空间电荷效应下±1 000 kV直流穿墙套管电场计算

±1 000 k V直流穿墙套管是一个复杂的绝缘系统,在运行过程中空间电荷会导致绝缘介质内部的电场畸变,材料的绝缘极易破坏甚至击穿。利用有限元电场分析软件Elec Net搭建±1 000 k V直流穿墙套管的模型,对强场空间电荷效应下高压套管在直流、交流、极性反转等不同工况条件下的电场分布进行了仿真分析,为套管的设计研制提供参考依据。     

1100 kV直流SF_6气体绝缘穿墙套管电场仿真分析

国产1 100 kV直流SF_6气体绝缘穿墙套管首次采用双层内屏蔽结构。为此,提出了1种气体电流密度计算方法用于仿真直流电压下的套管电场分布,对工频和直流电压下分别采用单层和双层内屏蔽结构时的套管电场分布进行了仿真分析,探讨了双层内屏蔽结构的电场调控能力,仿真分析了气体电离对电场分布的影响。结果表明:直流电压下套管外部表面电场分布不受内屏蔽电极配置方式的影响,但双层屏蔽结构相对于单层屏蔽结构能够减小套管内部电极的表面场强;套管外部空气电离达到一定程度后将引发屏蔽环表面起始的闪络,内部SF_6气体电离达到一定程度后则更容易发生电离区附近的套管表面电晕放电。     

新型的12kV穿墙套管设计及仿真优化

针对12kV开关柜母线穿墙套管容易发生局部老化导致绝缘能力不足的问题,提出一种新型的体积小的穿墙套管,可解决传统母线穿墙套内、外空气域电场过度集中导致局放超标进而造成绝缘能力下降的问题。采用Ansys Workbench软件对初步设计的新型穿墙套管周围空气域的电场分布进行分析并查找电场集中位置,通过分析等电势线分布图的方法查找新型穿墙套管周围空气域电场分布不均匀的问题,并对穿墙套管的局部伞群进行优化设计,使穿墙套管周围空气域的电场值降到远低于空气域最大耐击穿场强的最优值,从而设计出体积小、成本低、电场最优的新型穿墙套管,有效改善穿墙套管周围的电场分布,提升穿墙套管的绝缘水平,解决开关柜母线绝缘套管局部绝缘能力不足的问题,提高了设备运行可靠性。     

浅谈500 kV断路器瓷套管爆炸原因

对爆炸套管A厂家的套管结构与其他国内厂家进行对比,并对其进行电场仿真计算,分析电场分布云图,电场仿真计算结果表明A厂家设计的瓷套管内部场强高于国内其他厂家,设计的瓷套管裕量不足,可能会导致套管内部发生放电.     

JYN1-35(NW)型防凝露防污秽开关柜中环氧树脂穿墙套管的电场分析

通过对JYN1-35(NW)型开关柜中防凝露防污秽环氧树脂穿墙套管的电场计算,分析了此类套管的电场分布与起晕电压(U_c)和闪络电压(U_f)的关系。新设计的套管的U_c及U_f均有较大提高,套管顺利通过了按国标及IEC有关标准进行的测试。     

高压绝缘套管电场分析及结构优化

高压绝缘套管是气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)高电压与地电位绝缘的重要元件,其均匀的电场分布与合理的结构是GIS安全运行的保证。笔者针对252 k V GIS高压绝缘套管结构设计与电场分布问题,以电磁场理论为基础,通过建立高压绝缘套管电场分布计算的数学模型和基于ANSYS软件的套管电场分布的仿真分析,对套管接地内屏蔽附近电场分布对套管外表面局部区域电场强度的影响进行研究,并据此对套管内屏蔽进行结构设计。套管内屏蔽结构参数的优化结果表明,套管外表面的最大切向场强降低了约29%,使其绝缘性能有了明显的提高。     

振动模态下复合套管电场仿真分析

对静态力作用下的复合套管进行了模态分析,观察到套管的三阶、四阶、五阶和六阶模态中导电杆发生了较为剧烈的形变,此时套管的形态将不再是轴对称的状态,电场的不均匀度增大,而套管内充气体六氟化硫对电场的均匀程度颇为敏感,可能会因为电场的畸变导致分解。因此,对三阶模态和五阶模态下的复合套管电场进行计算,分析其畸变程度。仿真结果表明,电场畸变程度很大,但场强不足以达到击穿程度。     

40.5kV穿墙套管电场分析及屏蔽优化

文中针对40.5 kV开关柜母线穿墙套管容易发生局部老化导致绝缘能力不足的问题,采用Ansys Workbench软件对穿墙套管进行电场分析查找电场集中位置,提出使用单个地电位屏蔽环或高电位和地电位屏蔽环组合方式解决穿墙套管局部电场集中问题的方法,分析了高、地电位屏蔽环的尺寸以及尺寸变化对穿墙套管电场分布的影响,计算了各个情况下的空气域最大电场值并绘制出曲线,并通过对大量的仿真验证和数据筛选,选择了a=7mm,b=15mm,c=27.6mm,d=17mm,e=25mm,在工频耐压下,穿墙套管周围空气域电场场强为E=2.61×10~6 V/m。设计出成本较低、电场较好的较为优化的带高、地电位屏蔽的穿墙套管,有效的改善穿墙套管周围的电场分布,提升了穿墙套管的绝缘水平,有效解决了开关柜母线绝缘套管局部绝缘能力不足的问题,提高了设备运行可靠性。     

空间电荷及金属颗粒对换流变阀侧套管的电场分布影响

换流变压器阀侧套管承受交、直流复合电压,对套管的性能和质量有严格的要求。直流电压下,不同介质界面处空间电荷积聚会引起局部电场的畸变,金属颗粒的存在也会大幅提高局部场强,二者均会降低套管的绝缘性能。文中根据换流变压器阀侧套管的结构,采用有限元分析软件,建立了阀侧套管的仿真模型,分析了加入空间电荷后不同类型电压下套管的电场分布以及金属颗粒对局部电场的影响。结果表明,直流电压下介质界面处空间电荷更容易积聚,交直流复合电压下空间电荷能够引发套管内部局部电场的畸变。与交流电压相比,直流电压下金属颗粒对局部电场的畸变程度影响更大,在SF₆气体中金属颗粒对电场畸变程度的影响大小与其所在位置的关系不大。     

可分离连接器与套管装配后电场仿真分析

为了研究可分离连接器与套管在不同配合尺寸下的电场分布特性并给出合理的结构设计方案及安装配合尺寸，调研了几种12 k V开关柜用可分离连接器及套管的典型结构，对不同配合尺寸及屏蔽方式下电场进行仿真分析。在此基础上，引入了放电概率系数α，判断首先发生放电的位置。结果表明：配合尺寸和屏蔽方式对套管与可分离连接器安装配合后电场分布影响较大，在环氧树脂中埋入金属网作为屏蔽并减小屏蔽网端部距离套管锥度端部的尺寸，增加与套管配合的可分离连接器台阶尺寸，以及可分离连接器采用屏蔽层与绝缘层平齐的屏蔽方式，可以起到均匀电场的作用。     

新型智能管套内部电场分析及尺寸优化

分压屏对套管内部电场分布存在一定程度的影响,尤其在分压屏极板两端的电场容易产生畸变,给套管的安全稳定运行带来一定隐患。针对此,通过插值拟合的方式,建立分压屏极板边缘电场强度与极板尺寸之间的函数关系,并根据该函数关系优化分压屏极板尺寸,使套管内部电场分布尽量均匀、合理。采用大型有限元计算软件Ansys对套管内部电场进行仿真计算,结果表明,分压屏极板的位置及尺寸优化后能够满足要求,可使套管内部最大电场强度值降低45％,并有效改善分压屏极板两端的电场畸变问题。     

温度梯度下双层油纸绝缘系统的空间电荷分布特性

换流变压器为直流高压输电系统中的重要设备,但因其运行工况的特殊性,其内部油纸等绝缘材料往往承受较大的内外温度差异作用。针对换流变压器中双层油纸绝缘系统存在的内外温度不同的温度梯度效应对油纸绝缘中空间电荷分布的影响,利用电声脉冲法测量了不同温度梯度下（Δθ=0、20、40°C）,电压分别为-3.4、-10.2、-20.4kV（即平均电场强度分别为10、30、60MV/m）时双层油纸中空间电荷在20min内随时间变化规律及电场分布。实验结果表明：在低场强下,上下电极均有明显的同极性电荷注入;温度梯度使低温侧出现异极性电荷,并且随着温度梯度的增大、电压的升高,低温侧异极性电荷越来越多,从而使低温侧的场强畸变越来越大;加压后,2层油纸界面处开始积累与上电极相同极性的电荷,并且界面处电荷量随温度梯度及电压的增大而增大,但电荷密度出现饱和现象。经分析可知,油纸界面起到阻挡正负电荷通过的作用,而温度对电极注入特性及试样电导特性的影响为温度梯度影响空间电荷分布的主要原因。     

±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计

±400 kV换流变压器阀侧套管的设计裕度均低于特高压等级换流变压器套管,且±400 kV换流变压器阀侧套管在换流阀厅用量较大,因此有必要针对±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计进行具体分析讨论.分析了±400 kV换流变压器阀侧套管双导电管结构的发热机理,从理论解析角度给出了双导电管结构的设计尺寸,进一步优化设计了套管的芯体绝缘结构,从内、外绝缘配合的角度给出了套管的外绝缘设计方案,并对其整体电场分布情况进行了校核计算:工作电压下其径向电场强度控制在3.11 kV/mm,工频耐压下其轴向电场强度控制在0.51 kV/mm,均满足±400 kV换流变压器阀侧套管设计电场强度控制要求.对研制完成的±400 kV换流变压器阀侧套管进行型式实验,结果表明所研制的套管通过了工频干耐受电压试验并局部放电测量、雷电冲击干耐受电压试验和温升试验等典型型式试验.     

干式直流套管极板边缘电场分布及优化方法

干式直流套管作为换流变、阀厅的重要组成部分,极板边缘的电场最大,局部放电最易从该处起始,进而引发绝缘失效,如何有效优化极板边缘处的电场已经成为提高干式直流套管运行可靠性的关键。为进一步确定干式直流套管极板边缘电场分布规律及优化方法,建立了双层电容屏套管芯体模型,分析了不同电容屏参数下传统经验公式的准确性,并对比了铝箔边缘半折边、敷设半导电绝缘纸、敷设非线性电导材料等方法对极板边缘电场的优化效果。结果表明,传统经验公式对极板边缘的最大电场估计偏小,且偏差基本不随d/Δt变化,约为7.5%。此外,极板边缘半折边方法可以使极板边缘曲率半径增大1倍,最大电场降低27.8%。极板边缘敷设环氧浸纸材料电导率10~100倍的半导电纸可以使极板边缘最大电场降低超过31.4%,且再增大半导电纸电导率,极板边缘最大电场几乎不再下降。极板边缘附着非线性绝缘材料方法是一种有前景的方法,可以使极板边缘最大电场下降达73.2%。     

中压C-GIS中穿墙套管的电场数值计算及优化设计

本文针对 40 .5kVC -GIS中的重要元件穿墙套管进行了电场数值计算 ,计算出该套管在不同结构尺寸下的场强分布及场强最大值点 ,根据计算结果为工程实际提供了优化设计尺寸和一些改进措施 ,并得到了实验验证。     

1000kV GIS用套管的设计

1000kV GIS用套管是GIS中的关键设备,为实现1000kV GIS用套管的自主设计这一我国特高压技术工程的重大突破,在对日本NGK公司研制的1000kV GIS用套管的结构及参数进行讨论的基础上,从1000kV GIS用套管的结构、额定电流选择与散热、套管防爆技术、套管均压环设计、套管内屏蔽设计等方面详细介绍了1000kV GIS用套管的设计要点。计算结果表明:1000kV GIS用套管采用金属屏蔽结构比较简单,工艺上容易实现,通过计算其电气性能和机械性能能够满足工程要求。同时,1000kV GIS用套管设计上还需要考虑大电流下的一次导电管的散热及瓷空心绝缘子的防爆问题。     

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。     

Design optimization of high voltage bushing using electric field computations

This paper illustrates the use of electric field computation to optimize the design of gas filled high voltage composite bushings. The United States Navy employs these bushings in high power very low frequency/low frequency transmitting stations. Commercially available 2D and 3D computational packages based on the boundary element method were employed to analyze the electric fields. The optimized design uses both internal and external elements for electric stress grading at critical parts of the bushing. It has been shown that the location and magnitude of the maximum electric field have been optimized which should result in a substantially higher corona free operating voltage