252kV GIS盆式绝缘子金属法兰开孔的电场分析及优化设计

为检测GIS内局部放电特高频信号,需在盆式绝缘子金属法兰开孔处设置局部放电传感器,而金属法兰开孔会对盆式绝缘子表面及开孔处电场强度产生一定影响。笔者应用有限元分析软件ANSYS对三相分箱式252 kV GIS中盆式绝缘子电场强度进行了仿真计算,研究金属法兰开孔尺寸大小和结构对盆式绝缘子表面和浇注孔表面电场强度的影响。仿真结果表明,浇注孔结构对盆式绝缘子表面电场强度影响显著,金属法兰开孔大小对盆式绝缘子表面电场强度影响较小,经过优化后的小尺寸浇注孔绝缘子表面电场强度最大值比无浇注孔时高出3.21%,达到了预期目标。     

基于电场计算及模态分析的220 kV GIS盆式绝缘子裂纹缺陷检测方法研究

特高频局部放电法和振动法是GIS盆式绝缘子缺陷检测的重要工具,为了研究特高频局部放电法和振动法的适用性,需要对缺陷盆式绝缘子电场分布和振动模态研究。该文建立了含有正常或缺陷盆式绝缘子的直线型GIS间隔的三维模型,采用有限元法计算了盆式绝缘子的表面电场分布和振动模态,并研究裂纹缺陷对表面电场强度和振动模态的影响。研究结果表明,当盆式绝缘子有裂纹时,裂纹附近出现明显的电场畸变,靠近母线的裂纹端部电场畸变更为严重,靠近外壳的裂纹有可能无法用特高频局部放电法进行检测。当盆式绝缘子存在裂纹时,前10阶模态频率均呈下降趋势。     

GIS盆式绝缘子气隙缺陷下电场变化规律仿真研究

为了研究气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子存在气隙缺陷时的电场变化规律,以800 kV GIS盆式绝缘子为研究对象,建立了三维仿真模型,基于有限元原理仿真计算了GIS盆式绝缘子内部分别含有气泡及缝隙等典型气隙缺陷时的电场分布,并分析了气泡位置及大小、缝隙分布方向及宽度对盆式绝缘子电场的影响规律。仿真结果表明:电场畸变主要出现在缺陷处,气泡表面最大场强比无气泡时增大50%左右,较高场强区气泡表面的场强能够引起气体电离;气泡半径对场强变化的影响不到6%;横向裂缝场强最大增大约1.78倍,远大于径向裂缝场强的变化;径向裂缝越宽,裂缝最大场强越大;横向裂缝越宽,场强畸变越小。     

盆式绝缘子金属丝缺陷下电场分布仿真研究

为研究金属丝缺陷对GIS内部盆式绝缘子电场分布的影响,采用有限元分析方法,以实际1100kV GIS内部盆式绝缘子为研究对象,利用ANSYS仿真软件仿真计算存在金属丝缺陷的盆式绝缘子电场分布,并研究金属丝的分布方向、径向距离、长度和宽度对盆式绝缘子电场分布的影响.结果表明:盆式绝缘子内部的金属丝缺陷会使电场严重畸变,电场强度最大值为无缺陷时的10.76倍,且金属丝径向分布时对盆式绝缘子电场的影响更大.盆式绝缘子的电场畸变程度与金属丝分布方向、径向距离及长度有关.     

高压直流盆式绝缘子气–固界面电荷行为研究综述

直流电压作用下盆式绝缘子表面的电荷积聚导致盆式绝缘子表面局部电场畸变,降低盆式绝缘子沿面耐电强度,诱发沿面闪络。因此,表面电荷积聚成为制约直流GIS和直流管道输电系统发展的重要因素。该文首先总结了近40年内围绕盆式绝缘子表面电荷行为的重要研究成果,并对电荷积聚模型中存在的问题进行评述。基于场效应理论对现有表面电荷积聚谱图及形成机制进行解释,结合盆式绝缘子气-固界面载流子迁移理论,对表面电势测量结果分散性较大的现象进行解释。最后,对直流盆式绝缘子气-固界面电荷行为的研究方向给出工作展望,并针对电荷抑制方法给出建议。     

振动法评估盆式绝缘子机械状态的分析

为了探讨振动法评估GIS盆式绝缘子机械状态的研究方法,以GIS盆式绝缘子为研究对象,利用ANSYS软件的有限元分析功能,建立了GIS盆式绝缘子的有限元模型,记录了GIS盆式绝缘子有限元模型在受到不同程度的损坏时的固有频率,并且对数据进行了分析,最后的研究结果表明,当盆式绝缘子中出现贯穿性的裂纹时,其固有频率具有明显的下降,为振动法估测盆式绝缘子机械状态提供了指导意义。     

基于超声导波的盆式绝缘子缺陷检测及定位

盆式绝缘子作为气体绝缘封闭组合开关设备(GIS)的重要部件,其结构健康对电网的建设有着重要影响。为降低GIS故障率,首先分析了盆式绝缘子的损伤原因,对比了针对其缺陷常用的检测方法,提出了利用超声导波技术对盆式绝缘子的内部气泡、外部附着物及裂纹等缺陷进行检测及定位的方法。并进一步分析了兰姆(Lamb)波在盆式绝缘子中的传播特性,绘制出频散曲线,确定了激励信号的频率,同时通过有限元仿真和检测试验对盆式绝缘子缺陷的检测和定位进行了研究。研究结果表明,采用谐振频率为100 k Hz的压电传感器在盆式绝缘子中激发出Lamb波,并通过压电传感器阵列进行接收。通过比较不同传感器接收信号幅值的衰减率,可以对盆式绝缘子的缺陷进行检测和定位。     

基于超声波的GIS盆式绝缘子螺栓松动程度监测方法

GIS中的重要组成部分盆式绝缘子主要通过法兰螺栓进行固定,但螺栓松动会导致盆式绝缘子受力不均甚至气体泄漏等问题,严重影响GIS运行的可靠性和安全性。文中提出了一种GIS盆式绝缘子法兰螺栓松动程度的超声波监测方法,利用压电传感器进行超声信号的激励与接收,并将压电传感器安装在待测螺栓所连接的法兰两侧,根据超声响应信号的能量衰减率来判断螺栓松动程度。通过实验研究了不同工况下超声响应信号能量及其衰减率的变化规律。结果表明,随着螺栓松动程度的增加,响应信号幅值逐渐下降,信号能量衰减率逐渐增大,单个螺栓松动且松动等级为3时信号能量衰减率可达40.8%;同时发现距离松动螺栓最近的压电传感器接收信号能量衰减率最大。该方法可实现GIS盆式绝缘子法兰螺栓松动程度监测,具有一定的工程应用价值。     

交/直流电压下气体绝缘变电站盆式绝缘子表面电荷对闪络电压的影响

在气体绝缘变电站(GIS)中,盆式绝缘子表面电荷的存在会使局部电场发生畸变,严重时还会降低沿面闪络电压。为此,研制了一种用于实际252 k V GIS盆式绝缘子表面电荷的3维测量装置,可以对盆式绝缘子表面电荷进行全径向、全角度测量。参考实际盆式绝缘子的绝缘设计裕度及其沿面闪络特性,设计了闪络试验模型,分别针对直流、交流电压作用下绝缘子表面电荷对沿面闪络电压的影响开展了研究。结果表明:在交流电压和直流电压作用下,随着表面电荷积累量的增加,绝缘子沿面闪络电压有所减小;相比于交流电压50 k V作用1 h工况下,在53 k V交流电压作用3 h工况下,盆式绝缘子的沿面闪络电压降低了10.2%,而直流电压下,绝缘子的沿面闪络电压最大可降低23.0%,这说明了绝缘子表面电荷的存在对其沿面闪络电压具有明显的影响,在绝缘设计时需予以重视。研究结果可为GIS及气体绝缘输电线路(GIL)绝缘子的绝缘设计提供参考。     

GIS盆式绝缘子表面缺陷及其诊断方法研究综述

盆式绝缘子作为气体绝缘组合电器（GIS）最薄弱的绝缘环节,其表面缺陷是提高GIS设备绝缘强度研究中的关键问题。本文首先介绍了气泡缺陷、异物缺陷、表面脏污以及裂纹缺陷等盆式绝缘子常见表面缺陷的产生和发展机理;其次分析总结了盆式绝缘子表面缺陷诱发闪络的发生机制,明确了盆式绝缘子表面电场分布及表面电荷积聚是影响绝缘子沿面闪络...     

直流电压下GIS盆式绝缘子表面电荷及电场分布特性仿真研究

GIS中盆式绝缘子表面在外施直流电压时会积聚大量电荷使得沿面闪络电压大幅降低,从而引发一系列电气设备故障。基于上述问题,文中分析了盆式绝缘子表面电荷的来源与传导途径,采用有限元仿真计算方法构建了二维轴对称仿真模型以及设定相关参数,研究了电压极性、不同电压幅值以及电压极性反转对盆式绝缘子表面电荷分布的影响。结果表明,在直流电压下,凹面主要积聚与外施直流电压极性相反的电荷,凸面主要积聚与直流电压极性相同的电荷,且凹面积聚的电荷密度更大;在极性反转后-100 kV直流电压下,盆式绝缘子表面原先积聚的电荷密度呈现先增大后逐渐减小的趋势,随后转换极性并达到饱和,电场在靠近高压端以及盆式绝缘子沿面0～20 mm处的畸变程度较为明显。电场在盆式绝缘子表面电荷极性发生变化前出现峰值,相比较电荷达到饱和状态,此时盆式绝缘子凹面最大场强增加46%,凸面最大场强增加5.4%。该研究可为直流电压下盆式绝缘子表面电荷分布特性提供指导。     

不同污秽质量下GIS绝缘子模态特性仿真

气体绝缘全封闭组合电器（简称GIS）已广泛应用于世界各地,其安全运行对于整个电网的安全运行至关重要。运行过程中导致GIS盆式绝缘子闪络的主要原因就是其表面污秽的存在。本文采用有限元分析软件COMSOL进行仿真模态分析,对于污秽质量对盆子模态的影响进行了相关研究,得到了添加污秽后每一阶固有频率均会上升并且污秽质量越大固有频率数值越高等结论,对于提高GIS设备运行可靠性具有重要的实际和科学意义。     

GIS盆式绝缘子对超高频电磁波衰减的仿真研究

时域有限差分算法对GIS内局放激发超高频电磁波信号经盆式绝缘子的衰减特性进行仿真研究。首先研究了盆式绝缘子对超高频电磁波电场信号强度的衰减作用,指出绝缘子对在GIS腔体内传播的超高频电磁破电场强度衰减较小,对通过绝缘子泄漏到GIS腔体外的超高频电磁波电场强度衰减较大。然后研究了经绝缘子衰减后超高频电磁波电场信号增益的幅频特性,指出在GIS腔体内绝缘子对超高频电磁波的衰减集中在1000MHz以上,而从绝缘子处泄漏到GIS腔体外的电磁波信号其衰减集中在1500MHz以下和3000MHz以上频率。     

GIS盆式绝缘子表面缺陷的局部放电检测

盆式绝缘子是GIS设备中故障率较高的部件之一,尤其是盆式绝缘子的沿面闪络,对于GIS运行的安全性威胁极大。因此,对盆式绝缘子上可能引起故障的缺陷,特别是绝缘表面缺陷进行状态检测,以预防绝缘故障的产生,是现阶段研究的热点问题之一。文中以一个存在表面缺陷的实际GIS盆式绝缘子为例,使用多绝缘子对照方法测试了样品在高电压作用下的局部放电特性,并使用光电效应对实验结果进行了验证。根据实验结果对数据进行了分析,发现了放电伴随的光脉冲的强度与放电频率之间的相关性。文中的研究内容对于盆式绝缘子表面缺陷在现场的检测识别,以及绝缘子制造工艺的改进具有重要的参考意义。     

基于超声导波能量的盆式绝缘子裂纹检测方法研究北大核心CSCD

盆式绝缘子作为GIS设备的主要绝缘部件,其裂纹缺陷将直接影响到设备的安全运行。为了实现超声导波对盆式绝缘子的裂纹检测,文章首先研究了兰姆波在盆式绝缘子内部的传播机理并绘制了相应的频散曲线,提出了利用传感器离散电压信号计算超声导波能量的简化公式,进一步通过有限元仿真模型探究了裂纹对超声导波能量传播规律的影响,最后,通过实验对检测方法可行性进行了验证。研究结果表明,在超声发射端不变的情况下,传感器接收信号的能量衰减率将随裂纹尺寸的增大而增大,且距离缺陷位置越近,其能量衰减率变化越大。该检测方法可实现盆式绝缘子的裂纹检测,且提高了超声导波检测微小裂纹时的灵敏度,具有一定的工程实践价值。     

存在气泡缺陷的盆式绝缘子电场仿真分析

盆式绝缘子内部存在气泡缺陷是引起局部放电和沿面闪络的重要因素,为研究气泡对盆式绝缘子电场分布的影响,采用ANSYS有限元分析软件建立存在气泡缺陷的盆式绝缘子三维仿真模型,分别研究快速暂态过电压和工频电压作用下,气泡大小、位置对盆式绝缘子电场分布及沿面闪络的影响。结果表明:气泡缺陷会引起盆式绝缘子电场畸变,最大电场强度比无气泡缺陷时增大了30%左右,且气泡越靠近金属端,盆式绝缘子电场强度越大。电场畸变主要出现在气泡缺陷附近,畸变程度与气泡尺寸、径向距离及距表面的距离有关。     

特高压GIS局部放电超声波传播特性仿真

超声波法是一种非破坏性的电力设备局部放电检测方法,运用数值计算方法可以有效地分析超声波的声场特性。为明确特高压GIS局部放电超声波信号的传播特性,采用有限元计算方法仿真研究了特高压GIS不同位置发生局部放电时超声波信号的传播特性。按照某1 100 k V特高压GIS实际尺寸,建立了特高压GIS三维仿真模型,设置单极子声源分别位于GIS中心导体和盆式绝缘子处,布置多个超声波传感器位于GIS外壳不同位置用于接收局部放电产生的超声波信号。仿真得到了GIS壁面上接收的来自不同位置单极子声源产生的超声波声压分布图,以及传感器上超声波信号的时频域特性。分析了超声波信号不同传播路径之间的博弈过程,通过对比不同传感器接收到的超声波信号的先后顺序确定了单极子声源在不同位置时超声波信号的传播路径。仿真结果表明,当单极子声源位于中心导体远离盆式绝缘子时,超声波率先到达距离单极子声源直线距离最近的GIS外壳,然后向两侧传播;当单极子声源位于中心导体靠近盆式绝缘子或者单极子声源位于盆式绝缘子时,超声波将沿着盆式绝缘子传播至GIS外壳,然后向两侧传播。传感器接收到的超声波频谱主要集中在30~40 k Hz,在更高的频率范围内(60~80 k Hz),超声波信号迅速衰减。随着传感器到局放源距离的增加,超声波信号近似以指数规律衰减,在经过盆式绝缘子时,衰减更为严重。     

特高压GIS盆式绝缘子沿面闪络特性研究综述

盆式绝缘子是GIS最薄弱的绝缘环节。文中统计了GIS故障缺陷类型,对GIS故障发生率进行了计算。针对盆式绝缘子沿面闪络特性影响因素进行了系统分析,包括金属颗粒、绝缘子表面缺陷、表面电荷等。探讨了金属颗粒荷电和受力情况、运动特性及其抑制措施。对盆式绝缘子表面缺陷类型、演化过程及其检测方法进行了探索。直流电压下,GIS盆式绝缘子表面极易积聚大量电荷,文中对相关作用机理、测量方法和动态过程进行了总结。详细阐述了轮廓优化,介电涂层和功能梯度材料等提高沿面闪络电压方法的特点和应用范围,对各种方法的优缺点进行了讨论和比较。结合中国在建的特高压输电工程,对GIS/GIL盆式绝缘子设计提出了一些参考性建议。     

基于临界折射纵波法的盆式绝缘子法兰螺栓松动检测

盆式绝缘子是GIS的关键绝缘器件,与两侧气室法兰通过螺栓进行紧固连接,当螺栓松动时会导致盆式绝缘子应力分布不均,从而影响GIS运行的安全性和稳定性。文中提出了一种基于超声临界折射纵波(L_CR)的盆式绝缘子法兰螺栓松动检测方法,根据L_CR波在盆式绝缘子法兰表面的传播声时差来反映螺栓松动情况。结果表明,当相邻螺栓松动时,L_CR波在松动螺栓之间的法兰表面声时差变化最大,且变化量大于24 ns;当不相邻螺栓松动时,L_CR波在松动螺栓正对的法兰表面声时差变化最大,且声时差变化量大于10 ns,并且螺栓松动程度越大,超声传播声时差变化量越大。该检测方法可实现对盆式绝缘子法兰螺栓松动的检测,判断螺栓松动数量及位置,具有一定的工程实用价值。     

1100kV GIS盆式绝缘子气泡缺陷下的有限元应力分析

建立了1 100 kV和252 kV气体绝缘开关设备(GIS)盆式绝缘子的三维模型,基于有限元原理计算分析了绝缘子在不同外部载荷作用下的应力分布特性,并研究了气泡缺陷的位置及尺寸对绝缘子应力分布的影响规律。结果表明:应力最大值随载荷增加呈线性升高趋势;气泡缺陷会使盆式绝缘子相应位置处应力分布发生畸变,造成表面和剖面应力最大值增加,当载荷从0.4 MPa增加到3.2 MPa,最大应力值比无气泡缺陷绝缘子增大了40%～70%;气泡位置和尺寸对局部应力的分布有显著影响,当气泡远离绝缘子根部应力集中部位时,其对应力畸变的影响减弱;相同载荷作用下,1 100 kV绝缘子应力最大值高于252 kV绝缘子。