高海拔地区±800kV复合支柱绝缘子直流污闪特性

为给特高压直流变电外绝缘设计提供试验依据,在实际海拔1970m条件下对4种复合支柱绝缘子和2种瓷支柱绝缘子进行了恒压升降法直流污闪试验,研究了高海拔条件下盐密、灰密以及绝缘子材质和几何形状等因素对其直流污闪特性的影响。结果表明,污闪电压随盐密、灰密的增大而下降,并分别符合幂函数关系;盐密与灰密对污闪电压的影响相互独立;用最小二乘法可以得到给定结构绝缘子的直流污闪电压计算公式。比较不同绝缘子的污闪特性表明,复合支柱绝缘子直流污闪特性优于瓷支柱绝缘子,单位绝缘高度直流污闪电压随芯棒直径增加而减小。以上结果可为我国高海拔地区直流输电外绝缘配置的选择和设计提供参考。     

探讨高海拔地区复合绝缘子直流污闪特性的影响因素

高压直流输电的发展使复合绝缘子直流污闪特性倍受关注.在参考大量文献的基础上,总结不同悬挂方式、灰密、盐密及不均匀污秽分布等条件下,复合绝缘子的直流污闪特性情况,并归纳大气环境及绝缘子伞裙结构对污闪特性的影响,为高压直流输电外绝缘设计工程提供宝贵的参考意见.     

基于有限元法的染污直流支柱复合绝缘子伞裙参数优化

直流支柱绝缘子污闪问题比交流支柱绝缘子要严重,通过伞裙优化能够明显改善其污闪特性。该文借鉴人工污秽试验研究伞裙优化的成果,利用有限元法对染污直流支柱绝缘子建模,研究伞间距、大伞伸出和大小伞伸出差对绝缘子沿面电场分布的影响。提出以爬电距离和电场强度作为伞裙参数优化的判断依据,研究表明,电场强度分布随着伞裙参数的变化呈有规律变化：随着伞间距的增加,绝缘子沿面平均电场强度逐渐减小;随着大伞伸出的增加,绝缘子沿面平均电场强度逐渐增大;随大小伞伸出差增加,爬电系数单调减小,沿面平均电场强度呈振荡减小的趋势。通过比较分析得出支柱绝缘子伞裙较优的参数范围,为进行伞裙优化试验研究提出试品伞裙的建议参数。     

世界首批直流复合支柱绝缘子挂网试运行

今年2月23日，世界首批直流复合支柱绝缘子在广州换流站投入试运行。由于生产工艺的限制，特高压直流电瓷支柱绝缘子我国尚无法生产，将硅橡胶应用在支柱绝缘子制造上是直流输电领域的又一技术创新，预示着困扰超高压、特高压输变电技术发展的外绝缘问题将得到根本的解决。     

±800 kV直流支柱复合绝缘子制造技术

特高压支柱复合绝缘子的研发是解决±800kv特高压直流输电工程中高海拔和重污秽等问题的方法之一。根据国内±800kV特高压直流输电工程对支柱复合绝缘子的技术要求,从大直径芯棒研制、整体真空注射、法兰胶装工装等方面介绍了特高压直流支柱复合绝缘子的制造技术。     

沿海地区与内陆地区复合支柱绝缘子直流污闪特性比较

根据沿海地区绝缘子积污测量调研的结果,以不同盐灰比模拟沿海地区和内陆地区的复合支柱绝缘子积污特性,首先测量了两类试品在试验雾室内表面电阻随时间的变化趋势,然后在昆明特高压国家工程实验室进行直流人工污秽试验,试验过程中,用紫外放电仪对两类试品的局部放电现象进行观测,统计了紫外放电光子数,同时利用高速摄像机观察试品临闪电弧的发展情况。结果表明:灰密含量高的内陆地区试品表面电阻相对沿海地区试品低;在同盐密条件下,沿海地区试品的污闪电压高于内陆地区,且随着盐密的增加,两者差异越大;灰密大的内陆试品易产生局部电弧而出现干区,出现干区后,强吸水性使干区快速再次湿润,如此反复最后闪络,因此其污闪电压低;随着试验盐密的增加,不仅进一步降低试品表面电阻,还会使灰密高的内陆试品电弧桥接现象更明显,甚至出现电弧跨接现象,爬距利用率大幅降低,造成两者污闪电压值的差异更大。     

高压复合支柱绝缘子外绝缘特性及防冰伞应用

复合支柱绝缘子伞裙为硅橡胶材料,由于其优异的绝缘性能,越来越多的应用于变电站及换流站内,而现有的复合支柱绝缘子的设计依托原有瓷支柱的试验结果,不具备经济性,需要开展复合支柱绝缘子的外绝缘特性研究,优化特高压站用复合支柱绝缘子伞形结构设计,提升外绝缘特性,降低工程造价。为此开展了4种伞形结构的复合支柱绝缘子人工污秽、覆冰、淋雨试验,并与瓷支柱的试验结果进行了对比。结果表明,复合支柱绝缘子在亲水性下的沿爬电距离的污闪电压梯度与瓷支柱的试验结果无明显差异,而在弱憎水性和憎水性完全恢复下的复合支柱绝缘子较瓷支柱分别提高24.3%～29.8%和58.9%～65.6%;在满足爬电距离要求的基础上,大小伞和一大两小伞均可作为推荐伞形。由于复合支柱绝缘子覆冰闪络电压较污秽、淋雨闪络电压低,设计了一种添加防冰伞裙的特高压复合支柱绝缘子,并开展了特高压支柱绝缘子原件及防冰伞试品人工污秽、覆冰试验,获得了特高压复合支柱绝缘子人工污秽闪络特性、覆冰闪络特性,优化后的特高压复合支柱绝缘子沿爬电距离的冰闪电压梯度可提高27.1%。     

特高压直流平波电抗器的复合支柱绝缘子抗震特性

传统瓷支柱绝缘子正显现出越来越多的不足,特别是抗震性能不足的问题更为突出。±800 kV平波电抗器本体质量45 t,支撑高度12 m,传统瓷支柱绝缘子已经难以满足抗震要求。复合支柱绝缘子作为一类新型支柱绝缘子,具有很大的发展潜力,其能否用于支撑±800 kV平波电抗器的关键在于其抗震特性能否满足要求。复合支柱绝缘子芯棒各向异性材料特性的处理、电抗器支撑结构的建模方法以及抗震计算的研究方法是整个研究的关键。为此采用复合材料的计算方法求得了复合支柱绝缘子芯棒的各项参数,利用ANSYS软件建立了一个以3D梁单元为主的电抗器支撑结构模型,最后通过反应谱法求得了复合支柱绝缘子的抗震响应。计算结果表明复合支柱绝缘子的安全系数〉20,完全能够满足抗震要求,从而论证了复合支柱绝缘子应用于特高压直流线路的可行性。     

高海拔地区特高压换流站大尺寸复合支柱绝缘子直流污闪特性

在海拔2 100m的国家特高压工程实验室,采用恒压升降法全面深入地研究了一大一小和一大两小伞形、6.25m(5支串联组成)绝缘高度的两种大尺寸复合支柱绝缘子的直流污闪特性。试验表明:一大两小伞形大尺寸复合支柱绝缘子的直流污闪特性优于一大一小伞形;大尺寸试品的直流污闪电压与盐密、灰密均成幂函数关系,盐密对U50%的影响程度明显大于灰密;与短串试品相比,盐密对大尺寸试品的影响较大;随着上、下表面污秽比的增大,大尺寸试品直流污闪电压增加不超过10%;在绝缘高度6.25m范围内,直流污闪电压与复合支柱绝缘子串长呈良好线性关系,但由于试验数据存在一定的分散性,大尺寸试品线性推导值和试验值相差约15%;大尺寸试品的紫外放电光子数大于短串,同时,受污秽不均匀分布的影响,大尺寸试品的中、下部紫外光子数稍大于上部;大尺寸试品的中、下端电弧桥接现象剧烈,电弧大范围跨接更为明显。     

特高压直流复合支柱绝缘子均压环的优化设计

均压环是改善复合绝缘子电位分布和电场分布直接而有效的方式,在特高压输电系统中极其重要。为此,对特高压直流复合支柱绝缘子的电位分布和电场分布进行了计算,引入了大均压环表面、护套沿面、高压端金具表面和小均压环表面等处的最大电场强度作为优化参考量,并探讨了各均压环参数和各优化参考量间的联系,分析了大小均压环各参数优化的相互影响,拟定了大小均压环各结构参数的优化顺序,提出了特高压直流复合支柱绝缘子均压环优化方法。并以±1 100 kV直流空心复合支柱绝缘子和±800 kV直流实心复合支柱绝缘子为例,建立了电场计算模型,对其均压环进行了优化设计。改进后的优化方法能够较快、有效地找到满足条件的优化方案。     

光滑支柱绝缘子覆冰直流放电特性试验研究

在人工气候室模拟试验了覆冰光滑支柱绝缘子的直流放电特性。结果表明,有、无冰带其闪络电压UF差异较大,覆冰水电导率Γ和气压亦有较大影响,Γ越高UF越低;随着气压的下降,UF和临界闪络电流明显下降。     

支柱绝缘子表面电场分布特性研究

为研究支柱绝缘子表面电场分布特性,经理论分析建立其有限元计算模型,获得了工程设计中所关心部位的电场强度分布。计算了3种典型支柱绝缘子理想情况下表面电场强度分布,并与增爬裙计算结果进行比较分析,结果表明,绝缘子两端电场强度较大,中间部位较低;增爬裙对其电场强度分布的改善没有明显的作用,电力线走向发生一定改变。     

直流电压下支柱绝缘子在高海拔淋雨状态下的放电特性

本文根据在人工气候室中的模拟试验结果得出了在高海拔淋雨状态下支柱绝缘子的直流放电电压与海拔高度、淋雨量、雨水电导率、绝缘子结构和电压极性的关系曲线,并对高海拔直流淋雨放电特性进行了分析。     

复合绝缘子伞裙的材料配制及技术参数确定

介绍了复合绝缘子伞裙的性能特点，分析了为保证复合绝缘子伞裙在产品运行过程中发挥应有的性能，其材料的技术参数应如何选择及其绝缘材质的配制。     

特高压直流复合绝缘子的电气线性特性试验研究

针对南方电网公司自主研发的±800 kV直流复合绝缘子样品,提出了全电压全尺寸污秽电气线性特性验证试验方案。介绍了南方电网公司在瑞典输电研究院(Sweden transmission research institute,STRI)完成的±800 kV直流复合绝缘子全电压全尺寸污秽电气线性特性验证试验的情况,试验结果表明,特高压直流复合绝缘子的污闪电压与绝缘子长度呈良好的线性关系,STRI实验室与国内试验数据具有良好的一致性。     

高海拔地区复合支柱绝缘子的污雨闪特性

为向国内高海拔地区特高压直流换流站外绝缘的设计提供参考,在1970m实际高海拔条件下,以不同伞裙结构的5种复合支柱绝缘子和2种瓷支柱绝缘子为试品(染污采用固体污层法),采用恒压升降法,系统研究了伞裙结构和淋雨情况(淋雨量和雨水电导率)对复合支柱绝缘子污雨闪电压的影响。试验结果表明:伞间距对伞裙间污水柱的桥接现象影响较大,使得污雨闪电压差别较大;伞伸出增大会加大爬电距离,污雨闪电压升高;淋雨量、雨水电导率大小对支柱绝缘子的污雨闪电压影响也较大,且均符合幂函数关系。     

动车组支柱绝缘子伞裙不同部位积污特性的仿真研究

为研究动车组支柱绝缘子伞裙不同部位积污特性,将动车组支柱绝缘子伞裙分为迎风面、背风面和侧风面,建立了积污特性的流场计算模型,以质量沉积率为表征积污特性的参数,分析了不同部位质量沉积率与污秽颗粒粒径、气流速度之间的关系,比较了不同部位质量沉积率的差异性。仿真结果表明:迎风面和侧风面质量沉积率随污秽颗粒粒径的增大而增大,背风面质量沉积率随污秽颗粒粒径的增大而减小;不同部位质量沉积率与气流速度的关系受污秽颗粒粒径的影响,当污秽颗粒的粒径大于10μm时,随着气流速度增大,迎风面和侧风面质量沉积率增大,背风面质量沉积率保持为0,在相同污秽颗粒粒径和气流速度条件下,迎风面质量沉积率大于侧风面,而当污秽颗粒的粒径小于10μm时无上述规律。     

直流复合绝缘子芯棒材料中空间电荷特性研究

使用PEA法空间电荷测量系统测量了负直流高压电场作用后复合绝缘子芯棒材料中空间电荷分布,并进行了相关的分析和讨论。结果表明,在高压直流电场作用下,芯棒材料内部积累的空间电荷的极性和密度受到温度、电场强度和电场作用时间等因素的影响。由于陷阱深度的不同和物理、化学变化的作用,不同温度下芯棒材料内空间电荷的积聚极性和积聚量不同,特别是在20℃和40℃之间以及100℃和120℃之间存在明显变化。20℃下芯棒材料中空间电荷的积累随电场增大、电压作用时间的增加而增加。     

直流支柱绝缘子电场影响因素分析

直流支柱绝缘子是换流站支撑、固定高压设备,保证电气外绝缘的重要设备。为对直流支柱绝缘子特性影响因素进行分析,针对±500 kV德阳换流站支柱绝缘子放电故障,使用有限元分析软件并结合现场实际,用2D直流场计算雨水、污秽和消防水管对直流支柱绝缘子电场分布的影响情况。结果显示:(1)污秽的存在使得场强增大1.20倍;(2)雨滴的存在使得场强增大1.71倍;(3)消防管道、污秽和雨滴共同存在使得场强增大2.42倍,并且消防管道的对应位置场强增大5倍。电场的增大容易引起放电故障的发生,这对今后直流换流站相关设备的外绝缘优化设计、结构优化、运行维护和故障分析具有重要理论参考意义。     

支柱绝缘子上下表面不均匀积污负极性直流闪络特性

支柱瓷绝缘子在直流换流站得到普遍使用,近年的研究表明支柱瓷绝缘子的积污特性为上表面积污较下表面严重。对ZSW56-126/8绝缘子采用人工涂污法进行该积污特性下的直流闪络特性进行研究,试验得到各不均匀度下的闪络电压,用最小二乘法拟合闪络电压与盐密的关系,得出上下表面不均匀积污的直流闪络特性。分析了不均匀积污对绝缘子表面电导率的影响,得到了等值电导率关于不均匀度的函数。基于等值电导率函数推导出不均匀污秽闪络电压修正系数理论表达式,通过比对试验结果进行了校验,为不均匀污秽闪络电压变化提供了理论依据。同时,对比分析了修正系数经验公式,拟合得到带修正系数闪络电压表达式,通过误差计算进行了校验。可得如下结论:支柱绝缘子上下表面不均匀积污情况下,直流闪络电压U_f和盐密ρ_SDD满足经验公式U_f=aρ_SDD^-b,系数a与不均匀度正相关,且a随不均匀度的增加而变大,指数b值不受不均匀度的影响;支柱绝缘子上下表面不均匀积污将影响其表面污层电导率,进而影响其闪络电压。