GIS用盆式绝缘子电场分布与绝缘性间关系研究

盆式绝缘子是GIS设备较为重要的绝缘件,在实际运行中,其绝缘性能与电场分布关系密切。从一起盆式绝缘子事故分析入手,对盆子烧蚀产物和故障气体进行成分分析。分析结果表明:盆子局部高场强导致电弧闪络产生大电流,从而引起盆子表面烧蚀和SF6气体成分变化。基于此,通过理论解析方法从金属屑、金属突出物和绝缘介质内部存在气泡3种绝缘缺陷对局部高场强进行理论解释,并得到其局部场强增强系数。随后建立盆式绝缘子三维电场仿真计算模型,得到其电场分布规律,发现盆式绝缘子表面场强分布不均匀,易在中心导体附近形成局部场强集中,应在设计中加强对该区域的屏蔽措施。本文的研究成果对盆式绝缘子的绝缘结构设计以及GIS设备的现场监测和维护具有一定的理论和指导意义。     

±800 kV“U”型SF_6气体绝缘穿墙套管绝缘性能分析

±800 k V特高压直流穿墙套管是我国±800 k V直流输电工程中的重要电力设备,但鲜有文献对其设计和绝缘结构优化进行报道。将金属屏蔽式"U"型结构用于穿墙套管设计,分析了±800 k V直流穿墙套管的实际运行环境和参数,同时将有限元分析方法应用于特高压直流穿墙套管的三维电场模拟。电场仿真结果表明:金属屏蔽条件下套管复合绝缘子表面电位和电场分布更加均匀,因此金属屏蔽式套管可实现其结构的紧凑型设计。另一方面,金属屏蔽式结构套管高场强区域主要集中在内部金属屏蔽和外部均压环区域,讨论了套管闪络电压与绝缘距离之间关系。     

基于RBF神经网络和有限元技术的高压支柱绝缘子 机电模拟及均压结构优化研究

高压支柱绝缘子在电力系统中应用广泛,支柱绝缘子电气、机械性能与电力系统运行稳定性关系密切,本文基于有限元技术对高压支柱绝缘子机电性能进行精细化建模分析。计算结果表明:支柱绝缘子电气方面最大电场强度位于高压侧均压环表面,且机械方面第一主应力最大值150MPa主要集中在法兰支撑片位置。进一步提出PSO-RBF混合算法对支柱绝缘子均压结构参数进行优化设计,运行结果表明:PSO-RBF神经网络对原始有限元计算数据点非线性拟合映射效果良好,在原本数据点基础上进行了高精度延拓,且算法具有较好收敛性。非线性反演优化计算得到均压环结构参数输出向量为[D=1420,d=145,H=255]mm,大均压环、小均压环、法兰结构和瓷护套表面最大电场强度目标向量为[920,700,550,440]V/mm,满足设定控制参数要求。本文对特高压电压等级支柱绝缘子进行大场域、多介质的建模仿真计算,得到支柱绝缘子机械、电气性能以及支柱绝缘子相关均压环、屏蔽环配置参数,可为特高压及以下电压等级支柱绝缘子的绝缘结构设计与金具配置提供理论依据。     

覆冰地区复合绝缘子电场分布研究

运行经验表明,复合绝缘子防冰闪能力较差,而绝缘子闪络与其空间电场分布密切相关。为了对覆冰地区复合绝缘子电位电场分布进行深入研究,借助于有限元软件,参考试验数据建立220 kV覆冰复合绝缘子模型,对不同覆冰情况下的电场分布进行仿真计算。结果表明,由于冰棱的存在,大伞间气隙处电场强度畸变严重,沿大伞冰棱表面的轴向路径最易发生闪络;绝缘子大伞间隙长度对冰闪电压有较大影响,通过改变绝缘子伞裙结构参数分析电场变化,并给出高压端大伞间隙推荐长度。     

表面应力分布对252 kV GIS盆式绝缘子机械性能影响的研究

针对252 kV GIS盆式绝缘子表面应力分布对其机械性能的影响建立了模型,并利用三维有限元分析软件对其进行仿真计算。为验证理论计算的有效性,搭建了一个盆式绝缘子水压试验平台。采用静态应变测试系统和应变片对盆式绝缘子在水压试验过程中其表面应力分布情况进行信号转换和数据采集。试验结果表明:水压强度为2. 5 MPa时,盆式绝缘子先从嵌件一侧脱落,沿两侧路径破裂至其弧面末端与内密封槽间的倒圆角处;试验中测得环氧树脂部分最先开裂位置的最大应力约为52. 25 MPa,且破裂位置与仿真计算结果一致;由于工艺上的不完善导致了破裂的起始位置为嵌件处,而不是树脂表面最大应力处。试验结果可为盆式绝缘子在结构上的优化设计提供参考,最终达到提高盆式绝缘子机械强度的目的。     

增爬裙安装位置对支柱绝缘子闪络特性的影响

增爬裙可以改善支柱绝缘子表面材质特性及伞形结构,从而被广泛使用。而目前的研究少有提及增爬裙安装位置对绝缘子电气特性的影响,使得变电站支柱绝缘子在增爬裙的安装运用方面缺乏一定的理论依据。以ZSW-110型典型支柱瓷绝缘子为对象,首先运用有限元电场仿真软件建立绝缘子仿真模型,分析了支柱绝缘子沿面电场在不同增爬裙安装位置下的特性,继而利用人工雾室开展了污闪特性试验,对比了不同增爬裙安装位置下的支柱绝缘子闪络特性。研究结果表明:增爬裙对绝缘子沿面电场分布有显著影响,且其安装在顶部高压端时,绝缘子伞裙沿面电场的畸变程度最严重,当安装增爬裙于绝缘子中部或者底端时,增爬裙对绝缘子电场畸变的影响程度较小;加装增爬裙后绝缘子的闪络电压可提高22%左右,工程中尽量将增爬裙安装在支柱绝缘子中间或者下部。研究结果对外绝缘配置以及防污闪措施的选择有一定的指导意义。     

加装瓷绝缘子元件对330kV耐张复合绝缘子串电场的影响分析

为提高330 kV耐张复合绝缘子串的绝缘水平,通过电场分析,对绝缘子串不安装均压环、单独安装均压环或均压屏蔽环、同时安装均压环和均压屏蔽环以及加装一片xp-100瓷绝缘子等五种情况下的电场分布做了仿真计算。结果说明,均压屏蔽环对于降低绝缘子串连接区、连接金具、均压环及导线上的电场强度有显著作用,但其自身的电场强度却无法降低。在绝缘子串下端加装一片盘型悬式瓷绝缘子可有效降低均压屏蔽环上的电场强度,有助于提高绝缘子串的绝缘水平。     

500kV交流线路并联间隙电场分布和电极结构优化

并联间隙装置能保护绝缘子免受工频电弧的灼烧损坏,降低输电线路的雷击事故率,对于高压输电线路防雷保护具有重要意义,但目前并联间隙在500kV输电线路应用较少。因此利用有限元法分析,建立双回单联I型串输电线路三维静电场模型,计算新型环形组合电极结构对绝缘子串电场影响,通过比较绝缘子串及电极表面电场值,与并联间隙导则安装的电极结构进行对比。在此基础上,对新型电极结构下的绝缘子端部电场进行优化。计算结果表明,新型并联间隙电极未加装均压环时,表面最大场强值较按导则安装的电极结构好;在加装均压环后,绝缘子低压端护套最大场强为3.87kV/cm,高压端护套最大场强为5.73kV/cm,均降低至6kV/cm以下。给出了一种较优的结构尺寸参数,对并联间隙电极设计和应用具有一定指导意义。     

强耐雷复合绝缘子设计研究

复合绝缘子已经在电力系统中得到广泛的应用,随之而来的雷击闪络事故也越来越多。从一般复合绝缘子的结构特点开始分析,得出造成其雷击闪络事故的主要原因是沿面场强分布不均,两端金具附近具有强电场区。并提出相应的改造措施:优化使用均压环,采用金属贴膜技术。最后根据上述措施设计了一种强耐雷复合绝缘子,并通过试现场验验证了该绝缘子的耐雷水平。     

110 kV悬式绝缘子式限压器的电场分布优化

悬式绝缘子式限压器是一种将带间隙线路避雷器和线路绝缘子集成一体的新型防雷装置,兼具限制雷电过电压和悬挂导线的功能,具有安装简便、性能稳定等优点。应用Comsol Multiphysics的电学模块,对系统电压下的110 kV悬式绝缘子式限压器进行了电位和电场的仿真分析。通过改变限压器的结构形式,对限压器的电场分布进行了优化。分析结果表明,阀片柱置于两端的两体结构的电场分布更均匀,满足国家电网公司特高压试验示范工程的场强控制要求。     

硅橡胶绝缘子含污秽薄层的表面电场计算研究

当前的有限元及边界元电场计算方法都无法适用于含薄层污秽的硅橡胶绝缘子表面电场计算问题。为此,提出了一种基于数字图像处理的污秽绝缘子表面电场计算方法,该方法首先对绝缘子图像进行基于提升小波变换进行去噪预处理,接着应用图像处理技术对M×N大小绝缘子图像二值化处理,利用像素单元实现区域的网格剖分,同时在像素单元基础上建立表面电阻数学模型;然后形成(M×N)2大小的节点导纳矩阵,采取节点电压法对其进行电网络分析,得到污秽绝缘子表面电场分布。计算结果表明,较之其他计算方法,该方法对含污层的硅橡胶绝缘子表面电场计算具有明显优势,对诊断硅橡胶绝缘子的憎水性具有一定意义。     

不同伞裙结构的列车车顶绝缘子的电场分布及其优化

采用MAXWELL电场有限元分析软件,计算了不同伞裙结构的车顶绝缘子的电场分布,结果表明不同结构类型的车顶绝缘子的表面电场存在着畸变,尤其在金属附件与瓷体的连接处,伞裙与芯杆交接的处,电场畸变更为强烈。加大绝缘子两端的伞径,调整好伞间距,改进伞裙上下两面的倾角,均可在一定程度上优化绝缘子的电场分布,从而提高其防闪络的性能。     

RTV涂层对10 kV绝缘子电场分布的影响

为了较全面地了解RTV涂层对绝缘子电场分布的影响,使用有限元法建立绝缘子模型进行数值计算,分析了RTV涂层的厚度、介电常数以及非均匀喷涂方式对10 kV支柱瓷绝缘子导线附近和支柱表面电场分布的影响。结果表明:绝缘子电场的分布不但受涂层厚度的影响还受涂层喷涂形状的影响,合适的喷涂方式有利于改善绝缘子电场分布;随着涂层厚度的增加,涂料的介电常数对绝缘子电场分布的影响程度也越大。所得结果可为绝缘子涂层的优化提供新的理论依据。     

均压环对改善复合绝缘子的电场分布影响

新疆电网复合绝缘子每年都有污闪事故出现,其中主要原因是部分地区污染太重或气候太恶劣造成绝缘子表面在一定条件下达到了闪络电压,而绝缘子电压分布不均是闪络的直接原因。在这样的情况下,通过一定的实验数据说明了均压环的屏蔽深度、均压环的外径等参数对改善电场分布都有重要影响。提出在这些重污闪地区采用增加均压环来降低绝缘子对塔杆和对导线的电容,进而达到改善电场分布的目的。     

基于应力应变分析的盆式绝缘子破裂趋势判断方法研究

使用应变片与动态信号测试分析系统对220 k V盆式绝缘子内水压试验过程进行监测和记录,通过计算分析试验过程中采集的应变值,得出盆式绝缘子试样的破裂起始位置与大致的破裂发展过程。本文所提方法判断结果与现有方法判断结果一致,文中所述方法能够更准确记录和分析盆式绝缘子破裂起始位置、时间和发展趋势以及破坏应力,可为寻找产品结构设计和生产工艺薄弱点、提高产品质量提供帮助。     

盆式绝缘子力学性能测试及分析

为研究252 kV盆式绝缘子的力学性能,对盆式绝缘子进行重复水压试验和水压破坏试验,利用电阻应变测量技术实测其变形情况。研究发现,重复加载的压力值在3.0 MPa以内,盆式绝缘子的应变变化与受到的外力呈线性,且卸载后盆式绝缘子可恢复到初始状态;根据实测结果分析盆式绝缘子凹面受到压力作用时凸面的应力分布规律,弧线段末端为应力集中区域;盆式绝缘子的应变是外加载荷和内应力的共同作用,内应力过大对盆式绝缘子整体的强度有一定影响。     

±800 kV直流系统用棒形支柱瓷芯复合绝缘子电场分布计算及均压环配置优化

介绍了±800 kV直流系统用棒形支柱瓷芯复合绝缘子电场分布计算及均压特性研究的情况。采用有限元、边界元数值计算方法,对±800 kV直流系统用棒形支柱瓷芯复合绝缘子进行电压分布和电场分布三维有限元计算,分析了均压环的结构型式、环径、管径及安装位置对电场分布的影响,得出±800 kV直流系统用棒形支柱瓷芯复合绝缘子的均压环优化设计方案:母线侧,大均压环环径为1200～1500mm、截面直径为150～180mm、低于母线侧法兰下端面200mm,小均压环环径为600～650 mm、截面直径为60 mm、低于母线侧法兰下端面100 mm;支架侧均压环环径为1 000～1 200 mm、截面直径为120 mm、高于支架侧法兰上端面200 mm。     

基于流体力学仿真的绝缘子空气动力结构多参数优化设计初探

为了提高线路绝缘子在重风沙环境下的绝缘性能,最大限度发挥新型空气动力绝缘子的防污特性,基于绝缘子基本结构,提出了4个伞裙结构参数,并针对这些结构参数进行了基于流体场特性的优化设计仿真。4个伞裙结构参数作为优化设计输入参数,上层伞裙下方的矩形截面平均空气流速作为输出参数,分别以上层伞裙2个参数和下层伞裙2个参数各为1个影响因子组合,利用ANSYS Workbench平台进行流体力学计算和响应面优化设计。结合其他设计要求、经验和响应面优化结果,新型空气动力防污绝缘子外形结构的参数建议值可选取:上层伞裙半径L1为190 mm,上层伞裙小伞棱高度H1为8.7 mm,下层伞裙的半径L2为156 mm,下层伞裙在水平方向上的下倾角α为13°。     

基于微分遗传算法的支柱绝缘子最优化设计

介绍了一种采用遗传算法来设计中压室内支柱绝缘子的优化方法,所设计的绝缘子形状不仅改善了绝缘子内部和空气中的电场分布。还优化了绝缘子外部形状,以及基于多项式的算法优化,同时还创新的使用了分压器。该绝缘子使用了陶瓷电容,比使用圆支柱金属网的常规绝缘子更容易达到所需要的电容数值。利用MATLAB软件建立了绝缘子模型;并用EleFAnT软件计算电场分布;采用微分进化算法得到了绝缘子外部形状和内部元件位置的最优解。结果表明优化后的新绝缘子对于经济性和电气性提高较为有效。     

不同供电方式对接触网绝缘子电位和电场分布影响分析

为了研究AT供电方式和直接供电方式下接触网腕臂绝缘子沿面电位和电场分布情况,通过Solidworks软件建立了两种供电方式下的三维接触网模型,应用有限元软件Comsol Multiphysics中的静电场分析了工况下和操作过电压下水平腕臂绝缘子和斜腕臂绝缘子沿面电位和电场。从仿真结果可知:工况下AT供电水平和斜腕臂绝缘子沿面电位显著高于直供,绝缘子高压端附近沿面场强低于直供方式,而低压端附近的场强高于直供方式;不同供电方式下水平和斜腕臂绝缘子承受电压最大值的伞裙位置不同;AT供电方式正馈线上操作过电压较工况下承受电压最大值的位置有所改变。