不同类型自由金属微粒对SF_6绝缘特性的影响

SF_6是气体绝缘设备的最主要绝缘介质,自由金属微粒缺陷极易诱发其发生绝缘故障,不同金属元素微粒对SF_6绝缘性能的影响研究上存在空白,导致设备关键区域金属材料的选择以及微粒类型的识别等方面研究缺乏理论和实验支撑。为此,该文首次结合实验结果、机理分析和仿真计算对不同类型自由金属微粒对SF_6绝缘特性的影响进行了研究。结果表明:自由金属微粒会导致SF_6击穿电压出现明显的下降。随着微粒数的增多,击穿电压的下降程度降低;电极间距越小,自由金属微粒对气隙的影响就越大;相同微粒数下,铜和铝微粒对SF_6绝缘性能的影响相近且明显大于铁微粒。相关结论对SF_6绝缘设备内部不同自由金属微粒诱发绝缘故障的成因以及对金属微粒类型和数目的检测均具有指导作用。     

直流电场下C_4F_7N/CO_2与SF_6/N_2混合气体中铝质球形自由微粒放电敏感度对比分析

直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)充SF_6混合气体或SF_6替代气体时,其绝缘性能将受到自由金属微粒的影响。本文重点针对C_4F_7N/CO_2以及SF_6/N_2混合气体,开展绝缘强度的影响分析。选用的实验气体组份为:C_4F_7N/CO_2(4%/96%)、SF_6/N_2(其中SF_6比例分别为20%、30%、50%和70%)以及纯SF_6气体,在球-碗电极直流电场下,开展微粒影响下的气隙击穿实验。提出微粒放电敏感度(DSP)的概念及定义,用以评估不同组分气体绝缘强度对金属微粒导致的局部电场强度剧变的敏感程度。实验结果表明,在0.1~0.5MPa气压范围内,不存在微粒时,4%C_4F_7N/96%CO_2绝缘强度与30%SF_6/70%N2混合气体相当;存在微粒影响时,4%C_4F_7N/96%CO_2混合气体的DSP值低于30%SF_6/70%N2混合气体的,而高于20%SF_6/80%N2混合气体的,且放电电流呈现双峰值特征。C_4F_7N/CO_2混合气体具有绝缘强度高、对微粒放电敏感度低的特性,这与C_4F_7N具有强电负性和高吸附系数有关。本文还结合微粒运动触发放电的物理模型,阐明了气隙击穿电流出现双峰特征的原因。     

SF_6/N_2混合气体1100 kV GIL产品研制及应用

1 100 kV气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中SF_6使用量较大,由于SF_6气体具有很大的温室效应,因此,采用SF6/N2混合气体作为绝缘介质以减少SF6气体的使用量具有重要的社会意义。通过研究SF_6/N_2混合气体的绝缘、温升等特性,提出了适用于1 100 kV GIL的SF_6/N_2混合气体压力及混合比,研制了1 100 kV GIL样机,并进行了绝缘、温升试验研究,试验结果与仿真一致:混合气体压力不变的条件下,气体的绝缘强度随SF_6比例的增加而增大,GIL导体、触指温升随SF_6比例的增加而降低,壳体温升与混合气体中SF_6比例的关系不大;在相同绝缘耐受场强条件下,SF6/N_2混合气体压力与纯SF_6气体压力成正相关关系,且混合气体中SF_6比例越低,气体压力增加的幅度越大。研制的SF6/N_2混合气体绝缘1 100 kV GIL样机通过型式试验及长期带电运行试验,验证了产品长期带电运行的可靠性。     

考虑非弹性随机碰撞与SF6/N2混合气体影响的直流GIL球形金属微粒运动行为研究

针对直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal enclosed transmission line,GIL)金属微粒污染物问题,研究球形金属微粒在其中的运动行为,采用贴合实际情境的同轴圆柱电极结构,建立直流 GIL 内球形金属微粒运动模型：纳入 SF6/N2混合气体动力学参数,利用流体力学理论分析微粒运动过程中混合气体阻力的影响;同时考虑金属表面粗糙度影响,利用弹性力学中的碰撞理论分析金属微粒与导体及外壳的非弹性随机碰撞,实验结果验证了模型计算的可靠性。利用模型对微粒运动轨迹进行仿真分析,并根据微粒运动的分布情况提出微粒活跃度的概念,研究表明：微粒在导体与外壳间的谐振频率与微粒半径、SF6占比、绝缘气压呈负相关;微粒活跃度与随机反射角、电压幅值呈正相关,而随着微粒半径变化存在极大值。     

振动诱发金属微粒弹跳对圆盘绝缘子表面电荷积聚的影响

绝缘子上积聚的表面电荷是影响直流GIS/GIL绝缘性能的关键因素,金属微粒对表面电荷的积聚具有重要影响。在GIS/GIL的运行过程中,设备振动诱发金属微粒弹跳从而改变电荷的积聚行为,威胁设备的绝缘安全。因此,研究振动诱发的金属微粒弹跳对表面电荷积聚的影响具有重要意义。本文以126 kV圆盘绝缘子为试样,搭建了非周期振动发生装置,测量了振动条件下线形金属微粒的运动轨迹及绝缘子表面电荷的积聚情况,分析了启举方式和微粒最终位置对绝缘子表面电荷积聚的影响。结果表明：微粒以先滚动后启举的方式比直接启举的方式导致表面电荷积聚更明显,并且微粒最终静止在交界区比静止在平面区积聚更多电荷。     

高压直流GIL设备绝缘关键技术研究综述

直流GIL具有输送容量大，占地面积小，可靠性高，受外界环境影响小等优势，在特殊环境中具有广泛的应用前景。然而直流电压下GIL内部气固界面电荷积聚及金属微粒的存在会导致GIL内部电场畸变、绝缘性能下降，甚至诱发沿面闪络，是限制直流GIL发展的重要因素。因此，论文总结了近年来关于直流GIL绝缘关键技术和GIL设备研制的相关研究，从气固界面电荷积聚机理与调控方法，GIL中金属微粒对绝缘性能的影响，绝缘材料沿面耐电性能，新型环保气体在直流GIL中的应用，直流GIL设备研制与试验和特高压直流GIL研制关键技术等6个方面进行总结评述，为高压直流GIL研发提供参考。     

SF_6替代气体技术及其在GIL中的应用与发展

该文从SF_6替代气体技术的发展入手,总结了国内外在SF_6混合气体和新型环保绝缘介质的相关研究。在此基础上,回顾了气体绝缘输电管道的发展以及SF_6替代气体技术在GIL中的应用。结合最近的SF_6替代气体和GIL技术的发展近况,分析和探讨了GIL应用的相关问题。从GIL发展的历史可以看出,随着SF_6/N_2混合气体技术的不断成熟,第二代GIL(即SF_6/N_2混合气体的GIL)获得了成功的商业应用。新型环保绝缘介质一直处于积极探索之中,Alstom公司和ABB公司推出的C4 FK和C5 FK引起了广泛关注。虽然Alstom公司在420 k V的GIL上进行了C4 FK混合气体的性能测试,但由于其温升特性较差仍较难用于GIL中。因此,新型环保绝缘介质的GIL仍处在实验室研究阶段。但是,随着新型环保绝缘介质研究力度的不断增强以及GIL工程建设的不断发展,环境友好型气体将有可能取代SF_6/N_2混合气体作为绝缘介质从而开启第三代GIL的时代。     

直流GIL中线形金属微粒运动与放电特性研究综述

由于直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)具有传输容量大、电能损耗小、可靠性高和全寿命输电成本合理等优点,因此可在特殊环境下,如高落差、隧道和远距离大容量输电等场合替代架空输电线。而限制直流GIL在输电线路上大规模运用的一个重要原因就是自由金属微粒的干扰,因此有必要掌握自由金属微粒在直流电压下的运动和放电特性。文中总结了国内外关于直流电压下SF6气体中自由线形金属微粒运动与放电特性的研究,以期对工程建设和学术研究起到参考作用。首先介绍了线形金属微粒在直流电压下的受力分析及起跳电压计算模型;然后总结了线形金属微粒在GIL中可能的运动形式,以及当存在轴向不均匀电场时的运动情况;进而分析了线形微粒在直流电压下的电晕放电规律;最后,揭示了线形金属微粒对SF6气体间隙击穿的影响机制。     

SF_6气体绝缘高压设备颗粒陷阱综述

以SF6气体作为绝缘气体的电气设备都存在一个共同的问题,即这些GIS/GIL设备在设备的生产制造环节以及设备运行过程中会产生一定的金属颗粒,带电颗粒受到电场力的作用会在设备中运动或附着在绝缘子和电极表面上而导致内外电极间的击穿或闪络,而降低设备的绝缘性能。所以在GIS/GIL设备内部需要安装一些减少金属颗粒对绝缘性能影响的结构,其中颗粒陷阱(particle trap)就是其中之一,笔者通过对多年来的相关文献的阅读研究,总结了为了减少粒子的影响各个公司及研究人员所做的各种研究工作,分别介绍了美国西屋电力公司申请的专利及用于限制颗粒运动的其他专利,引用其他研究人员的计算结果分析了这些专利的理论依据。     

特高压交流GIS/GIL拔孔型陷阱优化设计与协同布置方法

交流气体绝缘组合电器（GIS）和气体绝缘输电管道（GIL）内的运动金属微粒是诱发设备绝缘故障的重要因素,且特高压下的运动金属微粒引发设备绝缘故障的概率更大,而微粒陷阱可抑制金属微粒的运动,但实际工程中的微粒陷阱仍缺乏主动捕获微粒的能力。该文首先基于GIS/GIL内金属微粒动力学模型,分析了拔孔型陷阱的微粒主动捕获机制,进而根据金属微粒荷电运动与碰撞动力学特性,建立了拔孔型陷阱捕获概率计算模型,考虑陷阱的捕获能力对拔孔型陷阱的结构参数进行优化设计。具体结果表明,针对苏通工程中的特高压交流GIL,当陷阱直径为60cm、深度为30cm时,拔孔型陷阱抑制微粒效果达到最佳。进一步考虑微粒碰撞反射角的随机性,将拔孔型陷阱附近捕获率大于90%的区域定义为有效捕获范围,优化的拔孔型陷阱的有效捕获范围为32cm。最后,通过分析栅格型陷阱与拔孔型陷阱轴向电场分布,表明栅格型陷阱能够增强拔孔型陷阱的有效捕获范围,并以提高绝缘子附近的微粒抑制效果为目标,提出了绝缘子附近栅格型与拔孔型陷阱的协同布置方法。     

工频电压下片状自由金属微粒带电特性与运动规律研究

GIS/GIL因安装、运输等环节会不可避免地产生多样性的金属微粒,而片状金属微粒因其"潜伏性"较难检出,从而威胁GIS/GIL的绝缘性能。采用数值计算结合实验方式开展了工频电压下片状金属微粒起跳与运动规律研究。片状金属微粒采用旋转椭球体模型进行等效,并通过理论推导获得片状金属微粒的带电量与临界起跳场强。搭建工频电压下片状金属微粒运动观测平台。采用高速相机观测其起跳和运动行为,并与数值计算结果进行对比分析。结果表明:片状金属微粒起跳场强与厚度的1/2次方近似呈正比关系,而随微粒半径增大呈现出微弱的上升趋势。密度较大的片状金属钢微粒竖起后,存在原地旋转与沿地电极表面来回滚动两种运动模式,并在微粒底部与电极间隙伴有微弱的局部放电;密度较小的片状金属铝微粒竖立后,在电极间隙内发生剧烈地上下跳动。     

应用于直流GIL中环境友好型气体的绝缘性能研究

直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)可提高特高压直流输电线路走廊选择的灵活性,研究其中SF_6气体的替代气体具有十分重要的意义。该文在负极性直流电压和负极性雷电冲击电压下,通过实验研究了0.4~0.7MPa气压范围内的SF_6、SF_6/N_2和CF_3I/N_2气体的击穿特性以及圆柱形绝缘子在相应气体环境中的闪络特性。结果表明:随着气压升高,SF_6、SF_6/N_2和CF_3I/N_2气体的击穿场强基本上呈现线性升高趋势,但同气压下SF_6的击穿场强最高,SF_6/N_2次之,CF_3I/N_2最低;CF_3I/N_2混合气体中绝缘子闪络电压远低于在SF_6和SF_6/N_2环境中。研究表明,0.7MPa气压、混合比为2:8的SF_6/N_2气体绝缘性能与0.5MPa时SF_6气体绝缘性能相当,且全球变暖潜能值(global warming potential,GWP)可降低约80%,可应用于直流GIL;而CF_3I/N_2混合气体由于其绝缘性能远低于SF_6和SF_6/N_2气体,不适用于高压直流气体绝缘金属封闭设备。     

1100 kV SF_6/N_2 GIL研究

正GIL是实现特高电压、大电流、长距离输电的一种重要的电能输送设备。用SF_6/N_2混合气体取代纯SF_6气体作为GIL绝缘介质,具有深远的社会环保意义。从气体放电理论出发对SF_6/N_2混合气体的绝缘性能进行了深入研究,研究结果表明,混合比例为0.2∶0.8的SF_6/N_2混合气体绝缘强度为相同气体压力纯SF_6气体     

SF6/N2混合气体中金属微粒在工频电压下运动的仿真与实验研究

针对GIS设备内部可能残存的微粒在受到母线电压时会发生运动的问题,建立了微粒运动的数值计算模型和GIS实验模型,在SF6/N2混合气体作为绝缘介质的情况下,仿真研究了不同微粒情况下的微粒运动特性及不同微粒陷阱对金属微粒的捕获情况.仿真发现:交流电压下,金属微粒会发生频繁的上下往复运动,金属微粒的密度越大,碰撞频率和最大...     

1100 kV SF_6气体绝缘金属封闭输电线路关键技术

SF_6气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)具有传输容量大、损耗低、对周边造成电磁污染小、抵抗地质灾害能力强、运行维护方便等优点,深入开展特高压GIL绝缘件设计、管道柔性设计、管道制造及检测、GIL现场安装及检修等关键技术的研究是特高压工程安全可靠运行的坚实基础。     

交直流气体绝缘管道输电装备微粒污染治理措施研究进展

气体绝缘输电设备内微粒污染物是造成设备故障的主要原因之一,随着设备电压等级的升高,微粒诱发的绝缘故障占设备总故障的比例越来越大,探索高效的微粒抑制措施,对降低设备故障率、保障设备安全稳定运行具有重要意义。文中对交直流GIS/GIL中微粒污染治理措施研究进展进行梳理,首先概述了气体绝缘设备中抑制微粒的基本原理,从微粒启举抑制、微粒运动调控和绝缘子表面微粒吸附抑制3方面阐述了如何降低微粒对设备绝缘的潜在威胁;进一步归纳总结了现有的微粒治理方法,对其优势和不足进行了评价,提出了该领域有待解决的关键问题,以期为管道输电装备的设计制造和安全运行提供参考。     

《高压电器》“GIS/GIL用环氧复合绝缘件研究”专题征稿启事

<正>SF_6气体绝缘金属全封闭开关设备、管道母线等(GIS,GIL)广泛用于超、特高压输电系统和大中城市的配电系统中,已成为建设智能电网的首选设备。其中,环氧复合材料绝缘件(如环氧复合盆式或支柱绝缘子、绝缘拉杆等)是GIS/GIL等设备的重要组成部分,也是制约设备绝缘水平的核心部件,其性能决定了GIS/GIL等设备的经济性,也成为制约超特高压GIS/GIL等设备可靠性的关键部件。工程运行经验表     

《高压电器》“GIS/GIL用环氧复合绝缘件研究”专题征稿启事

<正>SF_6气体绝缘金属全封闭开关设备、管道母线等(GIS、GIL)广泛用于超、特高压输电系统和大中城市的配电系统中,已成为建设智能电网的首选设备。其中,环氧复合材料绝缘件(如环氧复合盆式或支柱绝缘子、绝缘拉杆等)是GIS/GIL等设备的重要组成部分,也是制约设备绝缘水平的核心部件,其性能决定了GIS/GIL等设备的经济性,也成为制约超特高压GIS/GIL等设备可靠性的关键部件。工程运行经验表明,气体绝缘设备故障或事故率已远超     

新型环保绝缘气体的研究进展

随着全球能源互联网的不断发展,对于电力设备的小型化、智能化、环保清洁化要求越来越高。SF_6气体由于其具有良好的绝缘性能和灭弧性能被广泛地应用到气体绝缘全封闭组合电器(gas-insulated switchgear,GIS)和气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated transmission lines,GIL)中,对于提高输电容量及电力设备的小型化、智能化具有重要作用,但是SF_6气体的排放会加剧全球温室效应。因此,研究能够有效替代SF_6的新型环保绝缘气体得到越来越多的关注。从绝缘性能和灭弧性能两方面介绍国内外对SF_6替代气体的研究现状及最新研究成果,旨在为我国在SF_6替代气体的研究方面提供一定的参考。     

基于X射线短时照射的高压直流GIS/GIL绝缘子表面电荷主动消散方法

直流气体绝缘开关装置及气体绝缘输电管道(GIS/GIL)绝缘子长期运行过程中会积聚大量表面电荷,易引起绝缘子异常闪络。近年来国内外学者开展了大量卓有成效的工作,深刻揭示了绝缘子表面电荷的积聚和消散机理,但GIS/GIL不打开罐体条件下,绝缘子表面电荷的快速消散问题一直没有解决。该文首次提出基于X射线短时照射的绝缘子表面电荷主动消散新方法,试验研究发现X射线照射30s即能使空气中绝缘子表面电荷几乎完全消散。对基于X射线照射的绝缘子表面电荷消散机理进行了探讨,认为X射线可能通过促进气体侧电荷沿传导及绝缘子表面电荷脱陷而实现其快速消散。由于X射线能够穿透GIS/GIL金属罐体,相关实验结果为GIS/GIL不打开罐体条件下实现绝缘子表面电荷快速消散提供了可能途径,对进一步推进直流GIS/GIL工程化具有重要意义。