运行电压下GIS异物颗粒飞行特征速查法研究及应用

为研究运行电压下GIS设备内部异物颗粒超声波局放检测飞行图谱与异物颗粒对应关系,解决现场局放带电检测难以判断异物颗粒状况的问题,文中针对实际GIS设备结构开展不同类型异物颗粒力学特性分析,仿真分析了126 kV～363 kV GIS设备运行电压下异物颗粒的飞行特征,研究异物颗粒飞行特征速查法,建立物理场仿真模型确定了颗粒轨迹与力学仿真结果的对应性。研究应用结果表明:运行电压下不同厂家GIS设备内部异物的飞行起跳电压与颗粒类型及大小有关,异物颗粒飞行特征速查法提取的特征与实验室检测颗粒飞行轨迹相一致,两例现场应用案例印证了飞行特征速查法能够快速实现设备内部颗粒的状态判断,解体结果显示飞行特征速查法现场应用的准确性。     

126 kV GIS母线导电杆布置方式对异物敏感性研究

GIS设备内不同导电杆布置方式对罐体内部异物的敏感程度不同,文中以正三角布置、倒三角布置及侧三角布置三种典型导电杆布置方式为基础,采用COMSOL对罐体底部固定异物的电场强度进行仿真。通过可跳动异物力学特性分析,建立异物颗粒动态轨迹采集系统。研究表明126 k V GIS母线导电杆倒三角布置方式相比于正三角及侧三角方式,对固定异物引起电场强度畸变的程度更大,对可跳动异物跳动的高度更高、飞行时间更长,对GIS设备的危害性越大,侧三角布置方式次之,正三角布置方式相对不敏感。     

252 kV GIS隔离开关异物缺陷检测及仿真分析

针对252 kV GIS设备隔离开关超声波局部放电带电检测信号异常问题,确定GIS设备内部存在自由颗粒缺陷,建立隔离开关内部电场等效模型,依据设备内部金属材料特点研究不同类型异物颗粒受力情况,开展物理场模型下不同大小异物粒子轨迹仿真,分析隔离开关底部存在片状金属颗粒并进行解体检查验证。结果表明:超声波局放检测能有效检测设备内部异物缺陷,采用数学模型受力分析及物理场粒子轨迹仿真分析可确定设备内部异物颗粒的状况,分析确定的GIS隔离开关底部存在的毫米级铜质金属微粒与解体结果完全一致。     

1100 kV GIS设备振荡冲击试验电压下的波过程仿真计算研究

特高压GIS设备进行现场冲击耐压试验时,GIS内部在振荡冲击电压波作用下易发生电磁波折、反射,由此产生的电压波叠加后可能会高于标准要求的试验电压值从而危及GIS设备绝缘。为有效评估振荡冲击电压下GIS设备内部的过电压水平,优化GIS现场冲击电压试验方法。利用EMTP仿真计算软件,基于现场实际试验参数对GIS正常施加冲击耐压以及GIS发生闪络两种工况下的波过程开展了仿真计算分析,得到了GIS设备各节点的电压分布。结果表明,正常情况下对GIS施加振荡型冲击电压时,GIS各节点电压幅值差异较小,一旦发生内部闪络后,在截断电压波作用下,GIS支路末端电压会远超试验电压值进而引发二次闪络。针对该现象,根据仿真计算结果提出在试验回路中加入阻尼电阻的抑制措施,并结合现场实测进行验证。通过对仿真计算及现场实测结果的对比分析,大幅减少了现场冲击耐压试验次数,有效防止现场试验时过电压对GIS设备的损害,为今后开展1 100 k V GIS设备现场冲击电压试验提供了技术依据。     

基于紫外光/可见光的GIS内部机器人异物识别技术

由于GIS设备绝缘故障中内部异物引发的占比最大,且当检测发现长筒体结构GIS设备内部异物时,传统的吸尘器清理及人工擦拭的方式难以有效发挥作用。为了更加有效的清理GIS管道内的异物,文中在研发的GIS设备内部智能检查清理机器人平台基础上,设计了基于紫外光源/可见光源结合的机器人双光源补光技术,研究了基于双光源补光的机器人图像处理的异物识别算法,为GIS设备异物缺陷检查分析验证及异物清理提供了全新的方案。在两种光源下分别对管道内部拍摄图像,进而对图像进行处理,做异物识别判断,为机器人清理异物提供指导。文中在实现GIS腔体内部异物情况可视化的同时,解决了GIS设备内部智能检查清理机器人单一光源不易发现部分异物颗粒的问题,避免了机器人需要人工经验干预判别异物的难题,提高了GIS设备内部异物检查的效率。     

电压波形对GIS自由金属颗粒放电特性的影响

为了探索较高灵敏度检测GIS设备内部自由金属颗粒的方法,研究了电压波形对自由金属颗粒的影响。在实验室中搭建了自由金属颗粒局部放电试验平台,测量了标准雷电波、标准操作波和工频电压下自由金属颗粒局部放电现象,分析比较了不同电压波形下缺陷的局部放电的特征,获得了冲击电压下不同试验阶段的散点图、柱状图等统计谱图。研究结果表明,在3种电压波形下标准雷电波的局部放电起始电压最低,对自由金属颗粒的检测较灵敏。随着标准雷电电压的升高,在雷电波尾处的放电脉冲个数明显增多,但波头处的脉冲仍仅有一个。随着标准操作电压的升高,在波头和波尾处的放电幅值变大,放电个数增多,且波头处的放电个数增加更明显。不同试验阶段的q-t散点图、q-Δt/Δu散点图及N-Δt/Δu柱状图的形貌特征较有规律,可作为表征GIS自由金属颗粒放电严重程度的特征谱图。     

振荡型雷电冲击电压和标准雷电冲击电压在220kV GIS中的分布特性研究

GIS具有优良的性能,被广泛应用于电力系统,其在出厂时会进行双指数型冲击考核其绝缘性能,而在现场试验时则会采用振荡型冲击电压波形,在两种冲击电压波形作用下GIS内部各节点的电压分布情况是进行试验结果分析的基础。为了掌握不同类型冲击下的电压分布情况,文中利用数值仿真软件ATP-EMTP,对某220 kV GIS设备进行了仿真建模,分别对振荡雷电冲击波与标准雷电冲击波两种电压波下GIS中波的传播情况和各节点出线的电压分布进行了仿真研究,并对两种电压波作用下的节点电压进行了比对分析。结果表明,相比振荡型雷电冲击,施加双指数雷电冲击时会出现相对较大的过电压,随着测量节点与入口处距离的增加,节点电压降低,波形的畸变减弱。文中的研究结果为GIS现场冲击耐压试验方案的确定、整体绝缘强度的判断提供了数据支持。     

GIS罐体内部异物清理机器人的研发与应用

针对气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)内部异物颗粒引起设备内部电场畸变,从而造成设备闪络故障问题,通过对异物颗粒的产生原因及影响因素进行分析,研制了一种GIS罐体内部异物颗粒清理机器人,实现了GIS设备内部可视化异物清理功能。应用结果表明:机器人检测不仅提高了750 kV GIS内部缺陷检查的效率,而且保证了检测人员的安全,为GIS状态检修提供了有效技术支持。     

基于局部放电量的环氧树脂脉冲电应力老化特性研究

针对GIS内出现的冲击型电应力老化现象,设计一套特斯拉脉冲电源发生器,通过控制调节脉冲电压的输出幅值及频率,研究纳米Al2O3填料与环氧树脂共混填充在不同电压幅值、频率试验条件下的绝缘特性和局部放电量的变化规律.结果 表明,较高的脉冲幅值与脉冲频率会加快空间电荷的入射与脱陷过程,加剧复合材料内部局部放电过程,促进导电通道分支的发展,进而使复合材料的老化程度更加严重.该研究结果有利于提升电气设备缺陷发现能力,减小故障几率,缩短停电检修时间,为设备异常故障分析提供参考依据.     

550kV GIS不同冲击波试验电压作用下的电压等价性分析

由于目前GIS现场冲击耐压试验中出现了一些问题,人们对大型GIS设备冲击耐压试验采用振荡雷电冲击波与标准雷电冲击波时GIS内部各节点的作用电压和电压分布情况以及两种试验波形下的耐压考核等价性等问题提出了质疑。从过电压的角度,利用数值仿真软件ATP-EMTP,模拟现场试验对某550 kV GIS设备分别施加振荡雷电冲击波与标准雷电冲击波两种电压波下GIS中波的传播情况和各节点可能出现的最大电压值进行了仿真计算分析,并对两种电压波作用下的节点电压进行了比对分析,同时对现场试验中出现的盆式绝缘子闪络短路故障做了模拟计算分析,得出的仿真分析结论与现场试验结果十分吻合,为进一步完善现场试验方法,修订试验标准提供参考依据。     

110 kV三相共筒式GIS同频同相交流耐压试验中隔离开关断口击穿特性仿真分析

同频同相交流耐压试验技术因无需母线全停,现已在220 kV GIS设备检修或扩建后的绝缘性能试验中得到了广泛应用.然而,110 kV变电站普遍采用三相共筒式GIS设备,由于相间紧凑布置,在对三工位隔离开关进行耐压试验时,隔离开关断口击穿风险较大,这将给系统供电可靠性带来极大影响.使用EMTP-ATP仿真软件搭建了同频同...     

800kV GIS设备现场冲击试验技术探讨

GIS设备的绝缘特性决定了不同的试验电压波形对不同绝缘缺陷的灵敏度。交流耐压试验对绝缘介质污染这一类型的故障发现比较有效,作为投运前的交接试验手段老炼效果良好;而冲击电压试验对绝缘子表面的脏污和导电毛刺等电场结构异常的发现非常有效。GIS设备整体装配完成后,在现场仅进行交流耐压试验,无法提供设备投运前全面的最终检查,因此现场交流耐压试验通过后还应进行现场冲击电压试验。     

GIS中自由金属颗粒缺陷局部放电特性的研究

结合自由金属颗粒局部放电过程中外施电压的变化特点,对GIS中自由金属颗粒缺陷进行了受力分析,根据不同受力的情况．将整个局部放电过程划分为3个阶段。采用脉冲电流法测量了不同电压下自由金属颗粒的局部放dLPRPD谱图,分析了自由金属颗粒的局部放电特点,并对自由金属颗粒缺陷发展过程的理论分析结果进行了验证。     

GIS设备内部检查机器人的模块化设计及实现

由于GIS设备内部存在缺陷或故障需要进行检查时,GIS罐体较长、管径细小,采用人工的方法无法有效查看内部状态并难以进入内部进行检修作业,因此本文研究了GIS设备内部检查机器人,采用模块化设计并实现了柔性机械臂功能、异物清扫功能及环境感知监测功能的模块化替换,可根据不同的作业场所选择对应的机器人功能模块进行内部工作。在实验室搭建了GIS设备罐体进行功能模块实验验证,实验结果表明:柔性机械臂模块旋转角、弯曲角满足GIS内部复杂环境作业要求,异物清扫模块能够完全清理GIS腔体底部的不同类型微小异物,环境监测感知模块可实现罐体内O_2、H_2S、SO_2成分检测,确保机器人在110 kV及以上GIS设备内部发挥效用。     

Dynamics of metallic particle contaminants in GIS withdielectric-coated electrodes

Electrical insulation performance of compressed gas insulated switchgear (GIS) and gas insulated transmission line (GITL) systems is adversely affected by metallic particle contaminants. Dielectric coatings applied to the inside surface of the outer enclosure of a coaxial GIS/GITL system improve the insulation performance in several ways. Coating has the effect of smoothing the electrode surface and reducing the prebreakdown current in the gas gap. Also, the electrostatic charge acquired by a particle is reduced and hence the range of its motion under an applied power frequency field is inhibited. The movement of such particles is complex and dependent on several parameters. In this paper the dynamics of wire particles in a coaxial system under AC voltage is studied when the inside surface of the outer enclosure of a coaxial GIS/GITL system is coated with a high resistance material. Suggestions for reducing the particle excursion in GIS/GITL systems are discussed     

1100 kV GIS现场交流耐压试验放电定位技术研究

在1100 kV GIS设备现场交流耐压试验中,放电定位是其中的一项关键问题和技术保证。为确保设备缺陷检查、处理以及故障隐患排除的顺利进行,针对1100 kV GIS交流耐压试验中放电的定位技术展开研究。首先介绍了特高压交流耐压试验流程。随后结合耐压试验放电的特性,对现有放电定位方法的特点及适用性进行了分析。结合放电定位的实际案例,提出了综合多方信息对放电位置进行准确定位的方法。最后对超声检测信号所包含的信息进行了讨论,证实了依据信号强弱和震荡持续时间进行定位具有较高的准确度。研究内容为后续特高压工程建设以及设备厂家提供了一定参考。     

Phenomena and mechanism of electric charges on spacers in gas insulated switchgears

The phenomenon of accumulated charges on solid insulator surfaces is one of the critical parameters to consider at the insulation design stage, for AC electric power equipment as well as for DC equipment, so it is important to investigate the characteristics and predominant factors underlying various charging mechanisms. Several researches related to this theme have been reported, but independently, and cross-sectional comparison and evaluation from a unified viewpoint are meaningful. In this paper, the resistance of solid insulator is first discussed, showing that the resistances found by diverse measurements are in a fairly good agreement under similar conditions of the temperature and electric field. Next, three kinds of electric charging mechanisms, i.e. volume conduction, surface conduction and electric field emission are characterized in terms of the time constant, applied voltage and charge distribution. Then, eight cases of recent measurements on the charging time are investigated and their charging mechanisms are classified. Electric field emissions are likely to occur with model spacers made in routine GIS manufacturing process at the electric field level used. Further, three examples in cases with metallic particles are introduced, of simulating charge from edge on the tank, spacer surface charging phenomena, and influence of charge on spacer surface flashover. It is expected that this paper wilt be helpful for understanding charging phenomena e.g. on insulation spacers in gas insulated switchgears     

110 kV GIS同频同相交流耐压试验中三工位隔离开关内部电场分布特性

同频同相交流耐压试验技术因无须GIS母线全停,可以显著地提高供电可靠性,近年来在GIS改扩建工程中得到了广泛应用。目前110 kV GIS普遍采用三相共筒式结构,同频试验过程中三工位隔离开关断口或相间可能会存在击穿的风险,需要对三工位内部电场分布进行分析。采用有限元法对同频同相试验技术在110 kV三相共筒式GIS耐压试验中三工位隔离开关内部电场进行了分析,仿真中结合实际试验过程中的加压要求和加压过程所对应的边界条件,获得了试验中三工位隔离开关内部不同位置的电场分布特性,得到了不同加压方式电场较大的位置,在此基础上,对内部结构参数对电场的影响规律进行了分析,研究结果可以为同频同相试验技术在110 kV GIS耐压实验中的应用提供了理论和数据支撑。     

Fundamental insulation characteristic of high-pressure CO/sub 2/ gas under actual equipment conditions

SF₆ gas has been widely used in electrical power equipment such as circuit breakers and transformers due to its superior insulation and interruption characteristics. However since 1997, SF₆ gas has been designated a greenhouse gas subject to emission restrictions at COP3 (The 3rd session of the Conference Of the Parties to the United Nations Framework Convention on Climate Change) so a new insulating gas is needed as a substitute for SF₆ gas. This research considers the use of high-pressure CO₂ gas as an insulator while stressing the environment aspects. Fundamental insulation data for the insulating gas acquired supposing gas insulated switchgears (GIS) consists of; (1) insulation breakdown characteristics under clean conditions and, (2) insulation breakdown characteristics with metallic particle contamination. The parameters in this case were assumed from an actual apparatus viewpoint, to be a high gas pressure up to 2.0 MPa, an electrode size capable of determining the surface area effect, the electrode surface roughness, and metallic particle length, etc. at the base electrode of the 72 kV GIS. As a result, experiments using these parameters revealed insulation characteristics for high-pressure CO₂ gas and that negative lightning impulse decided the insulation design, as well as the present SF₆ GIS. The need for taking measures to suppress PD under AC voltage and also the need for restricting metallic foreign particles around the central conductor and insulating spacer were recognized