交流GIL内金属微粒的受力及运动特性分析北大核心CSCD

气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission line,GIL)以其输送容量大、占地面积小、传输损耗小等优点,在许多场合是替代电缆和架空线路的首选方案。但GIL内部的金属微粒会在电场的影响下发生起跳和运动,严重威胁了GIL的绝缘性能。为更好地捕获金属微粒,掌握GIL内金属微粒的受力和运动特性是十分有必要的。文中首先忽略了盆式绝缘子对GIL轴向电场的畸变,分析了金属微粒在同轴圆柱电极间的运动特性;然后使用平均谐振频率和平均起跳高度来表征金属微粒在交流电压下的活跃度,分析了交流电压幅值、交流电压频率和微粒半径对平均谐振频率和平均起跳高度的影响规律;最后分析了在考虑盆式绝缘子影响下的金属微粒运动特性,可为金属微粒陷阱的结构设计和布置提供参考。     

直流电压下气体绝缘输电线路中微粒运动特性研究及微粒陷阱效能分析

气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)中设置微粒陷阱是最常用的微粒抑制措施,由于其真型试验需投入较高成本验证设计能效,目前多采用仿真技术手段进行辅助分析。该文针对直流电压下微粒陷阱结构设计,考虑微粒的受力及电荷变化机制,基于有限元法提出一种可以应用于实际结构中的球形微粒带电运动的仿真方法。建立320kV直流GIL管母线部分模型,在模型中分别设置四种不同类型的微粒陷阱,计算并分析不同陷阱的捕获率及其对微粒运动特性的影响。结果表明,该方法能够有效模拟直流电压下的微粒运动特性,上提式微粒陷阱的捕获能效优异,能够有效阻挡动能较大的入陷微粒,降低其逃逸的概率。该文仿真计算方法和研究结果适用于不同结构气体绝缘输电线路中不同类型微粒陷阱的捕获率分析,对开展工程上气体绝缘输电线路中微粒陷阱的选型及布置具有指导意义。     

直流气体绝缘输电线路的绝缘设计

气体绝缘输电线路(gas insulated transmission line,GIL)与架空线路相似但占地空间小、损耗低,在高压直流输电和特高压直流输电领域具有较大的应用空间。通过分析表面电荷和金属导电微粒对绝缘子沿面放电的影响,指出了绝缘子表面电荷积聚和自由金属导电微粒附着是降低直流GIL绝缘性能的重要原因。采用了使电场分布合理的方法,即半圆锥形盆式绝缘子的优化和表面电阻率阶梯分布的覆膜。设计了包括电极覆膜、微粒陷阱、驱赶电极和屏蔽环的直流GIL的绝缘结构。     

直流GIL内金属微粒的落点分布研究

气体绝缘金属封闭输电线路（gas-insulated metal-enclosed transmission line,GIL）拥有输送容量大、占地面积小、传输损耗小等优点,但GIL内部的金属微粒会在电场的影响下发生起跳,严重威胁了GIL的绝缘,需要对金属微粒采取有效的捕获措施。为更好地捕获金属微粒,研究GIL内部的金属微粒在直流电压下的运动特性和落点分布是十分有必要的。文中首先对微粒在直流电压下的受力进行了分析;然后在不考虑屏蔽罩的情况下对金属微粒的运动轨迹和落点分布进行了仿真,发现金属微粒的落点较为集中,尤其是前几次的落点,故金属微粒陷阱应至少覆盖第一个落点,并尽可能囊括之后的几个落点;最后研究了屏蔽罩对金属微粒落点分布的影响,认为曲率较大的屏蔽罩会造成其下方两侧的落点更为集中,应在此处安装微粒陷阱。     

直流GIL中线形金属微粒运动与放电特性研究综述

由于直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)具有传输容量大、电能损耗小、可靠性高和全寿命输电成本合理等优点,因此可在特殊环境下,如高落差、隧道和远距离大容量输电等场合替代架空输电线。而限制直流GIL在输电线路上大规模运用的一个重要原因就是自由金属微粒的干扰,因此有必要掌握自由金属微粒在直流电压下的运动和放电特性。文中总结了国内外关于直流电压下SF6气体中自由线形金属微粒运动与放电特性的研究,以期对工程建设和学术研究起到参考作用。首先介绍了线形金属微粒在直流电压下的受力分析及起跳电压计算模型;然后总结了线形金属微粒在GIL中可能的运动形式,以及当存在轴向不均匀电场时的运动情况;进而分析了线形微粒在直流电压下的电晕放电规律;最后,揭示了线形金属微粒对SF6气体间隙击穿的影响机制。     

±800 kV特高压直流GIL关键技术研究

为了提高特高压直流输电线路走廊选择的灵活性,研究可以替代部分架空输电线路的直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal enclosed transmission line,GIL)具有重要意义。提出了在进行直流GIL绝缘子相关试验时,以带绝缘子的圆柱平板电极替代带绝缘子的同轴圆柱电极的试验方法。结合国外小尺寸电极试验结果,采用麦夸特法拟合得到了考虑表面粗糙度的同轴圆柱电极SF6气体间隙下临界击穿场强估算公式。设计了包含微粒陷阱、微粒驱赶电极和屏蔽环的直流GIL电极结构,并对此进行了电场分布的仿真,结果表明此结构具有抑制金属导电微粒运动的作用。     

特高压交流GIS/GIL拔孔型陷阱优化设计与协同布置方法

交流气体绝缘组合电器（GIS）和气体绝缘输电管道（GIL）内的运动金属微粒是诱发设备绝缘故障的重要因素,且特高压下的运动金属微粒引发设备绝缘故障的概率更大,而微粒陷阱可抑制金属微粒的运动,但实际工程中的微粒陷阱仍缺乏主动捕获微粒的能力。该文首先基于GIS/GIL内金属微粒动力学模型,分析了拔孔型陷阱的微粒主动捕获机制,进而根据金属微粒荷电运动与碰撞动力学特性,建立了拔孔型陷阱捕获概率计算模型,考虑陷阱的捕获能力对拔孔型陷阱的结构参数进行优化设计。具体结果表明,针对苏通工程中的特高压交流GIL,当陷阱直径为60cm、深度为30cm时,拔孔型陷阱抑制微粒效果达到最佳。进一步考虑微粒碰撞反射角的随机性,将拔孔型陷阱附近捕获率大于90%的区域定义为有效捕获范围,优化的拔孔型陷阱的有效捕获范围为32cm。最后,通过分析栅格型陷阱与拔孔型陷阱轴向电场分布,表明栅格型陷阱能够增强拔孔型陷阱的有效捕获范围,并以提高绝缘子附近的微粒抑制效果为目标,提出了绝缘子附近栅格型与拔孔型陷阱的协同布置方法。     

考虑非弹性随机碰撞与SF6/N2混合气体影响的直流GIL球形金属微粒运动行为研究

针对直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal enclosed transmission line,GIL)金属微粒污染物问题,研究球形金属微粒在其中的运动行为,采用贴合实际情境的同轴圆柱电极结构,建立直流 GIL 内球形金属微粒运动模型：纳入 SF6/N2混合气体动力学参数,利用流体力学理论分析微粒运动过程中混合气体阻力的影响;同时考虑金属表面粗糙度影响,利用弹性力学中的碰撞理论分析金属微粒与导体及外壳的非弹性随机碰撞,实验结果验证了模型计算的可靠性。利用模型对微粒运动轨迹进行仿真分析,并根据微粒运动的分布情况提出微粒活跃度的概念,研究表明：微粒在导体与外壳间的谐振频率与微粒半径、SF6占比、绝缘气压呈负相关;微粒活跃度与随机反射角、电压幅值呈正相关,而随着微粒半径变化存在极大值。     

直流GIL金属微粒陷阱捕捉概率与优化设计

直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中的运动金属微粒会极大降低GIL的绝缘强度,故而需要采取微粒陷阱等措施加以限制。本文针对直流GIL中金属微粒陷阱开展研究,首先搭建了封闭式以及半封闭式同轴圆柱电极实验平台,并构建了对应的三维仿真模型;然后通过仿真计算优化了陷阱参数,据此提出了微粒陷阱设计依据"捕捉参数"-Pcap,并对比了不同参数的微粒陷阱捕捉效果;最后根据微粒运动规律提出了针对性陷阱布置策略,并用实验进行了验证。实验结果表明:金属微粒被捕捉的概率随捕捉参数增大呈现增大趋势,当Pcap值为0.8左右时捕捉概率趋于稳定;直流电压下绝缘子附近金属微粒的落点具有很强的集中性,在微粒落点集中区域进行针对性陷阱布置,可以缩短捕捉时间,取得良好效果。因此,研究结果可以为工程中微粒陷阱的设计及使用提供一定的指导。     

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...     

工频电压下片状自由金属微粒带电特性与运动规律研究

GIS/GIL因安装、运输等环节会不可避免地产生多样性的金属微粒,而片状金属微粒因其"潜伏性"较难检出,从而威胁GIS/GIL的绝缘性能。采用数值计算结合实验方式开展了工频电压下片状金属微粒起跳与运动规律研究。片状金属微粒采用旋转椭球体模型进行等效,并通过理论推导获得片状金属微粒的带电量与临界起跳场强。搭建工频电压下片状金属微粒运动观测平台。采用高速相机观测其起跳和运动行为,并与数值计算结果进行对比分析。结果表明:片状金属微粒起跳场强与厚度的1/2次方近似呈正比关系,而随微粒半径增大呈现出微弱的上升趋势。密度较大的片状金属钢微粒竖起后,存在原地旋转与沿地电极表面来回滚动两种运动模式,并在微粒底部与电极间隙伴有微弱的局部放电;密度较小的片状金属铝微粒竖立后,在电极间隙内发生剧烈地上下跳动。     

基于调感谐振的GIL出线互感器误差校验方法研究

在气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)条件下的电磁式电压互感器误差校验中,谐振电源系统的选配、组合是比较关键的问题。介绍了使用组合可调电抗器解决长距离GIL升压的电源系统,分析了该系统的数学模型,提出了工频谐振下相对失谐度的概念,并对制约电压增益的因素进行了分析。提出使用二次压降测试仪进行误差校验,给出了重点参数的测量方法及试验步骤。最后,以澜沧江糯扎渡水电站GIL出线互感器误差现场检测试验为例,进一步验证了该方法解决长距离GIL中电磁式电压互感器误差校验的可行性和有效性。     

On electrostatic trapping of particle contamination in GITL systems

The insulation performance of gas-insulated transmission line (GITL) systems can be substantially affected by the presence and movement of contaminating metallic particles. The dynamics of wire and spherical particles in a coaxial-electrode system under AC voltage have been studied under different conditions. At voltages just above the lifting voltage the particle moved near the outer enclosure. Under appropriate conditions the particle can move into the high field region and eventually cross the interelectrode gap, thus causing a potential insulation hazard. Contaminating particles in a GITL system move randomly in the electric field. Control of contaminating particles is crucial for reliable operation of GITL systems. A numerical model of the contaminating particle's motion in the interelectrode gap in a GITL system was used to study particle control methods in gas-insulated power apparatus     

Conducting particle motion and particle-initiated breakdown in dcelectric field between diverging conducting plates in atmospheric air

This paper deals with the analysis of spherical conducting particle motion as well as particle initiated breakdown in electric fields between diverging conducting plates with dc voltage in atmospheric air. Motion of spherical particle was estimated by solving the motion equation numerically, and the results agreed well with the experimental ones. It was found that when the particle is placed on the horizontal electrode surface where the electric field is nearly equal to the lifting field, the particle progresses towards a higher electric field region by the effect of Coulomb force and electrical gradient force. This is true for a nonspherical conducting particle. The obtained results for particle motion suggest that much attention should be paid in the design of GIS particle traps to forces acting on the particle directly towards the higher electric field region. Moreover, the particle-initiated breakdown is discussed on the basis of the experimental and theoretical results. It was found that one of the reasons for reduction of the breakdown voltage is the effect of microdischarge between the particle and an oppositely charged electrode     

表层非线性电导盆式绝缘子表面电荷分布与沿面放电特性

盆式绝缘子表面电荷积聚是影响直流气体绝缘输电管道(direct current gas insulated transmission line,DC-GIL)电场分布与沿面闪络的重要因素,因此探究绝缘子表面电荷积聚机理并提出调控方法,进而改善绝缘子沿面电场分布具有重要意义。该文搭建缩尺直流GIL绝缘子试验平台,研究不同Si C质量分数(23.1%、37.5%、47.4%)的非线性电导涂层对直流电压、金属微粒附着和极性反转工况下盆式绝缘子表面电荷分布与沿面闪络特性的影响规律。结果表明：环氧基Al₂O₃绝缘子的表面电荷极性取决于气固侧电流密度博弈结果,具有显著的场强依赖特性;非线性电导涂层可以自适应调控直流GIL绝缘子的表面电荷与沿面电场分布,显著提高不同工况下的沿面闪络电压。该文的研究结果为高可靠性直流GIL绝缘子的研发提供了一种潜在的解决方案。     

Development of Compact 500 kV 8000 a Gas Insulated Transmission Line-Dust Control during Field Jointing and Method for Detecting Conductive Particles

This paper describes the results of studies made on dust control during field jointing and a method for detecting conductive particles after installation in the development of a compact 500 kV 8000 A gas insulated transmission line (GIL). The study on dust control during field jointing proved that field jointing of the compact GIL can be done like conventional GIL in an easily fabricated vinyl shelter without a clean air flow. Harmful conductive particles can be detected with an Acoustic Emission (AE) sensor. This sensor is effective in improving the reliability of the compact GIL when used with a suitable ac voltage during field test. A 120 m long test line of compact 500 kV 8000 A GIL was constructed and, in a long-term field test, proved to have properties sufficient for practical use.     

Motion characteristics of a charged metal particle in insulating oil under flow state

Problems due to discharge by charged metal particles in insulating oil under flow state are examined in this study. The motion characteristics of a charged metal particle in a horizontal transformer oil tract are investigated, and a mechanical model of a charged metal particle under flowing oil and an AC field is proposed. The particle's equations of motion are numerically solved using the fourth‐order Runge–Kutta computational algorithm. The trajectory of a spherical iron particle in typical motion state under flowing oil and AC field is simulated. The influence on the motion characteristics of a charged metal particle in terms of the oil flow rate, electric field strength of the oil tract, particle scale, initial state, and particle rotation is analyzed. Results reveal that when a charged metal particle is moving fast along the direction of oil tract flow, reciprocating oscillation simultaneously occurs in the vertical direction. Its trajectory is significantly affected by the oil flow rate, the electric field strength of the oil tract, particle scale, initial state, and particle rotation. Moreover, the degree of oscillation of the charged metal particle may be the main cause of degradation of the insulating oil under flow state. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

500 kV GIL管廊接地系统分析

气体绝缘金属封闭输电线路的接地系统对该输电方式的稳定可靠运行至关重要。基于CDEGS仿真软件对某实际GIL综合管廊工程的接地系统进行了研究,建立了GIL综合管廊接地系统模型,对接地系统的接地电阻、跨步电压、接触电压以及地电位升等电气特性参量进行计算分析,研究了接地网的深度、混凝土电阻率、入地点的个数、钢筋主支架等因素对GIL管廊电气特性的影响规律,提出了较为优化的接地系统。结果表明,混凝土结构钢筋作为自然接地体对GIL电气特性的影响最大,入地点个数对GIL电气特性的影响最小。优化的接地系统为GIL综合管廊的建设和运维提供了依据。