高压SF6电流互感器绝缘特性分析

高压SF6气体绝缘电流互感器(简称HV SF6TA)由于绝缘气体本身特性,其内部电场分布的均匀程度和电场强度分布必须严格控制,以保证其高绝缘特性。电场计算是绝缘分析的重要手段。HV SF6TA场域结构复杂,为进行绝缘分析与结构设计,以220 kV HV SF6TA实际产品结构为研究对象,采用有限元数值求解方法,建立了含SF6、绝缘瓷套、空气等多重介质的三维电场数学模型,采用区域分解和自适应剖分技术相结合,对三维电场进行了仿真求解,得到了复杂结构中三维场域电场分布,找到了HVSF6TA内部最大场强所在位置以及绝缘薄弱点。为提高HVSF6TA全场域电场的均匀度,避免电晕放电等击穿现象的发生,绝缘设计中对法兰盘附近加设屏蔽环以及在一次导体端部加设屏蔽环两种方案的电场进行了分析,并将HV SF6TA各结构部件沿面电场分布以及全场域电场分布进行了对比分析,为HV SF6TA绝缘结构设计提供了数值基础。     

550 kV SF6 气体绝缘高海拔套管绝缘屏蔽结构

介绍了550 kV SF6气体绝缘金属封闭式组合电器（GIS）高海拔套管的绝缘屏蔽结构参数对电场分布的影响。针对套管单屏蔽结构方案,通过有限元法研究了接地屏蔽层翻边结构参数组合对套管内部最大电场强度的影响;研究了接地屏蔽层高度对GIS套管内外绝缘电场强度分布的影响。从而通过最优化接地屏蔽层高度和接地屏蔽层翻边结构参数组合,得到合理的套管内外电场分布,有效解决了高海拔型套管外绝缘修正后的内外电场分布均匀化问题,为550 kV SF6气体绝缘高海拔套管的绝缘结构设计提供了理论依据。     

1000 kV SF_6标准电压互感器的绝缘设计和电场计算分析

特高压电器设计的核心问题之一便是绝缘结构设计。绝缘结构设计能否满足要求,对产品的安全运行至关重要。为此,笔者对1 000 kV SF6气体绝缘标准电压互感器进行了电场有限元分析,通过对多组结果的比较,提出1 000 kV SF6高压电器绝缘设计的要点,并对其他类似结构的特高压电器设计提出了一些浅见。研究发现:对于SF6高压电器产品,改善套管电位分布、降低电场强度的有效方法是设置分压屏蔽,通过合理选择分压比K、加大曲率半径或采用多曲率弧线等方法降低最大电场强度;对类似结构的1 000 kV SF6气体绝缘特高压电器,可利用电容分压原理进行绝缘设计,必要时可设置两个或两个以上分压屏蔽,但分压屏蔽数量的增加会给加工、装配等带来很大难度,需要合理取舍。     

40.5kV大电流固封极柱绝缘结构电场分析及优化设计

大电流固封极柱必须大量采用软连接,容易造成局放超标及沿面放电,因而对其进行绝缘结构分析及优化设计件具有重要意义。文中运用有限元分析方法得出了40.5 kV大电流固封极柱的电场分布云图,并提取分布较为集中的软连接及固定螺栓周围气体域的电场分布,指出软连接附近SF6气体中电场畸变,造成局放过大及沿面放电。依据复合绝缘电场理论,提出了在软连接周边固封极柱腔体内浇筑屏蔽网,并使屏蔽网与软连接等电位的优化方法。通过电场分析,优化后的软连接固定螺栓附近SF6气体电场强度由12 kV/mm降低为7.5 kV/mm,验证了优化设计方法理论上的可行性。局放试验结果表明,优化后的固封极柱局放量由203.98 pC降低到2.37 pC,雷电冲击试验峰值耐受电压由优化前的162 kV提升到215 kV,证明了提出的优化方案具备工程应用可行性,为大电流固封极柱结构设计及高压电器实际工程中气固复合绝缘电场的优化提供了有关参考。     

1100kV GIS用SF6气体绝缘复合套管结构有限元仿真分析

对1 100 kV高压组合开关电器(GIS)用SF_6气体绝缘复合套管内部SF_6气体压强的确定、GIS复合套管内屏蔽结构许用场强进行了讨论分析,确定了套管内部金属屏蔽和外绝缘结构设计方案。基于此,建立了1 100 kV GIS套管的三维有限元仿真计算模型,并对其内部金属屏蔽和绝缘件电场分布进行了仿真模拟,同时对套管基座进行了机械应力分布计算。结果表明:套管金属屏蔽最大电场强度约为10 k V/mm,复合绝缘子护套表面电位分布接近线性分布;当负荷加载方向垂直于GIS管道方向时,弯曲应力最大值为11.2 MPa;在1.1倍额定电流6 930 A下,套管中温度最高点位于中心导杆附近,最高温度为80℃,满足设计要求,试制的SF_6气体绝缘复合套管通过了全部型式试验。     

基于ANSYS的OCT固定法兰绝缘电场分析及结构优化

采用ANSYS软件对某变电站的110 kV三相共箱式GIS设备上安装的光学电流互感器固定法兰通过母线部位电场进行仿真计算,得到了该部位电场和电位分布图,指出了其最大电场强度值及其所在位置。通过改变固定法兰圆角的曲率半径和接缝处的间隙,减小了金属法兰表面的最大场强值,以优化电场分布并确定该部位的结构尺寸,为固定法兰的设计和改进提供了参考依据。     

500kV SF_6电流互感器事故分析及预防措施

高压电器产品一旦发生故障,将对电力系统的安全稳定运行造成严重的威胁。笔者结合南方电网中应用广泛的2种不同型号500 kV SF6电流互感器的运行情况,介绍了500 kV SF6电流互感器的各种常见故障类型,如支撑件缺陷、电容屏缺陷、屏蔽罩缺陷、部件损坏、异物等,分析了主绝缘结构为电容锥型的500 kV SF6电流互感器的结构特点,并从设备制造、设备运输、试验维护3个方面提出了预防500 kV SF6电流互感器故障的措施。     

500 kV SF6 电流互感器内部盆式绝缘子缺陷电场分析和实验研究

近年来,涉及SF₆气体绝缘电流互感器故障次数较以往明显增多。为此,对一起故障的500 kV SF₆电流互感器进行解体事故分析,发现事故是由运行过程中内部盆式绝缘子产生缺陷造成的。为深入了解气体绝缘电流互感器绝缘特性,从源头上防止突发性故障,依据SF₆气体绝缘电流互感器事故分析结果,对盆式绝缘子有气泡、裂缝、金属污染等缺陷的情况进行了三维电场仿真计算分析和局放实验研究。研究结果显示：有缺陷的盆式绝缘子电场发生畸变,尤其是有金属污染时电场畸变最为严重,局放电压急剧下降。研究得出的数据和结论为SF₆气体绝缘电流互感器的绝缘设计、结构优化、运行维护和故障分析提供了理论参考依据。     

110kV电流互感器电场分析与绝缘结构改进

根据110 kV电流互感器一次绕组为发卡形的设计结构,建立了基于Infolytica的三维电场仿真模型,对110 kV发卡形电流互感器的电位分布、电场强度以及绝缘结构进行了仿真计算、分析和研究,并根据研究结果改进了发卡形电流互感器的绝缘结构。     

沿海地区500kV变电站电磁环境分布与防护措施

针对沿海某城市高压变电站日益增多的情况,研究了该地区500 kV变电站内工频电磁场环境分布特点。在实测某沿海城市500 kV全户外变电站和混合式气体绝缘金属封闭开关设备变电站内各区域和设备周围的工频电场强度和磁场强度的基础上,通过统计、归纳和分析,得到了高压变电站的电磁环境分布特点和职业暴露关键控制区域,并通过仿真分析加以验证。结果表明:该地区500 kV变电站内工频电磁环境整体较好,其中电场强度较大的区域主要集中在500 kV开关场,而工频磁场超标区域主要为电抗器区域且关键暴露位置集中于母线边相外侧、开关设备、电压互感器、电流互感器等处。从职业安全的角度提出相应的防护措施:增加防护距离、控制接触时间、穿着屏蔽服。     

1 000 kV与500 kV交流同塔四回线路带电作业电场防护仿真计算分析

1 000 kV与500 kV交流同塔四回输电线路与单一电压等级超（特）高压线路的空间电场分布具有较大区别,线路带电作业电场环境更为复杂。为此,采用工频电场的三维边界元法仿真计算分析同塔四回线路带电作业场强分布特点,建立人体模型,计算分析等电位和地电位典型作业工况下人体不同部位的电场强度特点,进而确定该特殊塔形线路带电作业人员安全防护措施。结果表明,等电位作业人员需身穿屏蔽效率为60 dB的屏蔽服,并佩戴屏蔽效率不低于20 dB的屏蔽面罩,地电位作业人员穿戴常规屏蔽服或静电防护服,能够满足作业人员安全防护的要求。     

550kV交流滤波器断路器灭弧室电场计算

交流滤波器小组断路器爆炸事故会给电网的安全稳定运行造成了极大的威胁,有必要通过对断路器的仿真计算来分析影响灭弧室内绝缘的因素以判断断路器的故障产生的原因。考虑到设备结构对称性,利用Solidworks软件建立了550 k V双断口瓷柱式断路器的单断口三维计算模型,包括动静弧触头、瓷套、SF6和空气包等,并采用有限元计算软件ANSYS开展三维静电场的仿真计算。通过对正常开断、瓷套壁有金属微粒、弧触头间有金属微粒、弧触头上有金属微粒和瓷套加宽等5种工况的计算,发现最大电场强度出现在断路器熄弧后7.5 ms时刻,弧触头上存在金属微粒将使最大场强值显著增加。适当提高灭弧室SF6气压并采取金属微粒吸附措施将有利于减少断路器内绝缘故障。     

1000kV与500kV交流同塔四回线路带电作业电场防护仿真计算分析

1000kV与500kV交流同塔四回输电线路与单一电压等级超（特）高压线路的空间电场分布具有较大区别,线路带电作业电场环境更为复杂。为此,采用工频电场的三维边界元法仿真计算分析同塔四回线路带电作业场强分布特点,建立人体模型,计算分析等电位和地电位典型作业工况下人体不同部位的电场强度特点,进行确定该特殊塔形线路带电作业人员安全防护措施。结果表明,等电位作业人员需身穿屏蔽效率为60dB屏蔽服,并佩戴屏蔽效率不低于20dB的屏蔽面罩,地电位作业人员穿戴常规屏蔽服或静电防护服,能够满足作业人员安全防护的要求。     

施工缺陷对超导电缆中间接头内电场分布的影响

中间接头在高温超导电缆中是最薄弱的环节,制造和施工环节中造成的任何缺陷都有可能在运行时产生电场畸变,缩短中间接头使用寿命,施工缺陷严重时可能引发电缆局部放电、击穿等事故。为此本文利用有限元仿真软件分析了绝缘层划伤、绝缘层杂质、超导带焊接毛刺三种典型施工缺陷对接头内电场分布的影响规律。研究结果表明,绝缘层划伤存在空气隙时,最大电场强度随着空气隙厚度增加而减小;而当空气隙厚度保持不变时,最大场强与空气隙长度呈正相关增大。绝缘层残留杂质时,半导电层切断处、超导带焊接部位附近的绝缘层杂质周围电场畸变最严重,且超导带焊接部位周围最大场强大于半导电层切断处。此外,杂质大小、位置及带电与否均会对电场造成很大影响。随着杂质半径增加,超导带焊接部位和半导电层切断附近杂质周围场强近似呈正比例增长;杂质不同电荷量和电性对电场畸变程度同样有重大影响,特别是当部分杂质为电负性时,周围最大场强均超过5MV/m。超导带焊接毛刺的位置及大小对场强有较大影响,其中在超导带焊接部位与绝缘层分界面处场强最大,且沿超导带焊接部位径向的毛刺周围场强高于沿轴向的场强。研究成果为分析超导电缆故障原因,制定接头施工工艺提供一定参考。     

金属微粒在GIS中危害的实例分析

通过用电场强度计算方法证明,如果在宝钢220kV或110kV的GIS装置中存在φ0.4mm×3.0mm线状导电微粒,则在遇到严重过电压情况时会发生绝缘击穿故障。     

弧触头烧蚀程度对灭弧室内短路开断过程多物理场的影响

为研究SF6断路器开断过程中弧触头烧蚀程度对灭弧室内多物理场变化的影响,建立了弧触头接触行程分别减小0、5、10和15Smm下灭弧室内开断过程的多物理场耦合仿真模型,获得了短路电流开断过程中灭弧室内温度、气流和电场分布特性。计算结果表明：开断过程中,弧道最高温度出现在弧根处,其值随弧触头烧蚀程度变化不大;随着弧触头烧蚀程度的加剧,SF6气体最高速度不断减小,吹弧效果减弱;最大场强集中在静弧触头端部或动弧触头弧角处,且随弧触头烧蚀程度加剧而畸变更严重。基于此,根据流注理论的气体击穿判据计算了不同弧触头烧蚀程度下SF6介质恢复特性,发现当弧触头接触行程减小15 mm时,临界击穿电压低于瞬态恢复电压,触头间隙可能再次击穿造成电弧重燃。研究结果可为SF6断路器电寿命退化机理提供理论支撑。     

高压真空灭弧室内部电场分布的影响因素

为了解高电压真空灭弧室内部的电场分布情况,建立了真空灭弧室的电场数学模型。应用电场数值分析方法和有限元软件详细计算不同屏蔽罩与触头尺寸对真空灭弧室内部电场分布影响的结果表明,因高电压真空灭弧室开距较大,触头间隙不再是场强集中的区域,在高压真空灭弧室小型化设计过程中,除考虑电极间的绝缘外,更需考虑电极与屏蔽罩之间的绝缘。合理设计屏蔽罩的尺寸、位置和触头的形状可有效改善灭弧室内部的电场分布,提高真空灭弧室的耐压能力,从而为国内72.5kV以上电压等级真空灭弧室的研制提供了理论依据。     

交流500kV复合绝缘子内部缺陷对轴向电场分布的影响

复合绝缘子的芯棒和护套间的胶接界面贯通于绝缘子两端,是内绝缘的组成部分。一旦芯棒和护套粘接不紧密,在界面形成的间隙将畸变周围电场分布,高场强的长期作用将对芯棒机械性能造成影响。为了研究界面缺陷对电场分布的影响,以南方电网某交流500kV线路复合绝缘子断裂事故为研究对象,应用有限元分析软件ANSYS建立了该断裂复合绝缘子的整体模型和子模型,计算了芯棒表面存在缺陷时的电场分布。结果表明:气隙处电场强度增大,但不足以引发局部放电。水分渗入后,缺陷尺寸足够大时电场强度将会超过空气的击穿场强,导致局部放电,进一步加速界面粘接性的劣化;护套破损后内部芯棒暴露,芯棒蚀损使得机械性能降低,最终将引发断裂掉串。