交流GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的运动和局部放电特性

气体绝缘开关设备(gasinsulatedswitchgear,GIS)绝缘子沿面闪络严重威胁供电安全,故障诱因通常归结为GIS绝缘子表面存在的金属颗粒。GIS内金属颗粒尺寸主要是亚毫米级,认识和了解GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的局部放电特性和运动特性是分析GIS绝缘子沿面闪络诱因无法回避的问题,但因为研究难度较大,一直以来GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的局部放电特性和运动特性尚不被掌握。为此,在前期研究的基础上,建立灵敏度可达0.02pC的综合局放测量系统和运动观测系统,观测获得了GIS绝缘子表面单个、2个、多个亚毫米级金属颗粒的运动特性和局部放电特性,采用有限元法和电磁场理论分析GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的运动机制和局部放电机制,并揭示了两者的关联关系,最后讨论特高频法现场检测技术对GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的检测失效问题。     

盆式绝缘子存在自由金属颗粒时的电场分析及其对沿面闪络的影响

为研究气体绝缘全封闭式组合电器(GIS)中盆式绝缘子表面存在自由金属颗粒时的沿面电场分布及其对沿面闪络的影响,建立了800k V盆式绝缘子三维结构模型,采用有限元法对盆式绝缘子存在大小、位置及形状不同的自由金属颗粒时分别在工频电压、雷电冲击电压及快速暂态过电压(VFTO)作用下的电场进行了分析。给出了不同情况下盆式绝缘子的沿面电场分布、沿面法向和切向电场强度分布曲线及电场强度最大值。通过与不存在缺陷时的闪络场强作对比分析,为GIS的绝缘设计提供参考。     

雷电冲击下金属污染物对GIS中盆式绝缘子闪络特性的影响

金属污染物是引起GIS内盆式绝缘子沿面闪络的重要因素。为了获得金属污染物对盆式绝缘子沿面绝缘特性的影响规律,对雷电冲击作用下金属污染的盆式绝缘子闪络特性进行了较为系统的实验研究。文中基于GIS内金属异物形貌特征的统计分析,通过人工模拟金属异物的方法,分别研究了正、负极性雷电冲击作用下,异物尺度、附着位置以及气室压强对盆式绝缘子闪络特性的影响。实验结果表明,正极性雷电冲击作用下,金属污染的盆式绝缘子闪络电压低于负极性,且金属异物越接近高压电极侧,盆式绝缘子闪络电压越低。盆式绝缘子闪络电压随附着金属异物长度的增加明显降低,当长度超过一定值时,闪络电压下降趋势变缓。存在金属异物污染时,正极性雷电冲击和负极性雷电冲击下U-P曲线均呈现出"驼峰"特征,而负极性雷电冲击下U-P曲线的"驼峰"特征更为显著。整个研究可以为提出现场GIS盆式绝缘子缺陷检测方法提供参考。     

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。     

振荡冲击及交流电压下绝缘子表面金属微粒放电特性研究

近年来由于绝缘子沿面放电引起的绝缘故障较为多见,冲击耐压及冲击下局部放电检测是绝缘考核和诊断的有效手段。文中采用IEC 60060-3推荐的振荡型雷电及操作冲击和工频交流电压,针对110 k V气体绝缘组合开关设备(GIS)真型绝缘子金属微粒缺陷模型进行了局部放电特性研究。在工频交流(AC)电压下,局部放电起始电压和闪络电压的差值小于2种振荡型冲击电压,其随气压增大而增加;在冲击电压下,局部放电大多发生在振荡周期的上升沿处,在电压波谷处会出现相反极性的局部放电脉冲;金属颗粒位置对放电量、放电重复率等影响较大。结论表明,相比于工频交流电压,GIS绝缘子表面金属颗粒缺陷在外施电压为振荡型冲击电压时易产生局部放电,说明了振荡型冲击电压局部放电检测具有较高缺陷检出能力。     

GIS支撑绝缘子表面状况对其雷电冲击闪络特性的影响

SF6气体绝缘开关设备(GIS)的运行经验表明,绝缘子往往是系统绝缘最薄弱环节和决定性因素,因此研究绝缘子闪络特性的影响因素具有十分重要的意义。文中通过搭建1 000 kV陡前沿冲击试验装置,研究了雷电冲击作用下GIS内部支撑绝缘子表面状况对其闪络特性的影响。结果表明:绝缘子沿面闪络电压随表面粗糙度的增大而降低,文中从绝缘子表面吸附能力的角度对其进行了分析;绝缘子表面附着导电微粒时其闪络电压显著降低,且导电微粒距高压电极越近,绝缘子闪络电压越低,可从导电微粒附着位置对绝缘子沿面电场分布的影响上进行解释。     

SF_6中环氧绝缘子结构对其闪络特性的影响

绝缘子闪络是气体绝缘金属封闭开关的主要故障形式之一,提高绝缘子绝缘耐受水平可有效降低系统故障率。研究表明,洁净条件下的绝缘子闪络主要取决于绝缘子的沿面电场分布,而绝缘子及其屏蔽电极的形状均能够有效调节其沿面电场分布。文中设计并浇注了环氧支柱绝缘子样件,通过改变绝缘子形状、内屏蔽和外屏蔽电极的结构来调控其沿面电场分布;利用了负极性标准雷电波发生装置,实验研究了0.2 MPa SF_6环境下绝缘子的闪络特性;采用有限元分析方法,计算分析了绝缘子沿面电场的最大值。根据实验结果与仿真计算结果,分析得到绝缘子形状、内屏蔽电极形状、外屏蔽电极形状对绝缘子闪络特性的影响规律:凸面绝缘子的沿面电场具有最佳可调性;内屏蔽电极能够增大绝缘子的闪络电压也可以降低绝缘子的闪络电压;外屏蔽电极能够有效均匀电场但可能会缩短绝缘子沿面的有效爬电距离。     

冲击电压下金属微粒对SF_6中支柱绝缘子沿面闪络特性的影响

随着中国电网发展,高电压等级下,越来越多的SF6气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)在运行过程中出现绝缘故障,支柱绝缘子作为GIS中的绝缘薄弱环节,由于其沿面闪络导致GIS事故的案例屡见不鲜。为探究造成绝缘子闪络事故的原因,文中利用实验室1 MV陡前沿冲击试验装置,研究双指数冲击电压作用下气压及波头时间对表面附着金属微粒的支柱绝缘子沿面闪络电压的影响。结果表明:附着金属微粒的支柱绝缘子沿面闪络电压随气压升高出现了"驼峰"现象,负极性"驼峰"极大值对应的临界气压值小于正极性。此外,正极性闪络通道单一,而负极性闪络通道呈弥散状分布,曲折并带有分支,且随气压升高,正、负极性闪络通道均逐渐收细。波头时间变化时,附着金属微粒支柱绝缘子的50%闪络电压呈下凹"U"型,且负极性冲击电压作用下"U"型曲线中的"临界波头时间"小于正极性。分析表明,"驼峰"现象是由流注通道中空间电荷的"电晕稳定化"作用造成的;因为正、负流注的发展过程不同,故放电通道形态也不同;而"U"型曲线是由放电时延、空间电荷以及位移电流注入电荷多种因素共同作用所造成的。     

GIS绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展的现象及特征

为研究气体绝缘全封闭式组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备中绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展的现象及其特征,搭建了一套220 kV GIS设备沿面放电缺陷发展实验平台,采用逐步升压法对绝缘子表面固定金属颗粒的沿面局部放电进行长期试验,观察到了放电起始、发展直至沿面闪络的现象。利用测量到的局部放电随时间变化的趋势图、散点图、二维柱状图、灰度图,描述了沿面局部放电发展的现象并获得了相应的图谱特征。试验结果表明:GIS设备绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展现象呈现出电晕放电、电晕放电和沿面流注放电共存、沿面流注放电3个主要阶段。     

FLTD气体开关绝缘结构优化设计北大核心CSCD

FLTD气体开关结构紧凑,绝缘子的内表面沿面闪络以及放电后的电极溅射都会导致其绝缘劣化,严重影响开关的使用寿命。为防止绝缘子闪络,通过刻槽来增大沿面距离,同时增设绝缘屏挡防止电极溅射,提高开关的绝缘防护能力。通过COMSOL建立开关电场仿真模型,分析沿面距离、刻槽深度和刻槽宽度等参数对绝缘表面场强的影响规律,研究结果表明增大沿面距离,增大刻槽深度及宽度都可以有效改善沿面电场分布;仿真分析对比绝缘屏挡与金属屏挡对开关电场的影响,可知绝缘屏挡对开关主间隙间的电场无影响,而且提高了沿面距离,具有更好的防闪络和防溅射效果。根据仿真结果对开关绝缘结构进行优化设计,从而延长开关绝缘子的使用寿命。     

某变电站GIS盆式绝缘子闪络分析

盆式绝缘子作为气体绝缘组合开关的核心零部件,其绝缘性能直接关系到电网的安全稳定运行。针对某变电站发生的220 kV GIS盆式绝缘子闪络事故,利用外观检查、射线探伤、形貌分析和元素分析等手段对发生闪络的绝缘子和准备更换的绝缘子进行了表征,对盆式绝缘子沿面闪络特性影响因素进行了系统分析,合理地解释了由于导电性杂质和超标非导电性杂质的存在导致绝缘子沿面闪络击穿事故的发生。     

金属微粒对GIS中绝缘子冲击闪络特性的影响

高电压等级电力系统中,特快速瞬态过电压(VFTO)引起的GIS绝缘事故日益严重。为探究冲击电压下绝缘子沿面闪络特性和机理,研制了陡前沿冲击试验装置。研究了微粒附着位置及微粒尺寸对绝缘子冲击闪络特性的影响规律。结果表明:正常绝缘子在VFTO下闪络电压较雷电冲击闪络电压高;工程运行气压下,500 k V正常绝缘子VFTO闪络电压较雷电冲击高13%,附着微粒绝缘子的VFTO闪络电压会比雷电冲击闪络电压低近10%。附着微粒位于近高压导体侧时绝缘子闪络电压最低;微粒位于盆式绝缘子沿面一定位置时,随其长度增加,绝缘子闪络电压降低,当微粒大于一定临界长度时,负极性VFTO闪络电压低于负极性雷电冲击闪络电压。VFTO下,附着微粒绝缘子的沿面闪络可用先导和"逆放电"机理来解释。空间电荷积聚和能量注入是形成先导放电的必要条件,高频位移电流和"逆放电"促进了绝缘子沿面闪络过程。     

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盆式绝缘子典型缺陷对其电场分布的影响北大核心CSCD

气体绝缘金属全封闭组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在生产、运输、安装过程中,其内部可能存在缺陷引起局部场强畸变,从而导致绝缘介质范围内气体放电或击穿。为了研究GIS盆式绝缘子缺陷对其电场分布的影响,本文以252 kV GIS母线腔体为对象,结合三维制图软件SolidWorks和有限元分析软件Comsol建立了GIS的仿真计算模型。仿真分析了悬浮颗粒粒径、圆柱气隙缺陷高度、沿面裂纹长度对盆式绝缘子电场分布的影响。研究结果表明:当悬浮金属颗粒粒径1 mm≤D≤2 mm时,粒径越大,悬浮颗粒缺陷附近的最大电场强度越高且呈M型分布,位于凹侧的悬浮金属颗粒比凸侧颗粒对盆式绝缘子场强的影响大;当气隙缺陷的高度2 mm≤h≤4 mm时,气隙高度增大,缺陷附近的最大场强减小,但下降幅度小于3%,且电场分布呈“兔耳”形状;当沿面裂纹缺陷的长度5 mm≤l≤9 mm时,裂纹长度增加,缺陷附近的最大电场强度降低,且电场分布呈Z字型。总体来说,上述3种典型缺陷中,盆式绝缘子两侧的悬浮金属颗粒引发的局部电场畸变程度最大。文中研究结果可为GIS盆式绝缘子典型缺陷故障类型的诊断提供参考。     

550kV GIS现场交流耐压试验下放电故障的定位与分析研究

笔者结合超声波在线监测、放电电压值和SF6分解产物测量等多种手段,定位和分析了某变电站550 kV GIS现场交流耐压试验下的4处放电故障,总结研究了这几次放电故障,讨论了盆式绝缘子沿面闪络的主要原因,探讨了沿面闪络与缺陷局部放电、表面电荷输运之间的关系,认为盆式绝缘子表面金属颗粒易于起始负电晕放电,积聚负表面电荷,进一步畸变表面电场,提供放电通道发展所需的电荷;同时当盆式绝缘子与电极接触不良时,认为此时沿面放电易于起始于三结合点处的介质阻挡电晕放电,该放电的发展与带电粒子的迁移扩散运动是形成沿面放电的前提条件。最后提出了GIS超声波故障定位与分析以及相关实验与理论研究的几点建议。     

500kV高压开关设备隔离开关绝缘拉杆故障分析

通过对一起500kV高压开关设备跳闸故障开展解体分析,确认故障原因是由于其隔离开关绝缘拉杆的内部缺陷在运行过程中不断劣化,导致绝缘拉杆发生沿面闪络.随后在重合闸过程中,绝缘拉杆击穿产物同动触头屏蔽罩掉落在水平盆式绝缘子表面,导致绝缘子发生沿面闪络后在强送的过程中被击穿.针对上述情况提出生产工艺改进建议,提升设备可靠性.     

特约主编寄语

正环氧复合材料绝缘件是GIS/GIL等设备的重要组成部分,也是制约设备绝缘水平的核心部件。工程运行经验表明,气体绝缘设备故障或事故率远超预期,而且许多的接地故障均是由环氧复合绝缘子的沿面闪络引起的,所以环氧复合绝缘子的绝缘性能至关重要;另外,从电力设备技术的发展来讲,GIS     

不同温度下弹跳金属微粒对圆盘绝缘子表面电荷积聚的影响

气体绝缘开关设备(GIS)和输电线路(GIL)中的金属微粒在电场作用下可弹跳至绝缘子附近,加剧表面电荷积聚,严重时会引发沿面闪络事故。选取126 kV圆盘绝缘子为试样,设计了同轴电极系统,采用Kelvin型静电探头研究了不同温度下（23、40、60℃）弹跳金属微粒对绝缘子表面电荷积聚特性的影响。结果表明：在室温下,绝缘...     

直流叠加冲击电压下GIS放电特性研究综述

GIS在开关分闸后母线上会存在幅值较高的残余直流电压,由于GIS中电荷泄漏较慢,残余直流电压可持续作用较长时间。当再一次合GIS母线时,母线上可能会出现冲击过电压,冲击过电压会与母线残余直流电压叠加,使GIS处于直流叠加冲击电压的作用下。近年来国内多起GIS击穿事故发生于开关合闸瞬间,因此有必要对直流叠加冲击电压下GIS的放电特性进行研究。首先介绍了直流叠加冲击电压下稍不均匀电场和极不均匀电场中SF6气体间隙的放电特性和放电机理,以及直流叠加冲击电压下自由金属微粒引起的气体间隙放电特性;然后总结了直流叠加冲击电压下绝缘子沿面的闪络特性和金属微粒对直流叠加冲击电压下绝缘子闪络特性的影响,并分析了表面电荷对绝缘子沿面闪络过程影响机理的研究现状;最后,总结了目前研究中存在的问题及未来的研究方向。通过对目前国内、外直流叠加冲击电压下GIS放电特性的研究,以期对工程建设和学术研究起到参考作用。     

GIS/GIL中金属微粒污染问题研究进展

以SF_6或SF_6/N_2混合气体为绝缘介质的GIS/GIL具有大容量、高可靠性和环境友好等特点,特别是在特高压输电及离岸大规模风电输送领域具有巨大应用前景,而GIS/GIL中存在的金属微粒污染问题是提高设备绝缘强度研究中的关键技术难题。首先介绍了GIS/GIL中金属微粒的带电及受力机理研究;然后分析归纳了交流、直流、冲击等不同电压类型与微粒的运动特性和设备绝缘劣化之间的关系和规律;并进一步,对比分析了GIS/GIL中由金属微粒污染引起的典型绝缘故障,即运动微粒引起的气隙击穿和附着绝缘子表面的微粒引起的沿面闪络;此外总结概述了目前主要的微粒抑制措施及其作用机理;最后指出现有GIS/GIL中微粒污染问题研究存在的不足和可能的解决途径。