寸。     

一种非轴对称结构的GIS双隔离开关气室电场优化设计及试验验证

GIS开关气室采用双隔离断口设计,可实现GIS备用间隔扩建安装和耐压过程不停电,但主导电回路非轴对称的偏心布置设计会使内部电场分布均匀度低于轴对称的结构,降低绝缘裕度,设计难度高。提出了非轴对称结构的场强许用值和非轴对称结构气室电场优化设计原则,对功能模块的壳体、触头座等关键部件进行重点设计。通过运行工况电场仿真和针对双隔离断口新增绝缘试验考核方式,验证了电场裕度。结果表明:对于GIS开关气室非轴对称结构的设计方式,可通过优化关键部件的结构设计来实现电场的优化,提高绝缘裕度;电场校核必须充分考虑产品的功能和运行工况,从电场仿真和绝缘试验两个维度来验证,为非标准化结构设计产品的电场优化和校核提供有效方法。     

基于ANSYS的GIS不停电扩建及检修隔离断口设计*

GIS不停电扩建及检修隔离断口绝缘性能是该用途隔离开关设计核心问题之一,其断口设计是否满足可靠电气隔离参数要求,对GIS不停电扩建及检修安全可靠性至关重要.以某型252 kV GIS为例,提出一种不停电扩建及检修隔离断口设计参数,以经验公式计算为初始设计依据,使用ANSYS有限元电场仿真计算的方法,对3种拟定结构进行分析比选,最终得到绝缘性能最优的断口结构.仿真结果表明,随隔离断口开距增大对绝缘性能影响呈饱和趋态,屏蔽结构的优化设计可改善电场分布,增强绝缘性能作用更为显著.根据仿真数据,可为GIS不停电扩建及检修隔离断口设计提供重要的数据支撑和优化方向.     

电场不均匀度对C_4F_7N/CO_2混合气体雷电冲击放电特性的影响

不同电场分布下混合气体雷电冲击放电特性是气体绝缘金属封闭输电线路(GILs)的设计基础,文中分别研究了稍不均匀电场(电场不均匀度系数f=1.6)和极不均匀电场(f=5.3和f=10.3)下C_4F_7N/CO_2混合气体雷电冲击放电特性的变化规律。结果表明:稍不均匀场中,C_4F_7N/CO_2混合气体的放电电压在高气压下出现微弱的饱和趋势,当气压小于0.4MPa时,其相对于在0.4MPa下SF_6的绝缘强度达到了最大值,即随气压的升高,混合气体的相对绝缘性能并无显著提升;随着电场不均匀度的增大,C_4F_7N/CO_2混合气体放电电压显著下降,且正极性放电电压远低于负极性,表现出对电场不均匀的极高敏感性;由此定义了电场敏感系数S,以表征绝缘介质在存在电场集中时放电电压的下降程度,研究结果表明,雷电冲击下气体介质对电场不均匀度的敏感性表现为C_4F_7N/CO_2(5%～20%)SF_6CO_2。     

252 kV GIS双隔离断口不停电扩建装置电压分布研究

为了满足GIS扩建对接及现场耐压时不停电所需的高绝缘裕度扩建断口要求,文中介绍了一种252 kV GIS双隔离断口的不停电扩建装置,采用两个隔离断口串联方式构成扩建断口,由于受断口等效电容和对地杂散电容的影响,两个断口分压比并非1:1关系。为校验双隔离断口的绝缘性能,首先分析确定不停电扩建断口最大承受电压;再建立等值电路模型进行理论计算公式推导;然后以Ansys有限元软件为计算工具,以理论公式与仿真计算相结合的研究分析方法,得出断口电压分布情况。结果表明,高压侧隔离断口电压明显高于低压侧。对于三相共箱结构,三相的断口分压比略有不同,中相分压比稍低。根据计算结果,可评估双隔离断口的绝缘性能,进而有针对性的对其结构优化设计。     

126 kV复合套管SF6电流互感器绝缘结构设计

利用有限元法对复合外套电流互感器的电场进行了计算和优化设计,并通过雷电冲击电压耐受试验、工频电压耐受试验和局部放电试验,对其绝缘结构设计进行了验证, 提出了改善复合套管电场分布的具体措施。     

小型气候箱绝缘套管电场分析与结构优化设计

通过绝缘套管向小型气候箱内引入高电压进行考虑气候因素的高压放电试验时,若绝缘套管结构设计不合理,容易发生局部放电进而加速套管绝缘老化。为避免这一现象发生,在自制小型气候箱前,首先利用ANSYS软件对小型气候箱绝缘套管电场分布进行仿真分析。从分析结果发现,在安装板处套管电场强度较高,且分布极不均匀。对绝缘套管的结构及安装方式提出优化设计方案,明显改善了电场的分布状况,这一优化方案对于绝缘套管的生产及加工具有现实的指导意义。     

局部放电的静电场仿真定量分析

在指导电气产品的绝缘设计方面,电场仿真分析的应用日益广泛。以局部放电测试工装为研究对象,分析静电场仿真数据与局部放电起始电压之间的量化关系,提出采用静电场仿真数据预测局部放电起始电压的方法,并通过试验验证了该方法的可行性。研究表明,仿真数据中的最大电场强度、最大场强位置周边区域的电场不均匀系数与局部放电起始电压息息相关。对某工况下的局部放电起始电压进行预测,结果表明预测方法适用于稍不均匀电场的结构,试验测得的局部放电起始电压与预测电压的误差不超过10%。     

水份对变压器油纸绝缘沿面放电影响的探讨

本文首先研究了交、直流电压作用下,绝缘油中的水滴分别在球板电极系统这种不均匀电场及平行平板电极系统这种均匀电场中的运动状态。还探讨了在不均匀电场作用下,油纸绝缘结构中受潮的绝缘纤维纸板内部水份的运动规律。最后,试验研究了油纸绝缘结构在棒-板电极作用下,油的含水量一定时,绝缘纸板含水量的不同对油纸绝缘沿面放电起始放电电压的影响。     

典型断口结构下C4F7N/CO2混合气体绝缘特性实验研究与仿真分析

环保C4F7N/CO2混合气体是目前最具潜力的SF6替代介质.为研究C4F7N/CO2混合气体绝缘特性及其与典型断口结构下电场的匹配关系,该文结合72.5kV开关产品隔离断口、同轴电极两种结构进行了样机设计,通过实验研究了雷电冲击电压下,不同充气压力、不同断口开距等对气体绝缘性能的影响,通过仿真计算获得了不同断口结构、不同断口开距下的电场强度分布变化.实验与仿真结果表明,隔离断口结构及同轴电极结构下,表压0.4MPa的20％C4F7N+80％CO2混合气体、表压0.5MPa的16.7％C4F7N+83.3％CO2混合气体,绝缘强度均可达到同等气压下纯SF6气体的80％以上.在隔离断口结构下,开距8mm、246kV施加电压(0.4MPa下50％击穿电压),计算断口间的最高电场强度为38.3kV/mm;在同轴电极结构下,间隙10mm、228.5kV施加电压(0.4MPa下50％击穿电压),计算同轴间隙间的最高电场强度为26.8kV/mm.为达到表压0.4MPa、开距6mm下纯SF6气体的绝缘水平,C4F7N/CO2混合气体的压力可增大至0.5MPa或断口距离增大至约8mm.该文最后还对C4F7N/CO2混合气体的电场强度设计基准进行了探讨.实验研究与仿真分析结果验证了C4F7N/CO2混合气体工程应用的可行性,尤其对开关设备中应用C4F7N/CO2混合气体时的绝缘结构设计具有指导意义.     

湿润污秽绝缘表面电场及针板电极下的沿面放电

为研究湿润污秽条件下绝缘表面电场分布和沿面放电特性,基于ANSYS软件建立了绝缘表面存在水膜和水滴的简化模型,用准静态谐分析法计算了湿润污秽对绝缘表面电场和沿面电位的影响。对针板电极下瓷和室温硫化硅橡胶的沿面放电进行了研究,对其影响因素展开分析。结果表明:以湿润污秽为中心的小区域电场发生畸变;瓷绝缘表面的污秽水膜影响绝缘子电压和电场分布,其电导率对绝缘子局部区域的电压分布具有影响。分离污秽水珠的个数、体积和电导率对室温硫化硅橡胶表面电场造成不同程度的影响,绝缘表面闪络过程存在阶段性。不同电场下的污秽水珠运动存在差异,不同绝缘表面沿面放电存在明显区别;电场极不均匀是导致针板电极下沿面放电存在极性效应的主要因素,湿润污秽的分布、体积和数量对极性效应均存在影响。     

小型金属体异物对126 kV GIS绝缘性能影响的研究

正以GIS三相共箱母线为研究对象,基于静电场分析理论,建立三维电场仿真模型,采用有限元分析方法,对可能存在四种小型金属体异物的母线进行全场域电场数值仿真与绝缘分析,得出零件异物对电场分布的影响,并通过工频耐受电压试验、局部放电量检测试验和雷电冲击耐受电压试验对其绝缘性能进行校核。     

冲击电压下SF_6棒-板间隙放电极性效应的反转现象

电压等级较高的系统中,由特快速暂态过电压(VFTO)引起的气体绝缘组合电器设备(GIS)绝缘事故日益严重。为给GIS绝缘结构的优化设计提供参考,研制了陡前沿冲击实验装置,并利用其研究了SF6棒–板间隙在VFTO和雷电冲击(LI)作用下的绝缘特性。结果表明稍不均匀和极不均匀电场下,SF6间隙放电均存在极性效应。稍不均匀电场下,正极性VFTO与雷电冲击50%放电电压均高于负极性。极不均匀电场中,随着气压增加雷电冲击下SF6放电出现了极性反转现象:气压较低时,负极性雷电冲击放电电压高于正极性;当气压高于某临界气压时,正极性雷电冲击放电电压高于负极性。出现极性反转的临界气压值与间隙电场不均匀系数相关,随电场不均匀度增加而减小。极不均匀场中,VFTO作用下,负极性50%放电电压较正极性高,但在较低气压时,会出现负极性VFTO放电电压低于正极性的现象。分析表明,极性效应反转是由不同极性电压下SF6间隙中空间电荷迁移和扩散的差异而形成的。     

老化对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程特性的影响

长期运行换流变压器中存在由沿面放电导致的绝缘故障的现象,而针对换流变压器中交直流复合电场下老化油纸绝缘的沿面放电发展过程特性研究又相对缺乏不足。因此,采用在130℃下加速热老化方法制备不同老化程度的油纸绝缘试样,并使用CIGRE method II推荐的典型球板电极模型对不同老化程度油纸绝缘试样在不同比例交直流复合电场下的沿面放电起始电压、闪络电压以及沿面放电发展速度等特性进行了对比分析研究,同时对老化前后油纸绝缘沿面放电发展过程中放电特征参数的变化规律展开了研究。研究结果表明,随着交直流复合电压中直流电压分量的不断增大,老化油纸绝缘沿面放电起始电压和闪络电压均呈现逐渐上升的趋势,其中纯交流电压下的沿面放电起始电压和闪络电压均最低;相同电压作用下的沿面放电起始电压随着油纸绝缘老化程度的不断加剧呈现先上升后下降的趋势;随着油纸绝缘老化程度的不断增加以及交直流复合电压中直流电压分量的不断增加,油纸绝缘沿面的爬电距离不断延长、耐受时间逐渐缩短,沿面放电发展速度逐渐加快。与未老化油纸绝缘沿面放电过程放电特征参数变化规律相比,老化后沿面放电发展特征参数幅值较大,各阶段变化起伏较少,变化趋势直接明显;同时发现交直流复合电压中的直流电压分量对老化油纸绝缘沿面放电发展具有加速的作用,而且直流电压分量越高,加速作用越明显。     

一种12 kV双隔离干燥空气绝缘环网柜的研发

为丰富环网柜主回路结构形式,满足不同用户的需求,设计一种采用双隔离主回路方案的干燥空气绝缘环网柜.该方案采用真空主开关两侧布置隔离开关,在出线侧布置接地开关的主回路结构形式.为实现零表压干燥空气下满足绝缘要求,同时结构紧凑,采用固封绝缘、均匀电场方法优化主回路结构.通过理论计算和有限元仿真,对主回路关键绝缘结构进行电场...     

干燥空气绝缘开关柜中应用的固封极柱绝缘结构设计及优化

为了实现气体绝缘开关柜的绝缘介质由SF6向干燥空气等环保型气体转变,开发一种结构小型化、绝缘水平满足要求的干燥空气绝缘开关柜中使用的固封极柱是亟需解决的问题。文中分析了40.5 kV SF₆固封极柱置于干燥空气绝缘开关柜中的相间及对地电场分布,结果显示灭弧室动、静端盖板以及绝缘拉杆附近的气—固沿面电场严重超标,易造成沿面闪络。依据气—固复合绝缘理论,采取增加均压屏蔽网、改进绝缘壳体外观结构、重新设计绝缘拉杆等措施进行电场优化。通过仿真分析,优化设计后的固封极柱灭弧室端盖附近沿面最大场强由3.4 k V/mm降至2.03 kV/mm,绝缘拉杆沿面最大场强由4.1 kV/mm降至1.7 kV/mm。对优化前后的固封极柱进行了局部放电和雷电冲击耐压试验,局部放电试验的起弧电压由35 k V提升到62 kV,雷电冲击耐压试验的峰值耐受电压由145 kV提升到218 k V,证明了优化方案的可行性,为后续40.5 kV及更高电压等级的类似固封极柱的研发及优化提供了有关参考。     

投切过电压累积作用下干式空心电抗器匝间绝缘局部放电特性

为研究投切干式空心电抗器过程中产生的指数衰减振荡过电压对匝间绝缘的影响,制作了模拟实际干式空心电抗器匝间绝缘结构的试样模型,搭建了指数衰减振荡过电压试验平台和局部放电测试平台,研究投切过电压累积作用下匝间绝缘局部放电特性参数的变化规律并进行验证性试验。结果表明:投切过电压导致干式空心电抗器匝间绝缘强度大幅下降,应减少投切次数或采取措施限制投切过电压幅值;综合多个局部放电特征参数的变化规律可以表征过电压累积作用导致匝间绝缘老化的程度;过电压作用下发生的局部放电是导致匝间绝缘老化的主要原因之一。通过提高匝间绝缘局部放电起始电压的方法增强绝缘,为电抗器改进制造工艺提供参考。