高压瓷质绝缘子电场逆问题的研究及其应用

逆问题在实际工程中有着广泛应用,绝缘子电场逆问题的解可用来检测劣质绝缘子。对于三相高压瓷质绝缘子组成的系统,根据系统的尺寸、位置等参数和模拟电荷法的基本原理建立等效模型,并建市系统逆问题方程,根据测量点 (对于110kV,每相需要3个测量点)的电场强度,利用对分法和最小二乘法求解逆问题的近似解,即匹配点的电位矩阵,然后通过数据拟合、插值计算,得到绝缘子串的电位分布,将其与绝缘子串的标准电位分布值比较,就可判断有无劣质绝缘子及其位置,最后分析了在非接触式电场测量法中杆塔对电场分布的影响。     

基于模拟电荷法的绝缘子电场非接触式测量法

根据模拟电荷法的基本原理和绝缘子片的实际形状,采用环线形离散模拟电荷等效分布在绝缘子表面的束缚电荷,使模拟电荷产生的空间场的边界条件满足绝缘子的束缚电荷产生的空间场.测量绝缘子串附近一定距离范围内的几点(对于110 kV,可只测量3点)的电场强度,根据测量点的实际电场强度和采用模拟电荷法建立的等效模型,结合一定的搜索方法,可计算出绝缘子串的实际分布电压值.将绝缘子串的实际电压分布值与国家标准给定的电压分布值相比较,可判断出有无劣质绝缘子片及其位置,从而完成绝缘子的预防性检测,避免电力事故发生.与目前国内的电场测量法相比,这种方法采用程序计算来代替部分测量工作,可以带电检测,测量点少,操作方便,实现了一定距离的非接触式测量,避免测量装置直接与高压绝缘子接触,降低了操作的危险性.     

含零值绝缘子220 kV绝缘子串电场分析

为研究零值绝缘子对绝缘子串的影响,采用有限元法对缘子串中含零值绝缘子时的电位分布和电场分布进行了分析。建立220　kV绝缘子串及杆塔和分裂导线的3D模型,研究含有零值绝缘子时绝缘子串的电位分部和电场分布变化。仿真结果表明,零值绝缘子的位置及个数都会影响绝缘子串的电位分布和电场分布。     

基于紫外脉冲法的非接触式低值(零值)绝缘子在线监测系统

目前低值(零值)绝缘子检测手段主要有电压分布法、电晕脉冲法、红外热像测温法及超声波法等,但均有一定的不足.文中提出了全新的紫外脉冲法:当线路上存在低值绝缘子时会造成绝缘子串电压分布改变,从而使绝缘子串的放电脉冲数目增加,并引起放电紫外光脉冲的相应变化.在线路杆塔上加装根据文中方法研制的监测装置,对绝缘子串放电脉冲引起的紫外光的185 nm～260 nm(日盲区)部分进行连续在线监测,分析紫外脉冲的变化,可以发现低值(零值)绝缘子.由紫外脉冲法构成的绝缘子监测系统,不需和绝缘子接触,检测距离可以远达4 m以上,适用于线路绝缘子在线监测.文中方法经过了110 kV线路的实验验证,证实了检测效果.     

Y型绝缘子串交流和直流电压分布特性

采用球隙法测量了交、直流500 kV输电线路中Y型串绝缘子的电压分布,采取相应措施减小了环境因素对测量结果的影响,得到了交、直流500 kV电压下Y型串的电压分布曲线。研究结果表明：在交流电压下,Y型绝缘子串的电压分布极不均匀,其电压分布曲线和交流悬垂I串类似;在直流电压下,Y型绝缘子串的电压分布极不均匀,绝缘子串导线侧绝缘子分担电压高于其它绝缘子,总体上呈现导线侧和杆塔侧两端高、中间低的分布趋势。研究结果为Y型串输电系统的外绝缘设计提供了参考依据。     

±500kV直流线路绝缘子串自然积污规律初探

根据±500 kV天广直流线路绝缘子积污测量结果,探讨了直流线路绝缘子的积污规律,并计算了部分杆塔绝缘子片数和污闪概率。结果表明:直流绝缘子正负极性下积污量基本相当;直流绝缘子串沿串的积污量分布基本呈U型分布,与交流下相似;同种绝缘子在不同地区其上下表面积污量的比值不同;目前±500 kV天广直流线路部分地区绝缘子片数不足。     

1000kV特高压交流复合绝缘子耐张串均压特性研究

交流电压作用下,由于复合绝缘子导线侧和杆塔侧的杂散电容不同,绝缘子的沿串电压分布不均匀。采用三维有限元方法分别计算了特高压交流1 000 kV单回和双回输电线路一字型4联550 kN复合绝缘子耐张串的沿面电位和电场分布,比较了大环屏蔽深度、管径、外径等均压环结构参数对电场分布的影响,给出了均压环的推荐配置方案。结果表明,当中相施加相电压峰值时,各关键部位场强值最大;单回和双回耐张串均压环表面最大场强分别为2.06 kV/mm和1.8 kV/mm,绝缘子伞裙护套表面最大场强分别为0.33 kV/mm和0.31 kV/mm,满足均压环表面场强在峰值下不超过2 kV/mm,复合绝缘子伞裙护套表面场强在有效值下不超过0.4 kV/mm的电场控制要求。     

500 kV输电线路杆塔K_v值对V型绝缘子串受力影响分析

V型绝缘子串在500 kV直线塔中应用普遍,因V型绝缘子串背风侧绝缘子受压,绝缘子损坏或掉线的事故时常发生。通过计算,得出了杆塔Kv值与V型绝缘子串背风侧绝缘子串受力之间的关系。在输电线路设计阶段,通过调整杆塔实际Kv值,使其大于Kv控制值,可以避免V型绝缘子串损坏或掉线事故的发生,对输电线路排杆定位具有参考价值。     

110kV零值瓷绝缘子电场仿真分析研究

瓷绝缘子长期运行后其绝缘性能和机械性能下降,容易产生零值、低值绝缘子,严重时会导致输电线路外绝缘发生闪络,发生电网停电事故。利用相关仿真分析软件,对110 kV直线猫头塔绝缘子上的无零值绝缘子和不同部位劣化绝缘子进行钢脚和铁帽的电位自由度耦合,以模拟在实际情况下的零值绝缘子,通过在电位分布云图、等位线分布图、电场分布云图、电位分布和电场分布曲线等方面的对比分析,分析不同部位零值绝缘子对绝缘子串空间电场分布特性的影响,对绝缘子劣质绝缘子的检测提供一定的理论支撑。     

±500 kV直流复合绝缘子的电位分布特性

为研究±500 kV直流复合绝缘子的电位分布特性,采用动电容测量法,运用直流线路绝缘子串电位分布测量表,选用FXBZ-±500/300型棒形悬式复合绝缘子作为试品,对比了±500 kV高压直流输电线路工程双悬垂串、双V形串复合绝缘子与单串绝缘子的电位分布特性,发现±500 kV直流双联复合绝缘子串因具有邻近效应而使得其高压端部的分布电压较单串而言要高。根据不同罩入深度、不同组装方式下的均压装置对双联复合绝缘子电位分布特性的影响,给出了双联直流复合绝缘子均压装置合理的结构尺寸和安装形式,可指导电力系统正确选用复合绝缘子均压装置。     

模拟电荷法计算特高压架空线路3维工频电场

为研究杆塔及导线弧垂对架空线路周围工频电场分布的影响,并检验2维计算模型的合理性与适用性,首先基于模拟电荷法建立考虑杆塔及导线弧垂的3维架空线路工频电场计算模型(它以线电荷单元为模拟电荷布置在各导线和杆塔铁棒轴线上,解析计算线电荷单元的电位系数,并叠加得到总体电位系数矩阵,从而可解得各节点的线电荷),然后据此计算了特高压线路相导线表面及地面上1m高平面内的3维工频电场。结果表明,地面上1m处平面内场强分布受弧垂影响很大,3维模型比2维模型更全面、准确地反映了这种不均匀分布状况;各相导线表面场强最大值在杆塔附近均有微弱变化,但并不显著;地面上1m处场强在杆塔附近增大,但在远离杆塔的区域基本不受杆塔影响。     

紧凑型输电线路复合绝缘子轴向电场分布分析

了解线路复合绝缘子的轴向电位和电场分布对绝缘子的相关设计和运行维护具有现实意义。为此,利用电磁场有限元计算软件建立了考虑杆塔和导线影响的750kV单回路紧凑型线路复合绝缘子三维模型,计算分析了复合绝缘子在无均压环和安装合适均压环两种情况下的轴向电位和电场分布;计算过程中忽略了伞裙对轴向电场分布的影响。计算结果表明,配置合适均压环后,复合绝缘子轴向电位分布的不均匀性得到有效改善,对金具端部附近场强的控制达到良好效果。最后计算了复合绝缘子伞裙和悬挂方式对电场分布的影响,结果表明,电场分布计算忽略伞裙影响是合理的,且悬挂方式对空间电场分布有一定影响。     

A finite element method for the determination of space chargedistributions in complex geometry

Electrical breakdown in insulators very often initiate near high field regions of the structure, as found near small-radius impurities or at electrode defects. This is attributed to the development of localized space charges. For this reason many efforts have been made to determine such charge. Various techniques are now available, but they are not directly applicable to complex geometries where it is difficult to determine analytically the field configuration and thus the relation between the measured variables and the space charge distribution. To solve this problem, we propose to use a numerical simulation using a finite element method (FEM). In this paper we describe how it can be implemented in the case of the pressure wave propagation (PWP) method. It is shown that measured signals in insulating samples with divergent electric field regions are well fitted by simulations. We show that this allows for the determination of space charge distribution in such samples     

基于表面电荷法的输电线路表面电场强度计算

三相输电线路导线表面电荷的分布是不均匀的,各点电场强度的大小也不同.文中采用表面电荷法计算导线表面的电荷密度,然后求出导线表面各点的最大电场强度值.计算方法能够反映出电荷密度及电场强度沿导线圆周分布的情况,根据计算结果优化高压输电线路的布置.     

500 kV直流GIL支撑绝缘子的电场优化

随着电网建设的日益深入,直流气体绝缘金属封闭输电管道(GIL)由于可用在高电压、大容量的场合,用作经济的长距离输电线路而被提上研究日程。直流GIL支撑绝缘子的沿面闪络很大程度上是由表面电荷积聚引起的。直流下GIL的内部稳态电场分布主要受环氧树脂固体绝缘的电导率和形状控制。以500 kV直流GIL为计算模型,借助COMSOL软件,研究了GIL中支撑绝缘子的形状、体积电导率和表面电导率对电场分布的影响。研究认为,半圆锥式绝缘子的电场分布是最优化的,绝缘子的体积电导率对其电场分布影响不大,通过控制绝缘子表面电导率,可以控制和优化直流GIL中绝缘子沿面电场分布。     

Direct observation of time-dependent space charge profiles in XLPEcable under high electric fields

Space charge distribution was measured, applying an electric field of >1 MV/cm to 3 mm thick XLPE cable insulation. Improving the conventional pulse electro-acoustic method, a new method was developed to measure space charge when applying HV to cables. Under high field, hetero charges were formed soon after voltage application, followed by an injection from the cathode. Then intermittent injections of charge packets from the anode took place. The space charge distribution kept changing without becoming stabilized. A simulation was done assuming hysteresis of the injection characteristics. The observed intermittent injection near the anode was qualitatively reproduced using computer simulation     

SEM-mirror methods and application to insulator characterization

The SEM mirror method (SEMM) is a nondestructive technique developed for insulators characterization. It provides measurements on the charge trapping ability under high electric field with a spatial resolution down to 1 μm. SEMM consists of experimental measurements, ground current and minor plot, and a simulation part using Monte Carlo calculations. The mirror plot gives information on the trapped charge distribution at an equilibrium state. Many experimental results on different kind of materials, e.g. polymers, ceramics, single crystals, have shown that the mirror plot is useful to study insulators properties. But, the charge distribution deduced from the experimental minor plot is not unique and more information about charge buildup is needed to reduce the set of solutions. More recently, the ground current measurement during the injection phase gave complementary results on the charge trapping rate. Under specific conditions, peaks of electron emission occur during injection which have been associated with a local flashover. This result clearly shows that SEMM is able to study insulators under high field stress close to the breakdown strength. To understand the mirror experiments, a more complete simulation of the injection phase is needed. This can be achieved through Monte Carlo simulation of the electron-matter interactions by taking into account charge trapping and detrapping processes under high field. Using these three complementary approaches, it is possible to get a better understanding of charge trapping and detrapping processes in insulators under high electric field with a fine spatial resolution     

电网络法计算交流特高压绝缘子串电压分布

特高压输电线路绝缘子串较长,电压分布很不均匀。为给线路工程提供设计参考数据,利用电网络法并结合试验,计算和分析了56片绝缘子串在干燥及污湿情况下的电压分布。结果表明:绝缘子劣化将加剧电压分布的不均匀;采用自身电容较大的绝缘子,增加杆塔高度和横担长度均能改善绝缘子串的电压分布;泄漏电导增大和不同位置绝缘子杂散电容的差异也可减小电压分布的不均匀性。在工程应用中,采用自身电容较大的绝缘子对改善特高压绝缘子串电压分布的效果最为明显。