40.5kV空气绝缘开关柜穿墙套管电场优化与结构设计

针对40.5kV交流金属封闭开关柜内部具有高、低压屏蔽的典型穿墙套管运行过程中出现局放、沿面放电问题,利用Ansys Workbench软件进行电场计算和问题分析并提出两种结构优化方案。分析绝缘试验时穿墙套管初始放电主要发生在内穿铜排表面窄边圆角处原因,采用参数化建模优化方法并以高压、接地屏蔽罩长度和半径为变量,在一定范围内进行反复迭代综合考虑得到穿墙套管高、低压屏蔽罩优化方案并试验验证,在此基础上进一步设计高压罩全屏蔽方案,对比两方案参数并结合生产实际给出工程建议。仿真与试验结果表明:屏蔽罩优化方案将铜排表面、环氧外表面最大场强分别减小为4.5、2.6kV/mm,高压全屏蔽型方案通过取消接地屏蔽附近伞群、适当降低环氧厚度,将穿墙套管整体最大场强降为2.37kV/mm,为穿墙套管设计提供工程依据。     

SF_6气体绝缘直流穿墙套管污秽闪络特性

为研究不同污秽条件下直流穿墙套管的污闪特性、空心复合绝缘子不同伞形结构对直流穿墙套管污闪特性的影响规律、直流穿墙套管内部导体和屏蔽结构对其污闪特性的影响规律,利用大型人工环境气候实验室开展了±400 kV SF_6气体绝缘直流穿墙套管人工污秽试验,获得了不同伞形穿墙套管和空心复合绝缘子50%污秽耐受电压与附盐密度(SDD)间的负幂指数关系式。研究表明:伞形结构为1大1小伞的空心复合绝缘子单位爬距闪络电压值要高于1大2小伞的空心复合绝缘子,有内部导体和屏蔽层的直流套管较没有内部导体和屏蔽层的直流空心复合绝缘子的U50%在SDD为0.08、0.15、0.20 mg/cm~2时分别提高5.3%、4.2%、5.3%,根据研究结论建议±1 100kV SF_6气体绝缘特高压直流穿墙套管外绝缘伞形结构设计可采用爬电距离利用率较高的伞形配置,且爬电比距不低于48 mm/kV。     

±800kV直流穿墙套管安装和现场试验关键技术研究

±800kV直流穿墙套管是特高压直流输电的关键设备之一,±800kV云南—广东特高压直流输电工程中的特高压直流穿墙套管在世界范围内属于首次研发和使用。介绍了±800kV直流穿墙套管的结构及其主要技术参数,给出了套管及其空心复合绝缘子的技术要求,重点阐述了套管的安装及现场试验,对直流耐压试验过程中出现的贯穿性闪络放电问题进行了阐述并从套管的外绝缘裕度、环境条件以及均压环的配置等方面分析了原因,介绍了其在新工程中外绝缘裕度的改进措施,为特高压直流穿墙套管的设计、制造提供依据。     

±350kV柔性直流系统穿墙套管设计选型

结合±350 kV云南电网与南方电网主网异步联网鲁西背靠背柔性直流输电工程的系统特性,从系统对设备的适应性要求、参数配置、典型结构选型、监测装置、试验检验等方面提出了柔性直流系统用阀交流侧穿墙套管设计选型的关键技术原则。研究表明柔性直流工程用交直流穿墙套管设计时需要考虑系统拓扑及接地偏置引起的交直流电压叠加、多种运行方式变化造成的电压电流宽幅波动、套管安装位置对额定电流选取的影响等关键影响因素。分析了干式电容式或干式充气式两种典型穿墙套管结构形式,验证并提出套管用SF6压力监视表无需带温度补偿功能。研究成果已应用于云南电网与南方电网主网异步联网鲁西背靠背柔性直流输电工程用交、直流穿墙套管的设计开发。     

硅橡胶穿墙套管局部放电试验研究

通过技术手段对硅橡胶穿墙套管所有产生的外部放电特性进行试验分析,并自主设计、研发硅橡胶穿墙套管局部放电试验成套均压装置,大大减少金属悬浮放电、电晕放电、电磁波、噪音等干扰,使整个局部放电测量背景控制在2 pC以下,提高了高压电气设备安全性,为硅橡胶穿墙套管局部放电试验提供一定参考。     

±1100 kV直流U型结构穿墙套管空气间隙放电特性及间隙距离选择

±1 100 k V直流U型结构穿墙套管具有机械性能好、便于安装等优点,但U型结构穿墙套管端部均压环对墙体距离与对地距离相近,在设计中需要考虑这两类间隙的综合绝缘问题。因此,为保证±1 100 k V U型穿墙套管运行中的外绝缘安全,并系统掌握其电气间隙放电特性,采用均压环和钢架试品模拟±1 100 k V直流U型结构穿墙套管端部均压环对墙和对地电气绝缘间隙,开展了环对墙不同间隙距离、不同对地高度以及典型配置综合间隙操作冲击放电特性试验研究,获得了模拟±1 100 k V U型穿墙套管电气间隙的操作冲击放电特性参数,并结合系统操作过电压水平提出了±1 100 k V直流U型结构穿墙套管最小安全间隙推荐值,在海拔0、500、1 000 m的条件下,最小安全间隙配置取为12.1 m/12.4 m、12.6 m/12.9 m和12.8 m/13.1 m(均压环对阀厅墙体/对地)。     

±400 kV直流SF_6气体绝缘穿墙套管研制

特高压直流穿墙套管是换流站中连接直流场和阀厅的重要关键设备之一,±400 kV直流穿墙套管的研制对于实际工程建设与±800 kV及更高电压等级直流穿墙套管的研制都有着重大意义。文中以额定电压±400 kV,额定电流5 000 A的直流纯SF_6气体绝缘穿墙套管为研制对象。研究了套管在绝缘结构、机械结构及试验工装方面的关键性问题。在绝缘结构设计方面,针对直流电场的特点,建立了直流套管电场优化设计平台;在机械结构设计方面,针对超长导电管挠度较大引起的套管轴对称电场分布畸变的问题,设计了超长导电管内部空间立体结构,有效增大了导管本身惯性力矩;针对超长导电管因热胀冷缩引起的金属材料伸缩问题,设计了带波纹伸缩管的专用接头。经试验验证,满足设计指标,能够应用于直流输电工程中且对更高电压等级直流穿墙套管的研制具有重要参考意义。     

有限元数值计算技术应用于特高压穿墙套管三维电场模拟分析

800kV特高压直流穿墙套管是我国±800kV特高压直流输电工程中的重要设备,亟需应用有限元数值计算技术对其关键部位进行三维电场模拟分析,确定传统结构设计的合理性并提供优化方案。为此在环氧浸纸电容式和金属屏蔽式2种技术路线下,分别讨论了特高压直流穿墙套管的结构特点和绝缘性能。应用有限元法仿真计算了金属屏蔽结构下穿墙套管的三维电场分布,重点分析了穿墙套管金属屏蔽表面及其相关附件电场分布特点,进一步对套管中间连接结构及支撑绝缘子的实际尺寸进行三维实体模型电场分析,并优化支撑绝缘子结构型式和尺寸。计算结果表明:对于金属屏蔽式芯体结构,高场强区域集中在金属屏蔽翻边位置及外部均压环表面,双层金属屏蔽芯体结构下穿墙套管复合绝缘子沿面电位及电场分布相对均匀,可实现套管紧凑型结构设计。该研究结果可为特高压穿墙套管的设计、研制及运行提供理论依据。     

1 100 kV特高压交流复合套管局放原因分析及改进措施

1 100 kV特高压交流复合套管在例行出厂试验中出现局放超标问题,从耐压设备、试验场地、装配过程、测量系统、元件质量等多个方面进行原因分析,完成套管局放定位,后借助有限元方法对该位置予以确认。综合各种因素分析,局放产生的原因是由于空心复合绝缘子制造工艺的分散性,导致绝缘件内部出现缺陷,进而诱发局部放电。根据有限元分析结果,提出了双层屏蔽结构优化措施,重新制造样机并进行试验,试验结果表明:优化后的屏蔽结构,能有效提高套管的起晕电压,降低局放水平,保证产品可靠安全运行。     

±1100kV直流输电线路带电作业屏蔽防护研究

±1100kV直流输电线路正在我国施工建设,作为世界上最高的直流输电电压等级,其空间场强要高于±800kV及以下电压等级的输电线路。为开展±1100kV直流输电线路带电作业,需要对带电作业中的屏蔽防护进行研究。首先对±1100kV直流输电线路带电作业人员的屏蔽防护进行了试验研究,试验内容包括屏蔽服基本参数测量、屏蔽服内外电场强度的测量、流经屏蔽服和人体的电流测量、电位转移电流测量和可听噪声测量;其次,分析了±1100kV直流输电线路带电作业屏蔽防护的安全控制水平;最后,根据试验结果归纳了±1100kV带电作业中屏蔽防护的注意事项。研究结果表明,±1100kV直流输电线路带电作业的屏蔽防护是安全可靠的。     

±800kV直流穿墙套管介损超标原因分析及改进措施

针对±800 kV某换流站直流穿墙套管发生介损超标及气体组分异常现象,现场对该特高压穿墙套管进行多次高压试验和SF6气体组分分析,返厂对该特高压穿墙套管进行解体和一系列试验。结果表明:该穿墙套管内部放电点位于压紧环与室外套管金属导杆的连接处;套管内部发现大量以氟化铝为主的白色导电粉末;导电粉末是导致穿墙套管介损超标的主要原因。结合高压试验结果和套管缺陷提出修复该套管的办法,且对以后穿墙套管出厂监造、预试、检修等环节提出相关建议。     

±1100kV直流输电线路带电作业屏蔽防护研究EI北大核心CSCD

±1100kV直流输电线路正在我国施工建设,作为世界上最高的直流输电电压等级,其空间场强要高于±800kV及以下电压等级的输电线路。为开展±1100kV直流输电线路带电作业,需要对带电作业中的屏蔽防护进行研究。首先对±1100kV直流输电线路带电作业人员的屏蔽防护进行了试验研究,试验内容包括屏蔽服基本参数测量、屏蔽服内外电场强度的测量、流经屏蔽服和人体的电流测量、电位转移电流测量和可听噪声测量;其次,分析了±1100kV直流输电线路带电作业屏蔽防护的安全控制水平;最后,根据试验结果归纳了±1100kV带电作业中屏蔽防护的注意事项。研究结果表明,±1100kV直流输电线路带电作业的屏蔽防护是安全可靠的。     

空间电磁抑制技术在特高压主变局放试验中的应用研究

交流特高压变压器现场局部放电现场试验中由于现场干扰源复杂,试验中需对各类干扰传播途径进行分析,采取针对性抑制和屏蔽措施,而对于邻近500 kV运行设备电晕造成的空间电磁干扰,由于交流特高压变压器耦合电容较大,空间电磁干扰信号通过耦合电容效应进入特高压变压器局部放电测试系统,同时由于交流特高压变压器现场局部放电试验测试中要求苛刻,空间电磁干扰信号直接影响现场测量结果的判断。对现场局部放电试验的干扰信号进行分类分析,对空间电磁干扰信号源及特点进行研究,并研发空间电磁干扰信号的捕捉及信号处理技术,实现空间电磁干扰信号的有效屏蔽,保证交流特高压变压器现场局放试验的顺利进行。     

新型515 kV直流SF6气体绝缘穿墙套管研发设计

直流穿墙套管是承载系统安全的一个核心设备,在直流输电系统中处于咽喉位置,文中以515 kV SF₆气体绝缘结构穿墙套管为研究对象,针对超长导电杆挠度过大引起穿墙套管内部电场畸变的问题,新设计一种带空间支撑结构的导电杆,并与传统导电杆对比分析,得到新型导电杆挠度值下降了34.95%,然后对安装新型导电杆的穿墙套管进行温升仿真分析,计算结果表明,安装新型导电杆的穿墙套管具备额定通流6515 A和耐受1550kV雷电冲击的能力。各项型式试验的顺利通过,验证了515kV SF₆气体绝缘结构穿墙套管结构的合理性,为直流输电工程更高电压等级穿墙套管的研制奠定理论基础。     

特高压变压器套管局部放电试验技术分析

为了完成特高压交流变压器套管的局部放电试验并指导特高压设备的局部放电测量,研究了在1100kV电压下进行套管局部放电试验的抗干扰措施和测量方法。根据特高压交流变压器套管型式试验的要求,套管局部放电试验的最高电压为1100kV,套管的局部放电量应10pC,这对试验能力的要求已达到国内试验条件的极限。在试验室对该套管完成的局部放电试验结果表明:试验场地布置、试验环境温湿度控制等都会对套管局部放电测量产生影响;使用紫外成像仪和红外成像仪可快速有效的排除试验场地内的悬浮放电干扰源;采用不完全平衡法的试验回路可以进一步排除干扰,从而成功进行特高压套管局部放电测量。     

屏蔽线连接对穿墙套管绝缘性能的影响北大核心CSCD

近年来,40.5 kV双屏蔽穿墙套管发生了多起因其屏蔽线位置安装不正确引起的绝缘问题,有必要对40.5 kV穿墙套管屏蔽线位置对电场分布的影响进行较为系统的研究。文中采用三维电场仿真技术,对40.5 kV穿墙套管屏蔽线的3种典型布置工况进行电场仿真分析,并进行了相应的局部放电试验测试,得出了3种典型工况下的电场分布特点及其与局部放电量具有一致的对应关系,并提出了相应的预防措施。     

±400kV电容式胶浸纤维穿墙套管的设计

高压直流穿墙套管是换流变电站输电设备的重要设备之一,针对高压直流套管的研究工作对中国发展高压直流输电技术具有重大意义。文中以额定电压±400 kV,额定电流4 000 A交流直流互换型穿墙套管为设计对象,研究了高压直流穿墙套管绝缘结构分析与优化中遇到的关键性问题,重点对高压直流穿墙套管的机械性强度与强电场环境空间电荷影响下的高压直流设备的电场计算方法以及绝缘材料的选用进行试验研究与计算,并得出重要结论,具有重要的应用价值。     

RBF神经网络与NSGA-II混合算法用于±1 100kV穿墙套管3维电场模拟及内屏蔽结构优化

±1 100 kV特高压穿墙套管是直流输电系统中的重要设备,但目前对其3维静电场模拟和内屏蔽层结构智能优化鲜有报道。鉴于此,以特高压穿墙套管及其内屏蔽结构为研究对象,建立了3维有限元模型进行电场模拟。提出了应用径向基函数(RBF)神经网络与NSGA-II混合算法对套管内屏蔽结构进行多目标优化,并运用经典显示函数验证了该算法的有效性。在此基础上,建立了穿墙套管内屏蔽结构的多目标优化数学模型,结合RBF神经网络与NSGA-II混合算法对内屏蔽结构进行了优化设计,使套管内屏蔽各关键位置处电场强度(简称场强)均满足控制要求。研究表明:与自由网格划分相比,体旋转扫掠网格划分可使有限元模型生成的节点数量降低58.2%;墙体和均压环对套管复合外套有较好的屏蔽作用,且高场强区主要集中在内屏蔽表面,优化后最高场强降低14.5%。3维电场模拟结果可为穿墙套管的设计、制造和运行提供数据和理论依据,且所提算法能较好地解决大场域、多介质复杂模型结构优化耗时较多的问题。     

±1100 kV直流纯SF_6气体绝缘穿墙套管关键技术研究

±1100 k V直流纯SF_6气体绝缘穿墙套管(以下简称±1100 k V直流穿墙套管)为目前世界电压等级最高的直流设备,也是直流输电系统中的关键设备。依托昌吉至古泉±1100 k V特高压直流输电工程,以±1100 k V直流穿墙套管为研究对象,建立了套管的三维物理模型,从直流绝缘材料、电场强度、机械强度及温度场等方面进行优化设计,并制造了±1100 k V直流穿墙套管样机。该样机顺利通过了全套型式试验验证,其各项性能指标均满足工程要求。通过该套管的研制,掌握了特高压直流SF_6气体穿墙套管的关键技术,并可以推广应用到其他电压等级产品中。     

±1100kV直流穿墙套管户外侧外绝缘长度设计

基于空气净距及爬电距离,对直流穿墙套管外绝缘的空气净距、爬电距离等进行了研究,给出直流穿墙套管外绝缘长度设计原则,其外绝缘长度设计需同时满足空气净距及爬电距离的要求。根据设计原则,采用计算空气净距及爬电距离的设计方法,对昌吉站±1100kV直流穿墙套管户外侧外绝缘长度进行了分析计算。结果表明,昌吉站±1100kV直流穿墙套管户外侧外绝缘长度最小值为12.99m。