±1100kV干式平波电抗器电场分布和操作冲击放电特性

±1100 kV干式平波电抗器是特高压直流输电工程中关键主设备之一,为确定平波电抗器的外绝缘特性,开展了±1100 kV干式平波电抗器电场和操作冲击放电特性研究。首先,对±1100 kV平波电抗器的电场分布进行了仿真计算,在直流电压下,平波电抗器电位分布较为均匀,关键位置电场强度值均低于一般要求的1500 V/mm的经验值;然后,开展了干燥及模拟人工降雨下±1100 kV平波电抗器操作冲击放电试验,得到了其在安装不同管径均压环时的50%操作冲击放电电压U50%:随着均压环管径的增大U50%略微升高3.06%;随着雨量的增大,U50%呈降低趋势,大暴雨条件下的U50%较干燥情况下U50%相比降低4.7%;不同试验条件下±1100 kV平波电抗器的U50%均大于工程所需的2400 kV。由仿真与试验结果可得,±1100 kV平波电抗器设计能够满足工程的需要,同时研究结果为±1100 kV平波电抗器外绝缘参数的确定提供了参考。     

±1100kV户内平波电抗器均压装置表面电场分析与验证

特高压直流输电技术通过提高输送电压等级的方式提高了直流输送容量和输电效率,节约了土地和走廊资源,提升了经济和社会效益。±1100kV干式平波电抗器作为±1100kV特高压直流输电工程关键主设备之一,肩负着抑制谐波、限制故障电流等作用。在±800kV干式平波电抗器研制的基础上,根据±1100kV干式平波电抗器相关技术规范要求,对±1100kV干式平波电抗器的均压屏蔽装置进行研究。运用有限元分析软件ANSYS MAXWELL建立了户内布置平波电抗器的三维有限元模型,利用静态场分析法计算了户内布置平波电抗器的整体电位、电场分布,得到了户内布置平波电抗器均压屏蔽装置的表面电场强度。结果表明,户内布置平波电抗器第一层均压环表面电场强度最高,达到了1151.95 V/mm,通过实际的端对地操作冲击试验验证了户内布置平波电抗器均压屏蔽装置的屏蔽效果,±1100kV户内布置平波电抗器的均压屏蔽装置达到设计要求。     

500kV港城变电站绝缘子均压环放电现象研究

为了提高有限元数值仿真计算方法在研究外绝缘设备电场分布的准确性,对均压环与绝缘子串电场进行仿真分析,并通过设置仿真参数来获得均压环管径和安装位置最佳尺寸的依据。针对湛江500 kV港城变电站均压环对玻璃绝缘子串放电现象,运用ANSOFT软件建立了500 kV交流杆塔上均压环与绝缘子串全三维模型,研究了均压环管径和安装位置对绝缘子串电场分布影响的规律,并通过对电场强度的仿真分析解释了均压环对绝缘子频繁放电的原因。仿真分析中研究了均压环管径及其安装位置对最大电场强度的影响,进而得出了满足实际工程应用的最佳的均压环管径和安装位置,通过实际运行验证仿真结果对于消除绝缘子均压环放电效果明显。     

换流变压器现场直流耐压试验回路空间布置的静电场计算

本文对换流变压器现场直流耐压试验回路按设备实际结构参数建立三维模型,采用ANSYS有限元软件计算分析现场试验中直流高压发生器本体、波纹管、套管端部均压环表面及换流变本体表面的电位和电场分布,用于验证现场直流试验中所用均压环结构的有效性,波纹管表面不会发生电晕放电,未影响试验结果。计算结果表明最大场强分布在阀侧套管均压环上,最大值为12.21kV/cm;在现场应用该直流高压发生器进行试验过程中,理论上不会有外部电晕产生。     

500 kV港城变电站外绝缘放电原因分析

通过绝缘子表面污秽状况调查、人工污秽试验和电场计算来分析500 kV港城变电站外绝缘严重放电的原因,认为港城站设备上附着有含糖污秽,导致外绝缘某些区域电场增强.从而引起比较强烈和普遍的放电现象.以人工污秽试验研究了含糖污秽与不含糖污秽的放电机理,同时探讨防污闪涂料对于削弱港城站外绝缘放电的效果和长期性能.文章还基于电场计算结果提出了改善电场分布的均压环参数选择建议.     

变压器试验技术（40）

13.3.6 淋雨试验及淋雨试验的条件 为什么要对电力设备外绝缘进行淋雨试验?为什么只对某些外绝缘进行淋雨试验,而对另一些外绝缘不进行淋雨试验?这是因为电力设备在雨天也要运行,雨水会影响一些外绝缘的放电电压,但是雨水不会影响所有外绝缘的放电电压.纯空气间隙的外绝缘,在各种波形的试验电压(工频电压、操作波冲击电压和雷电波冲击电压)下,它的湿试放电电压和干试放电电压没有明显差别,所以就不规定淋雨试验.     

1000kV交流复合绝缘子串电场分布计算及均压环设计

1 000kV复合绝缘子的结构特点导致了其电位分布很不均匀,高压端金具附近的强场区会使绝缘介质和金具表面发生电晕放电,如何设计均压环使绝缘子沿面电场分布得到改善,对输电线路的安全运行具有重要的意义。本文基于ANSYS有限元软件建立1 000kV复合绝缘子的三维模型,计算无均压环时和有均压环时的复合绝缘子沿面电场强度分布和电压分布,具体分析了大小均压环的位置、环径、管径对复合绝缘子沿面电场强度的影响,并确定均压环的最佳位置和结构参数。计算结果表明,有均压环时均压环表面,高压端金具表面及绝缘护套表面的最大场强均可达到要求。     

750kV交流复合绝缘子均压环优化设计

基于有限元数值仿真计算方法,建立了750 kV线路杆塔—导线—绝缘子的塔线三维电场仿真模型,研究优化750 kV复合绝缘子均压环的结构参数,并对均压环的均压效果进行了分析。计算结果表明,均压环可显著地改善绝缘子电场分布,高压端均压环表面的最大电场强度控制在20 kV/cm以下,可见电晕和无线电干扰试验的结果表明,高压端金具和均压环的起晕电压、无线电干扰水平均符合国家标准或规程要求,设计的均压环能够满足750 kV输电线路对复合绝缘子的使用要求。研究结果为750 kV输电线路外绝缘设计提供了有益的参考。     

合成回路用高压电抗器过电压分析及电场仿真

高压电抗器在合成回路中为开断电流后的断路器提供恢复电压,断路器动作导致电路参数的瞬时变化,使电路中的电流和电压波形在高压电抗器和电容元件之间产生振荡,由此产生的过电压将威胁合成回路的安全运行。笔者根据试验单位提供的合成回路及具体运行工况,利用PSCAD对其运行回路进行电路仿真,得到相应的电流和电压波形,并以此为边界条件,利用ANSYS对高压电抗器进行仿真得到空间电场强度,并提出合适的结构参数来改善电抗器局部电场分布。结果表明:电路仿真在考虑电抗器杂散电容后,电流和电压波形出现极大振荡,此时电抗器两端的电压峰值可作为仿真边界条件。由电场仿真结果可知,电场强度的分布与电抗器的结构布置和对地电位有关,并以对地电位最大的电抗器两端的电场强度最明显,且主要集中在均压环处。通过选择合适的均压环尺寸,可以有效地降低该处电场强度。     

±1100kV线路光纤复合绝缘子的电场仿真与优化设计

根据污耐压法提出了±1 100 kV直流棒形悬式复合绝缘子外绝缘设计的一种方案,并基于有限元法建立了棒形悬式复合绝缘子的仿真模型,确定了复合绝缘子均压环的结构参数。仿真结果表明,该均压环设计满足各部分电场强度均低于电晕起始电场强度的要求,有效地改善了复合绝缘子电位、电场分布,且均压环表面不会产生电晕。     

动车组车顶隔离开关用支柱绝缘子污秽状态下的电场分布特性研究

摘 要：研究污秽状态下支柱绝缘子的电场分布特性对于动车组的安全稳定运行具有重要的意义。本文以FQJG2-30-16-400-M型车顶复合支柱绝缘子为研究对象,进行如下研究：对绝缘子表面进行淋雨试验,同时施加40kV工频电压,靠近金具部分的伞裙首先发生闪络,且出现了干燥带,伞裙边缘形成大粒径的水珠时,容易引发局部放电。利用comsol有限元分析软件在绝缘子靠近金具的伞裙表面设置干燥带和水珠,护套表面存在干燥带时,电场畸变明显,杆径处的干燥带场强最大,上表面干燥带场强大于下表面干燥带场强,干燥带场强最大值随着干燥带数量增加反而减小。绝缘子表面出现水珠时,水珠附近的场强明显增大,越靠近中轴线水珠表面电场强度越大。靠近高压端的水珠的最大电场强度受半径的影响较大,低压端则不明显。     

高海拔地区750kV复合绝缘子均压环电场仿真及结构优化

为改善超高压输电线路的复合绝缘子端部电场强度集中、易产生放电和闪络等问题,通过建立复合绝缘子和均压环仿真模型,采用ANSYS仿真软件对复合绝缘子和均压环模型的电场进行仿真测试,分析均压环参数对电场强度的影响,从而优化均压环参数。结果表明:优化均压环参数r=45 mm,R=900 mm,h=300 mm,加装优化均压环后,复合绝缘子表面的电场强度下降,满足高海拔地区750 k V输电线路绝缘子安全运行的要求。     

±500 kV柔性直流换流阀电场分布及绝缘特性研究

采用静电场有限元数值方法,对自主研发的±500 kV柔性直流换流阀的内绝缘和外绝缘特性进行了分析计算。按照子模块最大保护电压,校核换流阀的内绝缘特性;按照阀支架雷电冲击试验,校核换流阀的外绝缘特性。计算结果表明,自主化±500 kV柔性直流换流阀阀塔内部空气中最大电场强度为1.017 kV/mm,屏蔽系统最大电场强度为1.619 kV/mm,底部支撑绝缘子处最大电场强度为2.941 kV/mm。以3 kV/mm作为起晕场强判据,雷电冲击试验下,阀支架无起晕现象。试验结果表明,采用当前换流阀设计方案,换流阀顺利通过型式试验,无闪络、击穿放电现象,冷却系统无损坏。研究结果为±500 kV柔性直流输电系统换流阀绝缘设计提供了参考。     

特高海拔500kV变电站绝缘子串均压环的电晕特性

为了满足高海拔变电站金具防晕降噪的要求,使金具具有良好的电气性能,运用Ansys软件和紫外成像仪重点研究了500kV变电站典型门型构架吊管母V型绝缘子串均压环的电晕特性。首先建立静电场有限元模型进行仿真计算,然后对均压环表面最大电场强度进行海拔校正和均压环结构优化。计算结果表明,均压环表面最大电场强度出现在近管母终端球端拐角处,管径130mm的均压环可以满足海拔高度4 000m处变电站的运行要求。为了对计算结果进行验证,采用与计算模型相同参数的均压环,运用紫外成像仪在平原地区和高海拔地区进行了可见电晕试验研究。试验结果表明,均压环电晕起始电压和电晕熄灭电压都明显高于标准要求值,电晕起始部位在均压环拐角处,与计算结果一致。因此,经过优化后的均压环具有较好的电晕特性,可以满足高海拔变电站的运行要求。     

基于雨水混合物模型的平抗直流套管的雨闪故障分析

雨闪故障一直是电力系统外绝缘研究领域的热点。结合有限元方法,进行500 k V直流系统平波电抗器出线套管的雨闪故障分析。通过引入雨水在空气中所占体积比的方法,将水滴和空气等效成单一的混合物介质。通过流体场-电场的耦合分析实现了下雨条件下套管电场的求解。计算表明,下雨时套管上端更易受到雨水的碰撞、集聚,致使局部电场强度增大,此时套管上端表面电场强度相比于干燥环境下更高,更易形成闪络。通过与雨闪故障现场图片对比,仿真结果与实际事故中发生闪络的位置一致,验证了考虑雨水混合物模型在雨闪故障分析中的准确性。     

复合绝缘子沿面电场影响因素分析

研究不同状态下的绝缘子表面电场特征对提高绝缘子可靠性具有重要意义。笔者以220 kV交流复合绝缘子为例,借助于COMSOL有限元软件,对电场分布进行了计算分析,研究了均压环、表面污秽及内部缺陷对绝缘子沿面电场分布的影响。计算结果表明:加装均压环可以大大降低沿面最大电场强度,有效改善表面电场不均匀程度;污秽条件下,伞群和护套交接处电场畸变严重,但畸变程度不足以引发局部放电;粘结面存在空气隙时,气隙附近电场明显畸变,护套内外存在一个较大的电场梯度,当达到一定程度时会造成护套击穿。     

高海拔特高压电抗器套管绝缘结构设计分析

特高压电抗器套管是实现电力电抗器与电站架空线间电气连接的重要设备,高海拔应用环境为电抗器套管电气结构设计提出了更高要求,文中主要针对其内外绝缘结构设计进行讨论。研究内容主要分为3部分:(1)讨论了电抗器套管外瓷套干弧距离计算,并从套管尾部、套管均压罩、套管内绝缘3方面进行了设计和分析;(2)建立了电抗器套管三维电场仿真计算模型;(3)在实际运行环境下对其绝缘性能进行计算分析。研究结果表明:高海拔条件下应对电抗器套管外部金具及外瓷套闪络电压进行海拔修正,计算表明金具、闪络电压修正系数分别为2.07、1.36,且套管端部应装配双环型均压罩;套管外部瓷套的绝缘距离设计为8 500 mm,且尾部绝缘距离设计为1 955 mm;有限元校核计算表明,顶部均压环表面最大场强为1.251 kV·mm~(-1),尾部均压环表面最大场强为16.962 kV·mm~(-1);套管芯子靠近中心导杆侧轴向场强略高于法兰侧,场强最大值为0.550 kV·mm~(-1)。计算结果可为特高压输电工程用电抗器套管绝缘结构设计提供一定的理论依据。     

超高压交流变电站金具电晕特性与选型研究

为消除电晕放电造成的能量损耗和电磁干扰,对不同种类金具的电晕特性以及不同电压等级下金具选型进行研究。利用紫外成像仪对几座超高压交流变电站的电晕放电现象进行观测,找出易发生电晕放电的金具;对此金具结构建立三维有限元仿真模型,计算在施加500 kV和750 kV电压等级下,不同尺寸金具表面电场强度分布情况,并针对场强较大的结构进行优化设计。研究结果表明,随着均压环、屏蔽环管径和屏蔽球球径的增大,其表面电场强度逐渐减小;结合金具表面起晕场强控制限值,给出了500 kV和750 kV电压等级下,耐张绝缘子串屏蔽环、V型绝缘子串均压环以及导线屏蔽球的尺寸选型。     

特高压干式平波电抗器损耗与热点温升计算及试验研究

为综合分析特高压直流输电用干式平波电抗器的损耗与温升,获得其热点位置与热点温升,文中推导了平波电抗器各个包封中直流电流损耗与谐波电流损耗分布的计算方法。针对一台±800 kV/4 000 A特高压干式平波电抗器,分析了加载等效直流电流的温升试验工况下电抗器的损耗分布与实际运行中包含谐波损耗的损耗分布的差异。对温升试验工况下特高压干式平波电抗器的温度场进行了计算,获得其温升分布,通过相应的温升试验,验证了仿真计算结果的可靠性;最后,比较了运行工况与温升试验工况下特高压干式平波电抗器的温升分布的差异。结果表明:简单地应用等效直流温升试验来研究平波电抗器热点温升的方法是不合理的;应该大力研究混频电流的加载,提高温升试验的精确度。     

±800 kV直流高速开关断口外绝缘特性仿真研究

直流高速开关（high speed switch,HSS）作为多端柔性直流输电系统的关键设备，其可靠性具有重要意义，而断口外绝缘特性是影响HSS安全稳定运行的重要因素。文中采用有限元法针对HSS实际运行工况进行建模仿真，根据断口内绝缘及外绝缘的电场分布获得最恶劣的运行工况，研究该运行工况下HSS断口外绝缘在淋雨与污秽等环境下的电场分布特性，分析有限空间内断口加长提高外绝缘性能的可靠性。研究结果表明：实际运行过程中，HSS一侧隔离开关拒动、一侧通过阀侧接地为最恶劣的运行工况，在该运行工况下，淋雨环境中断口伞裙电场分布均匀，但电场强度整体增加，污秽条件下外绝缘电场分布与干燥条件下相似，但在高压端电场畸变程度显著增加；随着断口长度、外绝缘爬电距离增加，外绝缘电场模值整体下降，断口长度的改变对隔离开关外绝缘性能影响较小。以上研究对HSS断口外绝缘优化设计具有一定参考意义。