油浸纸套管电容芯子极板边缘电场分布的仿真及优化方法

在各电压等级的电容式套管中普遍存在极板边缘电场效应。极板边缘电场突变,形成局部强场区,引发极板边缘放电,对电容式套管安全运行构成威胁。目前常规的电容芯子设计方法中,采用电容串联分压模型计算电容芯子径向电场及轴向电场,但该模型仅适用计算芯子内部平均电场。现有的仿真计算中考虑了套管局部及整体的电场分布,但忽略了极板厚度及边缘形貌,对极板边缘的电场缺乏细致分析,进而使得极板边缘电场控制措施不明。利用Infolytica有限元软件,仿真分析了油浸纸套管电容芯子极板边缘不处理、极板边缘单折边、加半导体纸等3种情况下极板边缘区域的局部场强可视化分布情况。研究结果表明,极板边缘不处理情况下极板边缘场强远大于极板中部均匀场强,极板边缘单折边、敷设半导体纸可分别使得极板边缘场强下降19%、33%。极板边缘单折边及敷设半导体纸的方式均可降低边缘场强。在实际套管电容芯子设计及生产过程中,建议采用10~20 mm宽度的单折边或敷设半导体纸改善边缘电场的方法,以电场分布的均匀化、不增加芯子主体尺寸的方式,降低极板边缘电场效应,提升套管安全运行水平。     

新型智能管套内部电场分析及尺寸优化

分压屏对套管内部电场分布存在一定程度的影响,尤其在分压屏极板两端的电场容易产生畸变,给套管的安全稳定运行带来一定隐患。针对此,通过插值拟合的方式,建立分压屏极板边缘电场强度与极板尺寸之间的函数关系,并根据该函数关系优化分压屏极板尺寸,使套管内部电场分布尽量均匀、合理。采用大型有限元计算软件Ansys对套管内部电场进行仿真计算,结果表明,分压屏极板的位置及尺寸优化后能够满足要求,可使套管内部最大电场强度值降低45％,并有效改善分压屏极板两端的电场畸变问题。     

高压电力电容器极板边缘电场的简易计算

文章针对现代电力电容器普遍采用的极板凸出和折边结构,使用简化的电路模型求解极板边缘绝缘中的电场分布,给出了表达边缘电场的一些概念和计算电场分布的一些公式,还给出了极板边缘电容的计算公式。极板边缘绝缘中的电场分布极不均匀,最大场强出现在极板边缘的表面上,其值等于平均场强与电场畸变系数的乘积,随着至极板边缘的距离加大,遵循指数函数规律迅速衰减为零。这些概念和公式有助于对边缘电场的认识和理解,能够对电容器的结构设计﹑性能分析和制造工艺提供理论指导。     

电热耦合模型应用于高压干式直流套管径向温度和电场分布计算

高压干式直流套管运行中内部径向电场、温度场分布是表征套管性能的重要参数,关系着套管芯子的长期安全稳定运行。套管中心导杆欧姆发热和绝缘介质焦耳发热是芯子内部存在温度梯度分布的主要原因,且绝缘介质电导率与温度密切相关,而直流条件下电场分布又取决于电导率,因此高压直流套管电场与温度场的计算是一个相互耦合的过程。鉴于此,首先建立套管芯体圆柱模型,并进行半解析理论公式推导,实现了电场和温度场的解耦计算。在此基础上,提出了有限元电热耦合模型和计算流程,并将电热耦合理论模型与有限元模型在实际套管结构下的电场、温度场计算结果进行对比,两者吻合较好,证明了有限元电热耦合模型的有效性。进一步将有限元模型推广到与实际套管芯子结构相同的圆锥模型,计算了某干式直流套管芯子内部电场、温度场分布,并对芯子外轮廓结构进行了优化设计。优化目标为在额定运行条件下,套管最热点温度接近90℃,且套管径向场强最大值约为3.5 kV/mm,分布较均匀。最后对该干式直流套管样机进行了温升和电性能试验,证明了优化设计方案的可行性。提出的电热耦合理论、有限元模型,以及电热解耦计算方法和芯子优化设计流程可以为高压干式直流套管的研制提供参考。     

淋雨条件下变压器套管伞裙参数优化与仿真

目前国内外对变压器套管伞裙参数的研究较少,而且在已有的套管闪络特性研究中大部分采用空心套管试品,未考虑内部导电杆对套管外绝缘电场的影响。通过有限元COMSOL软件对500 k V变压器高压套管进行建模仿真,研究了淋雨条件下伞间距和伞伸出对套管外绝缘电场的影响。同时建立无导电杆和电容芯子的简化模型,研究了导电杆和电容芯子对套管外绝缘电场的影响。结果表明,伞间距增大使空气间隙电场相对极差明显降低,也使空气间隙平均电场略微上升。沿面路径平均电场随着伞伸出增大而线性减小,其相对极差在大伞伸出为85~100 mm时随着伞伸出增大而减小。无导电杆时,伞裙凹陷处电场强度略高,伞裙边缘处电场畸变减小,但套管外绝缘电场分布与有导电杆时基本相似。     

含有非线性电场均化层的高压套管电场分布特性

直流套管是制约我国直流输变电技术发展和安全可靠运行的主要因素之一。该文提出了含有非线性电场均化层的高压套管技术路线，仿真研究了接地屏位置、长度以及非线性电场均化层几何尺寸、材料参数对高压套管电场分布的影响规律。分析表明：接地屏的位置和长度主要影响导杆表面电场值及其电场集中区域范围；电场均化层的长度、非线性参数、位置会对套管内部及表面电场分布产生显著影响；更长的电场均化层、较低的非线性材料阈值场强以及更远的电场均化层到导杆表面的距离均能有效均化套管电场。直流电场下含有非线性电场均化层的高压套管电场分布与交流电场下存在较大差异，具有高阈值场强的非线性电场均化层均场效果更优。非线性均压层能够有效改善高压套管的电场分布，无需采用电容均压结构。该工作将为非线性复合材料在高压套管中的应用提供参考。     

变压器套管电容芯子结构的优化设计

为了提高变压器套管的绝缘能力,优化变压器套管内部的场强分布。利用有限元法建立变压器套管的计算模型,引入神经网络遗传算法进行优化计算。结果表明:随间距的增大,油、电容芯子的最大场强成非线性减小;随厚度的增大,油、电容芯子的最大场强也随着减小。通过优化计算,优化间距为2.379mm,厚度为0.220mm,变压器套管的油、电容芯子最大场强分别减小了14.68%和12.86%,使得变压器套管的电场分布更为均匀。结果可为变压器套管的参数设计提供一定的参考作用。     

基于不同心体设计方法的±800 kV对接式直流穿墙套管电场分布规律研究

环氧树脂浸渍干式对接结构穿墙套管内绝缘由两个换流变干式套管电容芯体尾部对接而成,复合绝缘外套与电容芯体之间充SF6气体。电容套管的内绝缘即电容芯子为电气设计计算的关键部件,目前对电容式套管的主绝缘设计大多采用等电容和等裕度设计方法,两种芯子设计方法下对对接式直流穿墙套管的电场分布有不同的影响,因此讨论基于解析式的电容式套管内绝缘等电容和等裕度设计方法,仿真计算对接式直流穿墙套管不同芯子设计方法下的电场分布,得出对接式直流穿墙套管在不同芯子设计方法下的电场分布规律,发现等裕度设计方法局部放电起始电压比等电容法提高了,这对保障对接式直流穿墙套管的安全稳定运行具有重要意义。     

纳米氮化硼改性绝缘纸板在μ800 kV干式套管中的电场仿真分析

为了探究高压直流干式套管中温度梯度对电场分布的影响机理,以±800k V换流变压器干式套管为研究对象,利用多物理场耦合软件对套管芯子径向温度场电场分布进行了研究,利用氮化硼(Boronnitride,BN)纳米粒子对环氧浸渍纸进行改性,尝试通过降低温度梯度的方法来改善电场分布。研究发现:BN粒子的引入改变了材料的电导率温度系数b,并增大了导热系数λ,降低了电容芯子温度梯度;随着载流量的增大,电场分布曲线出现绕曲线中心旋转的现象,并表现为电场梯度从负值开始不断增大;分布曲线旋转角度大小,电场梯度增大大小均可以用bΔT和bd T(r)/dr来表示;适当大小温度梯度的存在,有助于电场均匀,当bΔT=ln(r2/r1)时,电场分布均匀;b/λ从材料角度反映了电场分布曲线旋转速度,b/λ较小的材料,在不同载流量下的电场梯度相近,减小了载流量变化对电场分布的影响,使得材料在较大载流量时电场梯度较小;若材料仅在单一载流量下应用,则可以通过温升大小,来近似计算b来筛选材料,可以基本实现电场分布均匀。     

油浸纸套管电容芯子浸渍不良缺陷的放电过程及其特征

为了研究油浸纸套管浸渍不良缺陷的劣化机理,研制了透明的套管模型,利用良好套管模型漏油后补油不抽真空的方法,模拟浸渍不良缺陷;利用阶梯升压法,研究浸渍不良套管缺陷模型的局部放电参数、介质损耗正切值和电容量的变化情况,同时观测了放电过程中的产气部位和产气现象,并结合试验后解剖,分析油浸纸电树枝碳化通道。研究结果表明,对于油浸纸套管浸渍不良缺陷劣化过程,局部放电检测比较灵敏、特征显著,而介质损耗正切值、电容量检测不灵敏。放电位于芯子末屏极板边缘,沿极板边缘纸层表面发生电树枝沿面爬电并产生连续的气泡。放电相位呈现明显的对称分布,放电相位与放电量的φ-q散点图呈现"翼状"分布特点,可作为诊断和识别油浸纸套管电容芯浸渍不良缺陷放电严重程度的特征谱图。     

特高压换流变压器网侧高压套管胶浸纸技术应用研究

国内广泛应用的换流变压器网侧油浸纸(OIP)型套管多次发生漏油产气故障,一旦套管出现故障,对换流变及系统运行危害巨大,而胶浸纸(RIP)型套管不存在漏油、产气的问题,相对而言安全性能更优。基于此,考虑研究特高压换流变压器网侧胶浸纸高压套管技术。首先根据特高压换流站网侧运行技术条件,经电场分析计算、主绝缘分析计算确定了换流变压器550 kV RIP网侧套管技术参数。另外,研发过程中充分考虑现有套管的故障情况,采用多种底部连接方式,试制时克服电容绕制、环氧树脂浸渍等多重困难,采用新工艺。依据此技术参数研发的RIP套管油中绝缘长度增长约200 mm,增强了油中耐闪络放电能力,提升了套管轴向绝缘裕度;套管油中绝缘厚度增加了约15%,提升了局部放电起始电压和电容心子径向绝缘裕度。该型套管一次通过全部型式试验项目,并完成升高座处电场强度第三方校核,具备安全挂网运行条件。该产品已于2019年6月24号在天山换流站投入实际运行,各项运行指标正常。     

施工缺陷对超导电缆中间接头内电场分布的影响

中间接头在高温超导电缆中是最薄弱的环节,制造和施工环节中造成的任何缺陷都有可能在运行时产生电场畸变,缩短中间接头使用寿命,施工缺陷严重时可能引发电缆局部放电、击穿等事故。为此本文利用有限元仿真软件分析了绝缘层划伤、绝缘层杂质、超导带焊接毛刺三种典型施工缺陷对接头内电场分布的影响规律。研究结果表明,绝缘层划伤存在空气隙时,最大电场强度随着空气隙厚度增加而减小;而当空气隙厚度保持不变时,最大场强与空气隙长度呈正相关增大。绝缘层残留杂质时,半导电层切断处、超导带焊接部位附近的绝缘层杂质周围电场畸变最严重,且超导带焊接部位周围最大场强大于半导电层切断处。此外,杂质大小、位置及带电与否均会对电场造成很大影响。随着杂质半径增加,超导带焊接部位和半导电层切断附近杂质周围场强近似呈正比例增长;杂质不同电荷量和电性对电场畸变程度同样有重大影响,特别是当部分杂质为电负性时,周围最大场强均超过5MV/m。超导带焊接毛刺的位置及大小对场强有较大影响,其中在超导带焊接部位与绝缘层分界面处场强最大,且沿超导带焊接部位径向的毛刺周围场强高于沿轴向的场强。研究成果为分析超导电缆故障原因,制定接头施工工艺提供一定参考。     

±1100 kV直流纯SF_6气体绝缘穿墙套管关键技术研究

±1100 k V直流纯SF_6气体绝缘穿墙套管(以下简称±1100 k V直流穿墙套管)为目前世界电压等级最高的直流设备,也是直流输电系统中的关键设备。依托昌吉至古泉±1100 k V特高压直流输电工程,以±1100 k V直流穿墙套管为研究对象,建立了套管的三维物理模型,从直流绝缘材料、电场强度、机械强度及温度场等方面进行优化设计,并制造了±1100 k V直流穿墙套管样机。该样机顺利通过了全套型式试验验证,其各项性能指标均满足工程要求。通过该套管的研制,掌握了特高压直流SF_6气体穿墙套管的关键技术,并可以推广应用到其他电压等级产品中。     

中压C-GIS中穿墙套管的电场数值计算及优化设计

本文针对 40 .5kVC -GIS中的重要元件穿墙套管进行了电场数值计算 ,计算出该套管在不同结构尺寸下的场强分布及场强最大值点 ,根据计算结果为工程实际提供了优化设计尺寸和一些改进措施 ,并得到了实验验证。     

空间电荷及金属颗粒对换流变阀侧套管的电场分布影响

换流变压器阀侧套管承受交、直流复合电压,对套管的性能和质量有严格的要求。直流电压下,不同介质界面处空间电荷积聚会引起局部电场的畸变,金属颗粒的存在也会大幅提高局部场强,二者均会降低套管的绝缘性能。文中根据换流变压器阀侧套管的结构,采用有限元分析软件,建立了阀侧套管的仿真模型,分析了加入空间电荷后不同类型电压下套管的电场分布以及金属颗粒对局部电场的影响。结果表明,直流电压下介质界面处空间电荷更容易积聚,交直流复合电压下空间电荷能够引发套管内部局部电场的畸变。与交流电压相比,直流电压下金属颗粒对局部电场的畸变程度影响更大,在SF₆气体中金属颗粒对电场畸变程度的影响大小与其所在位置的关系不大。     

基于频域介电谱法的油浸式套管受潮状态评估

为了定量评估油浸式套管主绝缘受潮状态,建立了考虑直流电导的Cole-Cole双弛豫模型。对实验室制备的不同含水量(0.53%、1.78%、2.97%、3.89%、5.03%)的72.5 kV油浸式套管模型进行测试得到对应的频域介电谱,采用建立的Cole-Cole双弛豫模型对测试结果进行拟合解析,提取表征油浸式套管内绝缘含水量的特征参数,并拟合评估公式。考虑温度对现场测试结果的影响,提出了适用于现场的油浸式套管受潮状态评估方法。案例分析结果证明了所提方法的有效性。     

电缆半导电层介电性能对电场分布的影响

用有限元法研究了电缆内外半导电层电阻率及介电常数对电缆电场分布的影响规律.研究表明,随着内半导电层介电常数的增加,电缆内部的最大场强增加,内屏蔽层的场强明显减小,较高的介电常数会引起电介质内电场分布的畸变,过低的介电常数会使半导电层处场强集中,进而可能引发树枝状放电;随着外半导电层电导率的增加,电缆外护层的场强及电压明显降低,这对减小高压电缆绕组电晕发生的概率有一定的指导意义.     

定子线棒内均压结构对槽部电场强度及介质损耗因数的影响

运用计算机软件对24 kV/330 MW汽轮发电机定子线棒进行槽部电场及介质损耗因数的建模分析和仿真计算,得出采用内均压结构的定子线棒比采用原线棒能够有效降低换位处的最大场强18%,为确定内均压层对电场分布的改善效果和露铜点间距的选取提供了理论依据。在真机定子线棒上对具有内均压结构的线棒的介质损耗因数及其增量等性能进行了验证分析,确定了合理的内均压结构。     

高压直流换流变压器油纸绝缘线性与非线性电场分析

换流变压器油纸绝缘材料的电导率受电场强度与温度的影响呈非线性变化。为研究材料非线性对换流变压器极性反转电场分布的影响,对油纸绝缘电导率的非线性变化规律进行了数值拟合,利用RC等效电路进行了计算与分析,并运用Elec Net有限元软件对一台±400 k V换流变压器网侧和阀侧绕组端部电场进行了仿真。计算与仿真结果表明非线性材料极性反转完成时油中最大电场强度为线性材料的78%,但稳态时油中电场强度是线性情况下的36倍。电导率的电场强度非线性会均化由温度梯度带来的电场梯度。最后根据计算与仿真结果提出绝缘的改进方向。