直流电压下GIS气固绝缘介质电场仿真与试验研究进展

与交流不同,直流电压下气固绝缘系统的电场分布取决于电介质的电导率。在绝缘系统电场由容性转化为阻性的同时,电荷在气固介质交界面积聚而改变了原有电场,导致其沿面闪络特性下降,制约着直流GIS的工程应用。目前关于直流GIS绝缘介质电场的仿真和试验研究已成为国际上的热点,文中对此进行系统性的综述,包括:GIS直流电场的数学计算模型,不同介质的电气特性,GIS绝缘子表面电荷测量方法,表面电荷测量系统等。最后,对直流GIS相关仿真和试验研究工作给出了建议。     

各向异性非线性直流电场数值算法研究

油纸复合绝缘中的直流电场与交流电场在数值算法上有很大不同,其中油浸纸的层叠结构使其电导率呈各向异性。本文应用Ｇａｌｅｒｋｉｎ法建立了各向异性直流电场的有限元模型,通过一个算例验证了模型的正确性;针对材料的非线性特征,给出了合理的收敛判据和松驰因子;最后应用所建模型计算了一种典型的换流变压器绕组端部绝缘中的直流电场的分布,并与线性各向同性、非线性各向同性电场的计算结果进行了比较,所得结论与已有的试验结论一致。     

油浸膜组合绝缘油中电场矢量的测量

油浸膜组合绝缘油中电场矢量的测量西安交通大学王友功武藏工业大学（日本）高田达雄１前言油浸膜组合绝缘广泛用作电气设备（如电力电容器）的绝缘材料。组合绝缘的击穿同时受固体介质和浸渍液体介质性能的影响。另外，油中杂质，高分子膜向油中的溶解，膜中添加剂的溶解...     

深层大地电阻率对交流电网直流电流分布的影响

深层大地电阻率过高可能导致直流输电入地电流在交流电网中大量分布,诱发变压器直流偏磁危害。有鉴于此,通过大地电磁法测量深层大地电阻率分布从而取得水平多层大地电阻率结构参数,再利用复镜像法计算直流输电入地电流在多层水平土壤中的电位和电流密度,以评估深层大地电阻率对交流电网直流电流分布的影响。结果表明,只要离开直流极超过3倍直流极尺寸区域,点源可以代替具体的直流极进行电场/电位分布的计算。如果要分析直流电流在交流电网中的分布,必须要按实际大范围的大地电阻率参数来进行分析。最后以湖北电网的直流电流分布仿真结果与变压器中性点直流电流测量为例说明准确的深层大地电阻率对正确计算交流电网直流电流分布的重要性。     

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。     

电场法在线检测直流绝缘子的可行性研究

直流输电电压中除包含直流电压以外,还存在大量的高次谐波分量,文章通过分析运行中的直流绝缘子的电场成分研究了直流绝缘子的直流电场和谐波电场的分布特点,讨论了应用直流电场法和谐波电场法在线检测直流绝缘子的可行性,谐波(直流)电场法就是利用运行中直流绝缘子串中的谐波(直流)分量电场在线检测直流绝缘子.理论分析与试验结果表明谐波电场分布较为稳定,它能够有效检测出零值瓷绝缘子和合成绝缘子的内绝缘故障,是一种在线检测直流绝缘子的可行方法.     

直流电场下变压器油中电场分布特性

直流电场下油纸绝缘系统中,因油中和油/纸界面空间电荷的产生和积聚,会畸变原有电场分布。油中的电场分布特性在直流绝缘结构优化设计中非常重要,它呈现出的特性与交流下有较大的不同。采用一种基于Kerr电光效应的非接触式测量手段,实际测量了6 mm间隙平板电极结构下油中空间电场分布特性。实验结果表明:直流电场下,平板电极间油中电场为非均匀电场;空间电场测量值与施加于电极间的直流电场之比在0.87~1.05之间变化;相同的外加电压情况下,靠近正电极位置处的电场强度要高于靠近负电极位置的电场强度,并且从负电极至正电极呈单调递增趋势;按照施加于电极间的直流电场进行归一化的电场曲线大致可分为3个阶段;结合变压器油中载流子产生、迁移和扩散过程及变压器油的电导特性进行了初步的探讨。     

复合电场下油纸（板）绝缘击穿特性及其数学模型

为研究油纸复合绝缘在复合电场下的击穿特性,以典型油-纸绝缘结构为主要研究对象,首先通过试验方法得到了典型油-纸绝缘在复合电场下的击穿特性;又根据等效电路模型得到仿真边界条件,对变压器油和绝缘纸板中的电场分布进行了仿真分析;然后,分别对变压器油和浸油纸板的击穿特性进行了测试。根据两种介质中电场的数学表达式,得到了电场E和交流百分含量η之间的关系,并将其电场分布图像与油、纸板的击穿场强进行了比对和分析,总结出油纸复合绝缘击穿电压随交流含量变化的数学表达式。据此,提出随交流含量变化两种介质中的电场强度改变和各自介电强度的差别是导致整体击穿电压呈现先升后降趋势的主要原因。     

10 kV交流XLPE电缆加速热老化后交直流绝缘特性分析

通过对比110℃加速热老化后10 kV交流交联聚乙烯电缆试样交直流绝缘特性的差异,采用不同温度下宽频介电谱、交直流击穿、直流电导率和空间电荷测试,结合有限元仿真,研究了不同热老化时间作用下10 kV交流XLPE电缆绝缘的交、直流电气特性,以及改为直流运行后电缆绝缘的电场分布。结果表明：随着热老化时间的延长,XLPE试样的复介电常数实部先增加后增速减慢,高频区介质损耗逐渐增加;试样的电流密度先减小后增加,空间电荷积累阈值场强则呈相反变化趋势,且试样内的空间电荷积累逐步由异极性转变为同极性。随着测试温度的增加,同一老化时间下XLPE试样的介电常数实部减小,介质损耗增加;试样的电流密度增加,阈值场强减小,试样内部空间电荷积累量有所增加,交直流击穿场强下降。直流电压下,绝缘层在靠近缆芯处电场高,电场差值随绝缘试样活化能的减小而增加。长期热老化后,电缆绝缘层的直流电场分布更均匀,且空间电荷积聚问题得到改善,有利于提升10 kV交流电缆改为直流运行的可靠性。     

换流变压器阀侧绕组端部瞬态电场分析

为了研究换流变压器阀侧绕组区域的瞬态电场分布规律,即在长时直流电压和极性反转电压作用下的电场分布规律,建立了2个典型的油纸绝缘模型和1个±500kV换流变压器绕组端部简化模型,并利用有限元软件ANSYS对上述模型进行了长时直流电场和极性反转电场分析,主要分析了模型结构、材料属性和试验时间对上述电场分布的影响,得到了直流电场趋于稳态所需时间的影响因素以及极性反转电场的一些特点。最后重点分析了±500kV换流变压器绕组端部的极性反转电场,同时考虑了绝缘纸板的正交各向异性。结果表明,直流电场趋于稳态所需时间的长短与模型结构及绝缘材料的电阻率有关;合理地设置极性反转时间才能保证对变压器油的有效考核。这些结论可为换流变压器绝缘结构的设计及绝缘试验提供参考依据。     

直流电缆绝缘设计

直流电力系统的发展滞后于交流电力系统 ,尤其是高压直流电力电缆的研制远远滞后于交流电缆。目前直流电缆设计方面的介绍较少 ,以致不少人误认为直流电缆的设计与交流电缆设计一样。为此 ,从直流电缆的电场分布特性、绝缘特性以及绝缘材料的选取等方面阐述了影响直流电缆绝缘设计的一些关键因素 ,包括直流电缆绝缘的电阻系数与温度的特性关系、绝缘中空间电荷的影响以及绝缘材料的选取等问题 ,有助于消除误解 ,同时为成功设计直流电缆提供参考。     

高电压技术在制冷设备除霜中的应用

为解决制冷系统除霜技术存在的问题,介绍了利用高压静电场技术及扫频高压交流电场技术在制冷系统中除霜的机理及研究进展,基于电流体动力学理论分析了霜晶分别在自然生长以及受高压静电场影响两种情况下不同的生长特性、机理和高压静电场中影响霜沉积量的主要电场参数,以及影响扫频高压交流电场技术除霜效率和能耗的主要参数。研究表明:电压及电场极性对高压静电场除霜的效率影响显著,频宽及交流电场持续施加的时间则是影响扫频高压交流电场除霜效率及能耗的主要电场参数;扫频高压交流电场除霜技术相比于静电场除霜技术,在除霜效率上更高,但能耗上处于劣势。最后,从除霜效率及能耗角度出发,提出了进一步深入研究的方向。     

Insulation resistance under DC stress and electrification characteristics of GIS epoxy insulator

Gas‐insulated switchgear (GIS) has widely been used for AC power distribution because of its high reliability and compactness. Recently, DC GIS has been developed with various investigations for dielectric breakdown characteristics of DC gas insulation. GIS insulation is composed of SF₆ gas and solid spacers, and it has been recognized that the dielectric performance of DC GIS is mainly influenced by solid spacers. Under DC stress, the electric field is directed one way, the effect of electrification for charges to be accumulated in the spacer must be taken into account and also the effect exists in AC GIS because the switching operations may leave the remnant DC charge on the AC GIS spacer. This paper first describes the effective resistivity (the bulk or the surface) of the solid spacer under the DC stress from the experimental investigation, and the critical factor on the solid spacer that causes reduced dielectric performance of the GIS insulation is studied. Second, the present paper deals with the electrification on the GIS with various levels of surface roughness of the epoxy insulator and metallic electrode. Finally, the DC insulation characteristics of GIS insulator are investigated based on the experimental results. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 168(4): 6–13, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20788     

交直流导线平行架设时混合电场特性分析

高压交直流输电线路同走廊架设可以提高输电走廊利用率,但是线路电晕放电会产生混合电场问题。本文搭建平行架设的单极直流导线和单相交流导线实验平台,测量导线不同布置方式下的地面混合电场。在验证混合有限元-有限体积法的有效性基础上,对地面混合电场进行计算。通过实验和计算,获得交流导线电压、导线高度、邻近距离对地面混合电场特性的影响规律。本文的研究结果可为交直流同走廊架设的输电线路设计提供参考。     

交直流同塔三回输电线路地面电场的预测分析

基于有限元和有限体积法的混合方法,合理地考虑了直流电晕放电和交流电晕放电之间的相互影响,解决了交直流同塔输电线路地面电场的分布计算问题。通过小尺寸模型的实验了验证计算方法的有效性。针对一回800kV直流输电线路和两回500 kV交流输电线路同塔架设的实际情况,计算了不同运行方式下的地面电场的直流分量、交流分量和离子流密度的分布情况。计算结果表明,由于交流输电线路的电晕放电,地面电场直流分量和离子流密度会有所降低。同时,地面交、直流电场均随线路高度的升高而降低,但是工频电场的变化程度比直流电场要大。     

特、超高压交、直流并行输电线路周围混合电场的测量方法

由于交、直流并行输电线路周围电场既有直流分量,又有交流分量,为混合电场,传统的仪器无法直接开展测量工作。为此,在分析现有直流线路地面电场测量装置(旋转伏特计)、地面离子流密度测量装置(离子流板)测量原理的基础上,研究了交、直流混合电场下已有测量设备输出结果的频谱特征,建立了交流和直流电场与测量结果频谱的对应关系,从而提出了交直流并行输电线路下同时考虑直流和交流分量的地面电场和离子流密度测量方法。在缩尺模型下的实际测量和分析表明,所提出的交、直流混合电场下地面电场和离子流密度的直流和交流分量测量方法是有效的。     

非隔离型模块化多电平DC/DC变换器的最小化桥臂环流控制

用于中高压直流电压转换和直流电网互联的高压大功率直流变压器一般采用中间交流变压器,存在损耗高和体积大等不足。对一种非隔离型的模块化多电平DC/DC变换器进行了研究,与普通双有源桥式DC/DC变换器相比,避免了交流变压器的存在。首先分析了此变换器的工作原理,建立了变换器的等效数学模型。考虑子模块电容电压存在特殊的不平衡,变换器需要引入交流循环电流,提出了一种保证桥臂功率均衡的最小化桥臂环流的控制策略,减小了桥臂电流的交流分量,降低了变换器的损耗。在Matlab/Simulink中仿真验证了变换器的性能和最小环流控制策略的有效性。最后搭建实验平台进行了实验验证。     

新型交直流融冰装置在湖南电网的应用

针对传统交流融冰技术存在负荷转移困难、倒闸操作多、融冰所需容量大等不足,研制出了可调电容串联补偿交流融冰装置、移动式直流融冰装置和固定式直流融冰装置,并完成了现场试验。移动式和固定式直流融冰装置,可满足湖南电网97％的220kV输电线路融冰需求。三套装置的成功研制,为电网防冰减灾提供了新的技术手段。     

直流电位补偿法抑制变压器直流偏磁的研究

根据直流系统单极大地回线方式运行时变压器的直流偏磁原理,分析比较了现有几种抑制变压器直流偏磁的措施,运用直流电位补偿法原理进行了正、负电位补偿的模拟试验。试验表明直流电位补偿法能在一定程度上抵消系统单极运行流过变压器中性点的直流电流,抑制直流偏磁。且同等条件下正电位补偿电流的利用率大于负电位,但负电位补偿能对地网起到阴极保护作用。此外,还分析了补偿装置的布置及其对周边设施的影响,分析表明直流电位补偿法在现场实施中具有可操作性。