交直流复合电场–温度场下油纸绝缘内水分暂态分布规律研究EI北大核心CSCD

换流变压器的稳定运行是维护电网安全的重要保证,其主绝缘承受交直流复合电场-温度场的联合作用,内部水分暂态分布规律与传统模型不同。因此,该文构建复合电场-温度场下的单、双侧水分暂态扩散模型,修正油纸界面处水分的平衡条件,并进行相关的仿真与试验验证。首先,根据仿真结果可知,油浸纸板的厚度、活化能均会对油浸纸板内部水分暂态分布情况产生影响。在复合电场-温度场作用下,纸板内部水分扩散方向与电场方向有关,纸板微元内电阻率的分布直接影响水分的迁移速率;油浸纸板内部水分的迁移速率较仅受温度场作用时更快,且在油纸界面水分平衡时,纸板内部稳态含水率更高。同时,该文根据频域介电响应曲线的“二次平衡”规律发现,随着测试温度的升高,油纸绝缘模型内水分达到第一次稳态平衡时,油浸纸板内水分变化量逐渐增大,测试温度越高,水分变化量越明显;在相同大小的电场应力作用下,高温将对油纸绝缘模型内水分的第二次稳态平衡起到一定的促进作用。     

12 kV复合绝缘开关设备的绝缘特性研究

采用复合绝缘代替纯空气绝缘的金属封闭开关柜,实现了空气绝缘开关柜的小型化。但其多种绝缘介质以及绝缘界面共存的复杂结构,对电场分布以及其绝缘能力的评估带来了很大的困难。文中针对空气绝缘开关柜中的固封—手车式断路器触臂处复合绝缘结构进行了研究,通过对不同绝缘结构和绝缘材料在各电气间隙情况下的绝缘能力进行仿真和试验,结果表明:电场仿真中的最大电场强度不能作为评判复合绝缘击穿的标准,复合绝缘结构中的关键部位,如小间隙、界面等处的电场大小对绝缘耐受能力具有决定性的意义。研究结果为复合绝缘结构设计及仿真提供有益的参考。     

新型绝缘结构的电容式电压互感器的研究

对研制新型绝缘结构的电容式电压互感器的技术性能进行了阐述，说明该产品的研究开发是成功的。     

配电电缆附件复合绝缘界面缺陷类型和位置对电场分布的影响研究

配电网电缆附件是配电网系统的关键部件,其复合绝缘XLPE/SIR界面是最为薄弱的绝缘位置。该文模拟了电缆附件安装和运行过程中出现的典型缺陷,设计了电缆附件复合绝缘XLPE/SIR界面存在气泡、气隙、水珠、水膜、金属杂质、半导电杂质和绝缘杂质七种界面缺陷结构,通过建立配电网电缆附件界面缺陷电场仿真模型,研究典型缺陷下电缆附件内部电场畸变规律。仿真结果表明：在工频下,气泡缺陷与气隙缺陷在界面上引起的最大电场强度畸变值分别为13kV/mm和4.58kV/mm,随着气泡缺陷尺寸的增加,电场畸变呈小幅增大趋势;水珠缺陷和水膜缺陷引起的最大畸变电场分别为2.94kV/mm和3.74kV/mm,随着缺陷尺寸的增大,电场畸变明显加剧,当尺寸增大两倍时,水珠和水膜引起的最大畸变电场分别提高了18.7%和16%;随着缺陷远离应力锥根部,金属缺陷与半导电缺陷引起的电场畸变先增大后减小,最大畸变电场出现在距离应力锥约2mm处,畸变值约为3.65kV/mm。相比而言,绝缘缺陷引起的最大电场畸变出现在应力锥根部,约为8.74kV/mm,随着缺陷远离应力锥根部电场畸变呈现明显的下降趋势。该文研究结果对于配电网电缆附...     

含水率对复合电场下油纸绝缘电场分布的影响

为研究含水率对换流变压器油纸绝缘电场分布的影响,以典型油纸绝缘结构为研究对象,首先根据典型油纸绝缘结构建立了其等效物理模型和电路模型,并得到了复合电场下电场分布的数学表达式。结合不同温度及含水率下变压器油和浸油纸板绝缘电阻率及相对介电常数的测量结果,通过仿真分析得出了复合电压作用下油纸绝缘中电场分布与含水率及交流含量的关系。研究结果表明,水分对复合电压作用下油纸绝缘的电场分布有着显著的影响,当水分达到平衡状态时随含水率的增加油中场强增强、浸油纸板中场强减弱;随着绝缘体系整体含水率的上升,油纸绝缘电场分布的变化呈加速趋势;水分对油纸绝缘电阻率的影响远高于其对相对介电常数的影响,从而导致水分对高直流分量复合电压下的油纸绝缘电场分布产生较大影响。     

温度对复合电压下油纸绝缘电场分布的影响

为研究温度对复合电压下油纸绝缘电场分布的影响规律,该文在实验室中开展温度及含水率对油纸绝缘的电阻率及相对介电常数影响的试验研究,在此基础上通过仿真手段分析复合电压下油纸绝缘电场分布与温度的关系特性。试验结果表明,温度对油和浸油纸板的相对介电常数影响较小,但对电阻率的影响较大;随温度的升高油和浸油纸板的电阻率都呈指数规律下降,但两者的下降速度存在较大的差异;浸油纸板和油的电阻率随含水率增加均按指数规律下降。仿真结果表明,温度升高将导致纸中电场强度下降和油中电场强度上升,且水分平衡处于暂态过程时油纸绝缘中电场强度的变化幅值比稳态时的变化幅值大得多,交流含量越低该现象越明显。分析后得出结论,油和纸相对介电常数的比值随温度变化较小,而两者电阻率的比值随温度变化大,这是导致低交流含量的复合电压下温度对油纸绝缘电场分布有较大影响的主要原因。     

基于有限元的500 kV复合绝缘横担电场分布仿真分析

复合绝缘横担由于其绝缘性能好、质量轻、节约输电走廊等优点应用前景广泛,然而目前针对复合绝缘横担尤其是500 kV及以上电压等级的生产设计、试验验收、施工运维、标准规范等研究国内外尚属空白。高压复合绝缘横担在运行过程中的电场分布特性是复合绝缘横担设计、验收过程中必须解决的问题,针对此,本文建立了500 kV复合绝缘横担电场分布及电位计算模型,利用COMSOL有限元分析软件对500 kV复合绝缘横担及其相连接部分杆塔进行仿真分析。此外,为了确保后续老化、绝缘实验的便捷性及可操作性,建立了500 kV复合绝缘横担缩比模型,并确定缩比模型的试验电压。结果表明：复合绝缘横担表面最大场强出现在横担高压端,电场强度为3.82×10⁵ V/m,斜拉绝缘子表面最大电场强度为支柱横担的86.38%,最大电场强度为3.3×10⁵ V/m。确定了当缩比模型按照原尺寸的1∶5进行缩放时,使得缩比模型的表面最大场强达到预期电场强度的试验电压为60 kV,为复合绝缘横担的室内初期试验提供了理论依据。     

10kV电压互感器绝缘老化仿真

以10kV电压互感器为例,使用ANSOFY软件建立了仿真模型,对电场和温度场进行三维仿真运算,并使用MATLAB软件编辑FALLOU电热联合老化公式,绘制出互感器不同部位的绝缘老化速率图像,作为绝缘强度设计的依据。     

复合电场针板模型下局部放电发展过程中相位的分布

换流变压器阀侧绕组复杂的工作电压环境及其绝缘优劣情况对电力系统运行可靠性的影响,决定了研究交、直流复合场下变压器油纸绝缘局部放电发展过程的实用价值。通过对复合电场针板模型下油纸绝缘系统放电发展过程的研究,经过多次重复性实验发现复合场下局部放电相位分布在各个时间段内存在明显差异。根据交、直流电压的自身特点,从外施电压提供电能、静电场力做功实现能量转换的角度构建数学模型,得出如下结论:交流电压是放电集中于45°和225°附近的根本原因;直流电压在放电发展过程中加强了外在电能和电势能的转化,从而为各相位发生放电提供了可能。     

改善电力变压器端部绝缘结构中“油楔”区电场分布的研究

通过对电力变压器端都绝缘结构中“油楔”区放电特性的理论分析，提出了两种改善“油楔”区电场分布和提高起始放电电压的有效方法：（1）降低静电绝缘层的介电常数；（2）在“油楔”区各固体绝缘表面涂敷碳化硅（SiC)漆，模拟试验结果表明，两种方法都是可行的。     

35 kV断路器手车柜绝缘异常技术分析

通过对1999年2月投入运行的一110 kV变电站35 kV断路器手车柜运行中出现的绝缘异常进行初步技术分析,从开关、母线的支持绝缘子3、5 kV开关室内外空气对流、导体间净距、绝缘材料介电性能、安装工艺、污秽凝露、制造厂的生产工艺等方面具体着手,提出了相应的解决方案,如加强清扫、增大爬电距离、降低断路器手车柜内外温差、采用增强型复合绝缘材料、采用防污型绝缘子、涂敷防污闪涂料、采用绝缘螺栓连接绝缘板,在载流导体表面加装绝缘护套等,并通过部分实施,效果较好。     

换流变压器油纸绝缘复合电场击穿特性及其试验方法

为了查明换流变压器油纸绝缘在交流叠加直流电场下的击穿特性,利用交流、直流及交流叠加直流等复合电场,对油隙、浸油纸板和油纸复合绝缘进行了击穿试验研究。结果表明：油隙的击穿场强几乎不随交流电压分量变化;浸油纸板击穿场强随交流电压分量增加迅速下降;受浸油纸板击穿特性影响,油纸复合绝缘击穿场强随交流电压分量减小明显提高。说明油隙的击穿场强与交流电压分量基本无关,但浸油纸板的击穿场强受交流电压分量影响严重。依据试验结果,进一步对换流变压器交流和直流电压试验项目的有效性进行了讨论。经分析发现换流变压器主绝缘的油隙与浸油纸板在运行电压下出现的最高电压仍为交流叠加直流电压。交流和直流电压试验的电压幅值能够满足要求,但电压波形与承受的运行电压相差较大。认为交流电压试验考核油隙绝缘介电强度是有效的,而直流电压试验考核浸油纸板绝缘介电强度并不充分。     

利用光电电场传感器测量合成绝缘子的沿面场强

利用光电电场传感器对复合绝缘子表面场强的分布进行了测量,采用平行金属板对研制的电场传感器进行了工频标定实验,并测量了绝缘子棒身表面附近的轴向电场和伞裙下方的径向电场分布。对绝缘子和连接金属导体进行了建模,并利用边界元法计算了绝缘子表面场强的分布,计算结果和测量值基本符合。     

交流500kV复合绝缘子内部缺陷对轴向电场分布的影响

复合绝缘子的芯棒和护套间的胶接界面贯通于绝缘子两端,是内绝缘的组成部分。一旦芯棒和护套粘接不紧密,在界面形成的间隙将畸变周围电场分布,高场强的长期作用将对芯棒机械性能造成影响。为了研究界面缺陷对电场分布的影响,以南方电网某交流500kV线路复合绝缘子断裂事故为研究对象,应用有限元分析软件ANSYS建立了该断裂复合绝缘子的整体模型和子模型,计算了芯棒表面存在缺陷时的电场分布。结果表明:气隙处电场强度增大,但不足以引发局部放电。水分渗入后,缺陷尺寸足够大时电场强度将会超过空气的击穿场强,导致局部放电,进一步加速界面粘接性的劣化;护套破损后内部芯棒暴露,芯棒蚀损使得机械性能降低,最终将引发断裂掉串。     

电力变压器主绝缘电场仿真软件的二次开发及应用

本文中作者对通用电场仿真软件Elecnet进行了二次开发,并介绍了二次开发的基本原理、计算功能、验证分析及在其绝缘击穿变压器上的应用情况。     

110kV电流互感器电场分析与绝缘结构改进

根据110 kV电流互感器一次绕组为发卡形的设计结构,建立了基于Infolytica的三维电场仿真模型,对110 kV发卡形电流互感器的电位分布、电场强度以及绝缘结构进行了仿真计算、分析和研究,并根据研究结果改进了发卡形电流互感器的绝缘结构。     

超高压电力变压器引线电场及成型绝缘件

本文用有限元件法对超高压电力变压器的引线电场进行了计算.根据计算结果和电气绝缘理论,提出了超高压电力变压器引线成型绝缘件的设计原则,进而对超高压电力变压器引线成型绝缘件结构进行了分析,并提出改进意见.本文对超高压电力变压器引线成型绝缘件的设计和生产具有实际指导意义.     

有机复合绝缘干式电流互感器的发展状况和应用前景

介绍了具有我国自主知识产权,结构新颖的有机复合绝缘干式电流互感器的开发与发展过程。论述了该系列产品的结构特点和性能,指出该系列产品将作为更新换代产品而独具广阔发展前景。     

大型水轮发电机绝缘参数对定子线棒端部电场和电位分布的影响

应用COMSOL软件建立了定子线棒端部的有限元仿真模型,分析了绝缘材料电性能参数对线棒端部表面电场及电位分布的影响。结果表明:随着主绝缘相对介电常数的增大,线棒端部表面最大电场增大,主绝缘材料的相对介电常数选择偏小为佳;主绝缘材料电阻率对线棒端部表面最大电场的影响不显著。各级防晕层的相对介电常数对线棒表面最大电场变化影响很小。中阻防晕层非线性电阻系数取较大值时为佳;中高阻防晕层非线性电阻系数对线棒表面最大电场影响很小,但取值为1时最佳;高阻防晕层非线性电阻系数对线棒表面最大电场基本没有影响。不同防晕层初始电阻率对线棒表面最大电场的影响程度不同,通过偏相关分析,得到绝缘材料电性能参数对端部电场最大值的影响程度排序,其中中阻防晕层的初始电阻率和非线性电阻系数为主导因素。     

大型水轮发电机定子线棒绝缘参数对线棒槽部表面电位分布及电场分布的影响

应用有限元分析软件COMSOL建立了定子线棒槽部模型,仿真分析了绝缘材料参数和厚度对槽部线棒表面电位分布及电场分布的影响规律。结果表明:槽部无气隙的情况下,线棒表面电位最大值出现在防晕层上、下表面的中间位置,电场最大值位于主绝缘角落内侧;对线棒表面电位有影响的是主绝缘相对介电常数、防晕层电阻率和主绝缘厚度,在常见的范围内,主绝缘电阻率和相对介电常数基本不影响槽部电场分布;防晕层表面最大电位与主绝缘相对介电常数呈正相关,与主绝缘厚度呈负相关,与防晕层电阻率的对数值呈正相关且后期影响减弱;主绝缘相对介电常数、防晕层电阻率和主绝缘厚度对槽部最大电位具有综合影响,可通过数值分析得到三元三次多项式的回归模型。