特高压GIL哑铃型三支柱绝缘子优化设计方法

为提高气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal enclosed transmission line,GIL)在运行中的可靠性,对特高压GIL哑铃型三支柱结构参数进行了智能优化。建立三维有限元仿真计算模型,全面分析了哑铃型三支柱绝缘子结构,提取了优化决策变量。针对多段圆弧拼接的复杂支腿轮廓,应用非均匀有理B样条曲线对轮廓进行重构,通过样条曲线的拟合点(型值点)控制轮廓形状,降低了参数数量,解决了多段圆弧连接的复杂轮廓参数化建模难度高的问题。在此基础上,采用多种群遗传算法(multiplepopulation geneticalgorithm,MPGA)对哑铃型三支柱绝缘子进行了优化。优化得到胖头哑铃型三支柱绝缘子的哑铃结构起始位置被抬高,哑铃头部变大,金属嵌件表面最大场强值为9.1 kV/mm,较原始结构下降了约14.2%。该方法解决了支腿复杂轮廓参数化难度大的瓶颈,并有效改善了三支柱绝缘子整体电场分布。复杂轮廓的重构和优化方法能够有效改进哑铃型三支柱绝缘子的结构,提高绝缘子性能,提升特高压GIL的安全性和可靠性。     

超特高压GIL三支柱绝缘子研究述评

大力发展超特高压GIL设备是“双碳”背景下解决中国大量输电需求的一个重要解决途径。但由于超特高压GIL应用历史较短,其关键性组件的可靠性还有待提高,特别是近年来GIL三支柱绝缘子闪络或击穿事故频发,面临着故障机理不明、优化方法不足、检测手段缺失等严峻现状。文中在简单介绍超特高压GIL三支柱绝缘子组成结构及类型的基础上,统计了近年来中国在运GIL工程中出现的相关故障,重点从材料选型、工艺改进、结构优化、试验与检测技术提升等多个角度,系统分析了当前超特高压GIL三支柱绝缘子在设计、制造、安装、运行及维护各阶段所存在的问题,梳理和提出了多样化的改进措施,并对后续研究给出了建议方向,可为超特高压GIL三支柱绝缘子的产品升级和故障率降低提供有益的参考。     

500kV GIL三支柱绝缘子隐患分析及整治

近年来GIL三支柱绝缘子故障频发，暴露出GIL设备在国产化设计、制造、应用进程中仍存在改进空间，早期投运的因结构设计、制造工艺不合理而存在隐患的GIL设备亟待整改。文中对“两渡”直流输电工程发生的几起GIL三支柱绝缘子典型故障案例及解体情况进行了分析，结合GIL结构设计、生产、装配和质检工艺对该批次GIL设备的故障原因及隐患进行了总结。最后提出了通过优化三支柱绝缘子生产及检验工艺、优化固定及活动三支柱绝缘子在导杆上的装配工艺、优化固定三支柱绝缘子粒子捕捉器装配工艺、增加活动三支柱绝缘子粒子捕捉器接地可靠性测试及筒壁内洁净度复检等隐患整治措施，最终完成了该批次GIL设备的隐患整治。为GIL设备设计制造、安装调试及类似设备隐患整治提供了借鉴。     

缺陷对交流1100kV GIL三支柱绝缘子电场分布影响的仿真

缺陷及导电微粒会严重畸变气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)用三支柱绝缘子的电场分布,甚至引发击穿、放电故障.该文分析特高压(UHV)GIL内可能存在的缺陷及来源,应用有限元仿真软件COMSOL研究了界面缺陷、内部气泡和导电颗粒对三支柱绝缘子电场分布的影响.结果表明,嵌件界面剥离和中心导体气隙对绝缘子电场分布有着相似的影...     

特高压 GIL三支柱绝缘子压接工艺研究

对特高压 GIL三支柱绝缘子关键压接工艺参数进行了研究,确定了最优的工艺参数,设计了专用的压接工艺装置并进行了实物压接工艺验证,测试了压接结构的强度.试验结果表明,静态抗压强度可达到46kN 以上,远大于设计要求的19.5kN.该工艺已应用于特高压 GIL型式试验样机,并顺利通过全套型式试验。     

特高压GIL三支柱绝缘子压接工艺研究

对特高压GIL三支柱绝缘子关键压接工艺参数进行了研究,确定了最优的工艺参数,设计了专用的压接工艺装置并进行了实物压接工艺验证,测试了压接结构的强度。试验结果表明,静态抗压强度可达到46kN以上,远大于设计要求的19.5kN。该工艺已应用于特高压GIL型式试验样机,并顺利通过全套型式试验。     

特高压交流GIL输电技术研究及应用

气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission line,GIL)具有传输容量大、运行可靠性高、环境友好的特点,国内外尚无特高压GIL成熟产品和应用案例,亟需开展其关键技术和工程应用研究。针对特高压GIL工程应用开展了绝缘设计、通流能力和SF6/N2混合气体方案研究,提出了间隙和绝缘子设计场强控制原则,对特高压GIL关键绝缘件(三支柱绝缘子)的电场分布做了仿真计算;提出了导电杆电联结触头结构,校核了GIL通流温升性能;针对日益提升的环保要求,分析了SF6/N2混合气体绝缘特性、混合比要求、气压和设计场强,并对SF6替代的环保气体应用进行了展望。根据上述技术分析,给出了特高压GIL标准单元典型结构和主要技术参数,分析了绝缘件、微粒陷阱和外壳等关键组部件特点。依托淮南—南京—上海特高压交流输电工程,在特高压变电站开展了特高压GIL替代气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)母线应用,并在南京、苏州、泰州特高压变电站实现了特高压GIL产品的工程示范应用。总体上,国内已掌握特高压交流GIL关键技术,为苏通GIL综合管廊工程的特高压GIL过江应用提供了较好的技术基础。     

GIS/GCB用三相盆式绝缘子水压强度的影响因素分析

笔者通过试验并分析了三相不通孔盆式绝缘子水压试验过程中的应力变化,结合盆式绝缘子的生产工艺,确定了浇注件内应力特别是金属嵌件周围内应力大是造成水压破坏的根本原因,而填料品质及嵌件周围导电橡胶质量则是决定内应力大小的主要材料因素,控制导电橡胶、填料的技术指标,避免嵌件与浇注体粘接不良,防止填料在浇注料中沉降,优化固化工艺,注意过程设备及工装质量等是降低内应力、保证生产过程盆子水压强度稳定的有效措施。     

影响GIL柱式环氧树脂复合绝缘子绝缘性能的因素

气体绝缘刚性输电线路(GIL),具有结构紧凑、安全可靠、输送容量大、电容电流小、无电磁干扰等优点。GIL中的绝缘子在结构中起着支撑带电导体的作用,其性能和可靠性直接决定了整个GIL产品的技术水平和长期运行可靠性。文中对影响环氧树脂复合绝缘子绝缘性能的因素进行分析,包括绝缘子根部圆角半径、绝缘子支柱倾角、绝缘子低压端嵌件直径、绝缘子高压端嵌件处环氧树脂厚度,并得出如下结论:在结构允许的前提下,绝缘子根部圆角半径越大,沿面电场强度值越小;绝缘子支柱的倾角越大,绝缘子沿面电场强度值越小,但低压端嵌件上电场强度值越大,设计时要兼顾考虑;低压端嵌件直径越大,嵌件上电场强度值越小;高压端嵌件处环氧树脂厚度越大,绝缘子沿面矢量合成值越大,高压端嵌件上电场强度值越小,设计时要同时考虑。根据文中理论基础研制的特高压GIL柱式环氧树脂复合绝缘子顺利通过了全部绝缘型式试验,验证了相关结论的可靠性。     

252 kV紧凑型GIL三相三支柱绝缘子绝缘结构设计与优化

当GIL由单相运行转变为三相共箱时,滑动设计的支柱绝缘子绝缘结构将变得更为复杂,设计难度显著提高。为提升252 kV三相共箱式紧凑型GIL运行可靠性,应用有限元方法仿真分析了252 kV紧凑型GIL三相三支柱绝缘子电场分布特性,提取了电场设计指标值。将电场设计指标转化为去量纲化指标f,探讨了252 kV紧凑型GIL三相三支柱绝缘子f值随典型结构参数的变化规律,结合相对标准偏差分析得到了典型结构参数对各设计指标的影响程度。在此基础上,讨论了绝缘子的典型结构参数优化设计顺序与方法,给出了改进方案并分析了改善电极间电容分布以均匀金属件表面电场的方法。结果表明,改进方案的绝缘子表面合成场强、切向场强、嵌件表面场强分别降低了6.9%、11.1%、30.1%。改进方案使三相三支柱绝缘子的3个设计指标均满足了控制值要求,对252 kV紧凑型GIL中三相三支柱绝缘子的优化设计具有重要的指导与参考意义。     

环保型1100 kV GIL用三支柱绝缘子多物理场耦合仿真及校核

为了研制适用于环保型1 100 kV气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission line, GIL)中的三支柱绝缘子,针对环保型气体C_4F_7N/CO_2与传统SF_6气体在绝缘强度及散热能力等方面的不同,以现有的特高压三支柱绝缘子结构为基础,建立了完善的多物理场耦合仿真模型。通过磁–热–流体耦合仿真,获得了GIL中三支柱绝缘子在额定电流下的温度分布;考虑温度对环氧树脂介电常数的影响,计算获得了三支柱绝缘子的电场分布,并参考SF_6下的基准值对各个关键部位的电场强度进行了校核;通过对三支柱绝缘子进行运输状态下的应力仿真,获得了整体的应力分布。计算结果表明,三支柱绝缘子整体温度分布和应力分布满足要求,且有较大裕度;而考虑温度影响后的三支柱绝缘子表面尤其绝缘子腹部是绝缘的薄弱环节,最大电场强度达12.44 kV/mm,在应用于环保型GIL时需重点关注。     

特高压换流站气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)地震响应分析

为研究特高压换流站气体绝缘金属封闭输电线路的抗震性能,以某特高压换流站550 kV交流滤波器的进线气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)为研究对象,考虑不同类型支架对GIL外壳的约束作用、GIL内部三支柱绝缘子与GIL外壳不同类型连接以及GIL内部导体接头处的滑移等,建立由内导体、三支柱绝缘子、外壳以及支架组成的GIL精细化有限元模型,在三向地震动输入情况下进行时程响应分析,研究GIL-支架体系的地震响应特征及抗震薄弱位置.结果 表明:不同高度处活动支架沿管道轴向的平均加速度放大系数均超过2;八度罕遇地震作用下,GIL内部导体接头处位移超出48 mm限值且外壳平均应力峰值响应超出容许应力值;在九度罕遇地震作用下,GIL内导体平均应力响应超出容许应力值.GIL的抗震薄弱位置为竖向转角处的内导体接头及外壳.在设计时,应重点关注活动支架的动力放大作用,控制GIL内导体接头的位移和外壳的应力响应.     

绝缘子树脂与金属嵌件热应力研究

采用瞬态温度场与瞬态结构场耦合的计算方法,研究环氧树脂绝缘子产品在固化后的去应力过程中树脂内部所受到的热应力情况。以盆式绝缘子为对象,研究金属嵌件应力槽大小对绝缘子热应力的影响;以带中心导筒体的绝缘盘为对象,研究中心筒体壁厚对绝缘子热应力的影响。结果表明:随着应力槽的深度和宽度的增加,热应力的变化曲线呈现出凹字形分布,绝缘子内部热应力最大值位置均出现在与金属嵌件相结合面上;随着中心筒体壁厚逐渐增大,绝缘盘所受到的热应力逐渐增加。     

1000kV特高压交流支柱瓷绝缘子的研制

根据晋东南—荆门1000kV特高压交流试验示范工程对支柱瓷绝缘子机械、电气、耐地震等性能的要求,首次采用污耐压法对支柱瓷绝缘子进行了污秽外绝缘设计、耐地震计算分析和性能评价。成功地研制了结构高度10m、额定弯曲破坏负荷16kN、扭转破坏负荷10kN.m、爬电距离30250mm的1000kV特高压交流工程用支柱瓷绝缘子。该绝缘子由5个单元件组成,具有优良的机械、污耐压和耐地震特性,可运行于c级污秽等级。试验验证和运行经验皆表明所研制的绝缘子的电气、机械特性等满足特高压交流试验示范工程的要求。     

高海拔地区直流特高压大尺寸复合外绝缘污闪特性研究

在实际高海拔条件下,通过大量的人工污秽试验分别对大尺寸的特高压直流悬式复合绝缘子以及±800kV支柱复合绝缘子的直流污闪特性进行了研究,获得了两种特高压直流绝缘子的污闪特性曲线,人工污秽试验涉及的加压方式包括均匀升压法和恒压升降法。试验研究结果表明:利用均匀升压法所得悬式复合绝缘子的直流污闪电压普遍高于利用恒压升降法得到的结果;恒压升降法试验中支柱复合绝缘子的最大泄漏电流随着污秽度的增大而逐渐增大、达到最大泄漏电流的时长随污秽度的增加而逐渐缩短;通过紫外成像仪对大尺寸支柱复合绝缘子染污沿面放电过程的观测表明顶端一节绝缘子的局部放电最为严重;支柱复合绝缘子的直流污闪电压与串长符合良好的线性关系,而安装离地高度对支柱复合绝缘子的直流污闪电压影响不大。本文的工作丰富了高海拔地区直流特高压绝缘子外绝缘特性的研究,其结果可为高海拔地区特高压直流输电工程的建设、运行和维护提供理论与试验依据。     

GIS/GIL绝缘子超声检测研究进展与展望

气体绝缘开关/气体绝缘输电线路(gas insulated switchgear/gas insulated transmission lines, GIS/GIL)绝缘子应力集中、密度不均匀和内部集中缺陷可能是目前威胁GIS/GIL设备安全运行的主要原因,急需研究其检测方法。为此分析了GIS/GIL绝缘子应力集中、密度不均匀和内部集中缺陷的原因和检测技术现状,系统总结了GIS/GIL绝缘子常用环氧复合材料超声检测技术的研究进展,包括纵波声速、检测深度、灵敏度、第一临界角和临界折射纵波渗透深度等超声传播特性,超声临界折射纵波的声弹性效应和声弹性系数、GIS/GIL绝缘子次表面应力临界折射纵波声程差检测法和热应力云图、三支柱绝缘子柱腿平行应力纵波反射法和垂直应力纵波穿透法等超声应力检测技术,GIS/GIL绝缘子内部缺陷纵波反射法成像、表面缺陷临界折射纵波法和界面缺陷纵波斜入射法等内部集中缺陷超声检测技术,以及盆式绝缘子纵波反射法密度云图等密度均匀性超声检测技术。该研究指出研发少峰高频高能超声探头、绝缘子全域超声快速成像、多结构多部位超声检测、去应力处理残余应力测量、密度与残余应力耦合理论...     

特高压GIS用单支撑绝缘子绝缘结构优化设计

单支撑绝缘子是气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）中重要的绝缘支撑结构，其性能优劣影响着GIS运行的可靠性和稳定性。该文开展了1 100kV GIS用单支撑绝缘子的结构优化研究，选取绝缘子表面合成电场强度、绝缘子表面切向电场强度、金属嵌件表面合成电场强度作为性能指标，分析绝缘子伞裙和金属嵌件各自的关键结构参数对性能指标的影响规律，采用自适应变异的粒子群算法进行整体优化。在此基础上，提出了基于贝塞尔曲线的绝缘子表面轮廓描述方法，选取整体优化后电场畸变严重的绝缘子伞裙底部圆角结构开展局部精细化优化。优化结果与原始结构相比，金属嵌件表面电场强度下降24.2%，绝缘子表面合成电场强度下降25.6%，绝缘子表面切向电场强度下降22.6%。该文提出的参数整体优化和贝塞尔曲线局部精细化优化的分步优化方法，使特高压GIS用单支撑绝缘子的绝缘性能得到了显著提高，优化结果能够为GIS单支撑绝缘子的结构设计提供参考。     

1000kV交流特高压支柱瓷绝缘子制造技术

根据晋东南一荆门1000kV特高压交流试验示范工程对支柱瓷绝缘子机械、电气、耐地震等性能的要求,首次采用污耐压法对其进行了污秽外绝缘设计、耐地震计算分析和耐地震性能评价,成功地研制了结构高度10m、额定弯曲破坏负荷16kN、扭转破坏负荷10kN·m、爬电距离30250mm的1000kV特高压工程用支柱瓷绝缘子.试验验证和运行经验表明该支柱瓷绝缘子的电气、机械特性等满足晋东南一荆门1000kV特高压交流试验示范工程的要求.     

1000kV交流特高压支柱瓷绝缘子制造技术

根据晋东南—荆门1000kV特高压交流试验示范工程对支柱瓷绝缘子机械、电气、耐地震等性能的要求,首次采用污耐压法对其进行了污秽外绝缘设计、耐地震计算分析和耐地震性能评价,成功地研制了结构高度10m、额定弯曲破坏负荷16kN、扭转破坏负荷10kN·m、爬电距离30250mm的1000kV特高压工程用支柱瓷绝缘子。试验验证和运行经验表明该支柱瓷绝缘子的电气、机械特性等满足晋东南—荆门1000kV特高压交流试验示范工程的要求。     

±800 kV特高压直流旁路开关地震易损性分析北大核心CSCD

特高压直流旁路开关是换流站中的关键设备,为评估某±800 kV特高压旁路开关的抗震性能,文中建立了旁路开关设备的有限元模型,并对其进行了动力特性和地震响应分析,确定设备抗震薄弱位置和关键响应,采用对数正态分布拟合旁路开关不同损伤状态下的易损性曲线。结果表明,旁路开关设备存在两处薄弱点,即支柱绝缘子根部、旁路开关顶部,相应的破坏模式分别为支柱绝缘子根部强度破坏与旁路开关顶部牵拉破坏。PGA大于0.2g时,旁路开关主要破坏模式为绝缘子根部破坏。支架对旁路开关地震响应有显著的放大作用,应采取措施降低支柱绝缘子根部应力响应及旁路开关顶部位移响应以提高其抗震性能。