特高压交流试验基地1 000 kV变压器选型及试验

作为特高压交流试验基地的重要设备,1000kV变压器的结构设计及选型首先应保证其安全运行,其次必须考虑它作为将来1000kV交流试验示范工程主设备的功能的同时兼顾试验基地作为示范工程的前期科研作用。为此,国网武高院采用多个厂家不同结构的设计进行对比,以充分考核其可靠性与优劣。此次1000kV特高压变压器设计在它的技术条件和标准、选型、招标采购、安装调试、交接验收、系统设备投运等工程建设全方位进行了尝试、铺垫,为正式工程的建设奠定了良好的基础。     

±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计

±400 kV换流变压器阀侧套管的设计裕度均低于特高压等级换流变压器套管,且±400 kV换流变压器阀侧套管在换流阀厅用量较大,因此有必要针对±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计进行具体分析讨论.分析了±400 kV换流变压器阀侧套管双导电管结构的发热机理,从理论解析角度给出了双导电管结构的设计尺寸,进一步优化设计了套管的芯体绝缘结构,从内、外绝缘配合的角度给出了套管的外绝缘设计方案,并对其整体电场分布情况进行了校核计算:工作电压下其径向电场强度控制在3.11 kV/mm,工频耐压下其轴向电场强度控制在0.51 kV/mm,均满足±400 kV换流变压器阀侧套管设计电场强度控制要求.对研制完成的±400 kV换流变压器阀侧套管进行型式实验,结果表明所研制的套管通过了工频干耐受电压试验并局部放电测量、雷电冲击干耐受电压试验和温升试验等典型型式试验.     

Optimization on the internal insulation system of gas‐insulated bushing for 1100‐kV GIS based on multiobjective optimization method

In this paper, we first study the voltage and electric field distribution characteristics under the basic lightning impulse level (BIL) of 2400 kV by finite element method (FEM) calculation which are affected by the internal shielding structure of the gas‐insulated bushing for the 1100‐kV gas‐insulated substation (GIS). On this basis, four parameters of the shielding structure are determined to be the decision variables in the optimization process. Four electric field objective functions and four potential objective functions are also proposed. Using a multiobjective optimization method, we then construct an evaluation function with the eight objective functions mentioned above, which are used to evaluate the electric field and potential distribution synthetically. Furthermore, a combination of FEM and the evolution strategy is used to construct the stochastic optimization objective function with the multiobjective evaluation function. The electric field and potential distribution of the gas‐insulated bushing are greatly improved after optimization, and the electric field strength at key spots is effectively reduced. The insulation system of gas‐insulated bushing for 1100‐kV GIS designed by this method has passed type tests and worked well nearly 3 years. So, this optimization provides a constructive method and useful basis for the design of gas‐insulated bushings for 1100‐kV GIS and other electrical equipment. © 2013 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

特高压交流线路金具常见电晕位置及串型优化

基于浙北—福州1000 kV特高压交流线路现场测试结果,研究了特高压交流线路金具的常见电晕问题.借鉴中国1000 kV特高压交流输电线路金具设计、制造、建设及运行经验,根据1000 kV特高压交流线路技术参数开展了悬垂串、耐张串和跳线串均压屏蔽环金具结构的优化设计工作,通过悬垂串的真型电晕及噪声测试进一步验证了金具的优...     

An Advanced Optimal Approach for High Voltage AC Bushing Design

This paper proposes a new and advanced methodology for finding the optimum electrical design of high voltage ac capacitive graded bushings using an improved genetic algorithm approach as an effective meta-heuristic method. A case study has been conducted on a 145 kV oil impregnated paper (OIP) bushing and the IEC 60137 tests have been performed to evaluate its performance. Condenser-bushings contain concentric conductive foils which are isolated from each other. The partial capacitances between conducting cylinders can be modified by adjusting the number, diameter, place and length of these cylinders as well as the thickness of insulating material between foils. As a result, the voltage drop and also the electrical stress in the core and along the surface will change. This paper finds optimal value of bushing design parameters to achieve well-distributed electric stress with the lowest possible maximum value and also a constant voltage drop for different layers by using an improved genetic algorithm optimization method subject to practical and technological constrains. The proposed method of this research work has been applied to a 145 kV OIP bushing. The performance of optimal designed 145 kV OIP bushing under IEC 60137 tests is very promising.     

交流特高压避雷器等变电设备带电考核

特高压交流试验示范工程用的1000kV变电设备在我国是全新电气设备,目前不具备对特高压设备进行挂网试运行的条件,为确保特高压试验示范工程一次投运成功、长期可靠运行,进行了在特高压交流试验基地带电考核场内对特高压避雷器、电容式电压互感器(CVT)、支柱绝缘子和变电金具进行带电考核。考核设备在考核场内的布置和连接方式参照特高压交流试验示范工程3个变电站/开关站的实际布置和连接。相关试验充分考核了特高压避雷器、CVT、支柱绝缘子及变电金具的电气性能和机械性能;验证了试验示范工程中相关设备布局、连接方式的合理性;同时考核过程中对噪声进行了治理,取得了良好的效果;取得了设备均匀环、变电金具、耐张串绝缘子均压环的电晕特性、噪声水平和地面场强等的第一手资料。带电考核工作不仅完成了预期的考核任务,还为特高压交流试验示范工程积累了有益的经验。     

Development of a DC −1 MV insulating transformer for neutral beam injectors

A DC −1 MV insulating transformer has been developed for the power supply of the neutral beam injector (NBI ) at ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) . A DC long‐pulse −1 MV insulation structure between the primary and secondary windings, considering potential variation in the insulator for DC long pulse, has been designed. Simultaneous development of a compound bushing, which consists of an AC 500 kV condenser bushing inside a cylindrical fiber‐reinforced plastic tube, has been carried out. The DC −1 MV insulation design has been verified by high‐voltage insulation tests of AC 50 Hz 1300 kV peak for 1 min, DC −1200 kV for 1 h, and a long‐duration test of DC −1060 kV for 5 h. The results showed that the insulating transformer satisfies the power supply requirements for the ITER NBI . Copyright © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

一起550kV油浸纸变压器套管工频闪络原因分析

对一起550 kV变压器套管的工频闪络原因进行了分析,建立了套管和试验油缸的全尺寸有限元模型并对模型进行了有限元仿真,分析了小套管外壁有无气泡对套管内部电场分布的影响。最后提出试验前应将套管充分静置等防止此类事故的建议,对实际试验具有一定的指导意义。     

受潮对油纸电容式套管频域介电响应的影响

设计制作了10 kV油浸纸套管模型,对该模型进行电势分布仿真,得出电势沿径向路径线性分布的结论。同时,套管模型实际工频电容测量值30.197 pF与理论计算值30.172 pF接近,套管模型基本满足实际需求。测试了不同受潮程度下套管的主绝缘与绝缘油的频域介电响应特性后发现:受潮缺陷会使主绝缘的介质损耗和电容在整个频域(10~(-3)~10~3Hz)内明显增加;受潮后的绝缘油介质损耗在整个频域内明显增加,而电容则在10~(-3)~10~(-1)Hz频段内明显增加,10~(-1)~10~3Hz内基本保持不变。最后选取特征频率点(10~(-3)、10~(-2)、10~(-1)Hz)下的电容值与工频电容值的比值为特征量有效地实现了对套管受潮状态的评估,为频域介电响应技术应用于油纸电容式套管的状态评估提供了理论参考。     

1000kV/8 kA升流装置的研制

为施加1000 kV工作电压考核的设备(如气体绝缘套管、变压器及电抗器用套管、断路器、GIS、隔离开关等)提供额定工作电流,研制了100kV/8kA大电流升流装置,其绝缘水平与1000 kV输变电设备相同,长期额定工作电流8 kA,电流输出端口额定电压1.2 kV。在介绍大电流升流装置的设计思想(工作原理、组成、参数选择、本体设计、无功补偿及测量系统)的基础上,设计了不同结构电压传感器,为检验和研究1000 kV罐式CVT、电子式电压互感器创造了条件。     

特高压1100 kV GIS现场交流耐压试验技术

为了减少开展特高压1100 kV GIS现场交流耐压试验时可能出现的问题,立足于近年来国内特高压站GIS现场试验积累的经验,从特高压1100 kV GIS的结构特点、试验方案的选择、试验频率和加压程序的考虑、试验接线中的注意事项及试验判据等各个方面对特高压1100 kV GIS现场交流耐压试验技术进行了系统性的介绍。并详细地分析了试验过程中的关键点,给出了试验参数估算的算例,为设备配置和试验电源选取提供依据。特高压1100 kV GIS交流耐压试验电压高、设备容量大、套管高度高,给现场试验带来诸多难题,应提前做好充足的准备。     

750 kV油纸电容型变压器套管导电杆故障分析

目前宁夏电网 750 kV变压器高压套管均为油纸电容型套管,采用弹簧压紧密封结构。套管导电杆除导通电流外还承受压紧弹簧的拉力,从而将油枕、电容芯、气中瓷套、法兰以及油中瓷套等元件与导电杆紧密连接在一起,形成稳定的套管结构。导电杆一旦发生断裂,将导致变压器一次回路断线及套管失稳,进而引发变压器跳闸、套管及变压器出线装置损坏,甚至短路、起火等严重故障。通过保护动作波形分析、现场试验检测及解体检查,对一起 750 kV变压器高压套管导电杆断裂故障进行了分析,结果表明套管导电杆断裂原因为用于连接上节铜导电杆与下节铝导电管的纯铜连接件强度不足,在压紧弹簧拉应力作用下,经长期运行发生累积变形断裂。     

800kV高压交流隔离开关研究开发

隔离开关是在有电压无负荷情况下分合线路用的开关设备。在2005年,中国率先在西北电网建设第1条750 kV线路,并且变电站的安装高度在海拔2 000 m左右。因此,研制适用于高海拔地区的800 kV高压交流隔离开关是高压电力领域的一个重要课题,具有重大工程应用作用。笔者在综述国外800 kV特高压交流隔离开关发展状况的基础上,通过对800 kV高压交流隔离开关的绝缘距离计算、均压环设计等一些技术参数进行探讨与研究,得出了一些初步的结论。根据西北的环境特点并进行线路统计耐受电压计算,确定高海拔地区的800 kV高压交流隔离开关的绝缘参数以及要研制800 kV高压交流隔离开关的结构参数,为研制800 kV高压交流隔离开关提供了技术保障。     

1000kV特高压高抗安装技术的探讨

与常规500 kV高抗相比,特高压高抗作为特高压变电站的大型油浸设备,其体积、重量更大,绝缘油油量多且油品质要求更高,因此特高压高抗在高压套管吊装、绝缘油处理等环节上与500 kV高抗都有很大不同,其安装难度更大,工艺要求更高,在安装过程中需要采用许多新工艺、新技术才能够完成。通过1 000 kV 特高压南阳开关站高抗安装的工程实践,对特高压高抗安装中的相关技术进行了总结和探讨,目的是和同行交流经验,共同建设好特高压交流试验示范工程。     

1 100 kV/10 kA特高压交流长期带电试验回路的设计

特高压交流开关设备和套管在全寿命周期内的可靠性问题一直是电网公司和设备制造厂关注的重点问题。开展长期带电试验研究是保证电网安全稳定运行的关键。文中简要介绍了西安高压电器研究院(XIHARI)常州交流长期带电试验场的布置和主要试验设备技术参数选型依据。重点对电流回路阻抗、升流装置容量及辅助接地网阻抗进行了计算。由于1 100 k V/10 k A升流装置的气体绝缘金属封闭外壳无外部回流通道,因而为其设计了特殊的辅助铜排接地网并对回路的有功损耗、端电压进行了计算和验证。此外,考虑到项目所在地属于中雷区,文中还设计了由5支独立接闪器组成的防雷保护系统,提高了试验设备和试品的雷击保护水平。     

基于有限元方法的1 000 kV级特高压交流线路耐张串均压环优化设计

特高压输电线路绝缘子串电压分布极不均匀,均压环的优化设计对于改善绝缘子端部场强和改变电压分布具有重要意义。应用三维有限元法分别对1000kV特高压交流线路两联、三联和六联耐张串进行了电场计算,计算中考虑了杆塔、导线对电场分布的影响。通过不同屏蔽深度的均压环对电压分布影响的讨论和4种不同形式均压环的对比,建议1000kV特高压交流线路耐张串采用管径为120mm的跑道环,圆形部分中心径为1000mm,联接距根据绝缘子串中心间距决定,放置在第3、4片绝缘子之间。     

750kV变压器长时感应电压试验预加电压时间的探讨

随着750 kV电网覆盖范围的逐步扩大,对比1 000 kV特高压变压器长时感应电压试验标准,中国早期750 kV变压器长时感应电压试验要求较为宽松。调整长时感应电压试验预加电压时间是解决这一问题的有效措施。笔者基于威布尔分布法,根据已有特高压变压器基本绝缘结构试验数据,确定了超、特高压器基本绝缘结构局部放电概率在短时间范围内的扩大威布尔分布参数。结合中国750 kV工频过电压水平,利用油—屏障绝缘局部放电概率扩大威布尔计算公式,同时考虑预加电压、安全系数和局放控制概率水平,对750 kV长时感应电压试验预加电压时间进行了计算和分析,提出了相应预加电压时间的参考值。。     

1 100kV GIS的研制开发

为提高我国特高压输变电工程的国产化能力,我国高压开关制造公司在引进消化国外公司1 100kV GIS制造技术的同时,立足自主创新和国产化目标,向国家第1条1 000kV试验线路提供1 100kV GIS国产化设备.在国产化的研制过程中,根据1 100kV GIS的研制基础、技术参数及性能结构,同时采用多种计算分析方法对设备进行分析,如母线绝缘结构计算分析、套管电场计算分析、绝缘件机械应力分析等,验证了国产化1 100kV GIS设备的可靠性,证实了我国特高压输变电设备的国产化能力.     

1000kV特高压GIS电流互感器现场误差智能化检定系统设计与应用

1000kV特高压GIS电流互感器误差现场检定时,由于其试验回路长、阻抗大,常规的试验方法存在升流困难及操作复杂的问题。基于特高压GIS电流互感器的结构特点分析和多年的现场工作经验,本文设计和实现了1000kV特高压GIS电流互感器现场误差智能化检定系统,论述了检定系统的组成及实现方案,提出了功率电力电子电源与电工电源串联技术、自适应无功补偿技术和智能化检定技术,介绍了智能工频电源软硬件设计方法,给出了多组合无功补偿装置的实现方法。特高压南京站、泰州站1000kV电流互感器现场检定实验表明,该检定系统能准确计算被试电流互感器的的电气参数,自动进行无功补偿,自动实现谐振升压和误差检定,提高了现场检定技术水平和工作效率。     

特高压交流变压器的工程应用及创新发展

特高压交流变压器是特高压交流输电工程的核心设备之一,从设计、制造、试验和运输等方面分析了我国1000 kV特高压交流输电工程用变压器的主要特点。介绍了我国特高压交流变压器的工程应用情况,以及在关键原材料、组部件方面取得的突破,特高压变压器标准化方面取得的成果等。随着我国特高压电网的不断发展,特高压变压器技术水平取得了长足进步,重点分析了特高压升压变压器、特高压1000 kV降压220 kV变压器、特高压大容量变压器和解体运输、现场组装式特高压变压器(以下简称解体式特高压变压器)等一系列创新产品的特点及适用场合。工程应用表明:我国特高压变压器技术先进、运行可靠。最后,对特高压变压器的性能提升、组部件国产化及运行维护方面做了展望。