GIS盆式绝缘子气隙缺陷下电场变化规律仿真研究

为了研究气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子存在气隙缺陷时的电场变化规律,以800 kV GIS盆式绝缘子为研究对象,建立了三维仿真模型,基于有限元原理仿真计算了GIS盆式绝缘子内部分别含有气泡及缝隙等典型气隙缺陷时的电场分布,并分析了气泡位置及大小、缝隙分布方向及宽度对盆式绝缘子电场的影响规律。仿真结果表明:电场畸变主要出现在缺陷处,气泡表面最大场强比无气泡时增大50%左右,较高场强区气泡表面的场强能够引起气体电离;气泡半径对场强变化的影响不到6%;横向裂缝场强最大增大约1.78倍,远大于径向裂缝场强的变化;径向裂缝越宽,裂缝最大场强越大;横向裂缝越宽,场强畸变越小。     

结构缺陷下GIS盆式绝缘子应力分布特性研究

盆式绝缘子是GIS的重要组成部件,在异常受力时可能导致结构缺陷的产生和发展,甚至造成严重的事故。为了研究盆式绝缘子在不同工况下的力学性能,采用有限元软件Ansys对252 k V盆式绝缘子正常及带有典型缺陷情况下的应力应变分布情况进行仿真计算,并对正常盆式绝缘子水压试验的应变分布进行测试,与仿真结果进行了对照。结果表明,盆式绝缘子仿真得到的应力分布与水压试验结果相吻合,验证了仿真结果的准确性。此外,存在结构缺陷时,绝缘子最大应力超过正常状态的2倍,且表面缺陷的危害程度大于内部缺陷。     

1100kV GIS盆式绝缘子气泡缺陷下的有限元应力分析

建立了1 100 kV和252 kV气体绝缘开关设备(GIS)盆式绝缘子的三维模型,基于有限元原理计算分析了绝缘子在不同外部载荷作用下的应力分布特性,并研究了气泡缺陷的位置及尺寸对绝缘子应力分布的影响规律。结果表明:应力最大值随载荷增加呈线性升高趋势;气泡缺陷会使盆式绝缘子相应位置处应力分布发生畸变,造成表面和剖面应力最大值增加,当载荷从0.4 MPa增加到3.2 MPa,最大应力值比无气泡缺陷绝缘子增大了40%～70%;气泡位置和尺寸对局部应力的分布有显著影响,当气泡远离绝缘子根部应力集中部位时,其对应力畸变的影响减弱;相同载荷作用下,1 100 kV绝缘子应力最大值高于252 kV绝缘子。     

存在气泡缺陷的盆式绝缘子电场仿真分析

盆式绝缘子内部存在气泡缺陷是引起局部放电和沿面闪络的重要因素,为研究气泡对盆式绝缘子电场分布的影响,采用ANSYS有限元分析软件建立存在气泡缺陷的盆式绝缘子三维仿真模型,分别研究快速暂态过电压和工频电压作用下,气泡大小、位置对盆式绝缘子电场分布及沿面闪络的影响。结果表明:气泡缺陷会引起盆式绝缘子电场畸变,最大电场强度比无气泡缺陷时增大了30%左右,且气泡越靠近金属端,盆式绝缘子电场强度越大。电场畸变主要出现在气泡缺陷附近,畸变程度与气泡尺寸、径向距离及距表面的距离有关。     

特高压盆式绝缘子水压试验中应力应变分布的仿真计算与光纤测量

特高压盆式绝缘子是气体绝缘开关设备的关键部件,绝缘子的应力集中可能会导致盆式绝缘子内部产生微裂,引发放电事故并对盆式绝缘子产生更严重的破坏。为了分析特高压盆式绝缘子在受到外力作用下应力应变分布情况,采用有限元软件ANSYS对盆式绝缘子在水压试验中应力应变的分布情况进行仿真计算,基于计算结果,将布拉格光栅光纤布置于盆式绝缘子表面,测量盆式绝缘子在水压破坏试验中不同位置应变大小并与仿真计算结果相比较。结果表明,盆式绝缘子在水压试验中应力最大的位置位于靠近法兰曲率半径较小的盆面处,该位置也是盆式绝缘子破坏时的破坏起始位置。仿真计算所得盆式绝缘子的应力应变与实际测量结果一致性较好,是一种对盆式绝缘子应力分析研究的有效可靠方法。     

盆式绝缘子金属丝缺陷下电场分布仿真研究

为研究金属丝缺陷对GIS内部盆式绝缘子电场分布的影响,采用有限元分析方法,以实际1100kV GIS内部盆式绝缘子为研究对象,利用ANSYS仿真软件仿真计算存在金属丝缺陷的盆式绝缘子电场分布,并研究金属丝的分布方向、径向距离、长度和宽度对盆式绝缘子电场分布的影响.结果表明:盆式绝缘子内部的金属丝缺陷会使电场严重畸变,电场强度最大值为无缺陷时的10.76倍,且金属丝径向分布时对盆式绝缘子电场的影响更大.盆式绝缘子的电场畸变程度与金属丝分布方向、径向距离及长度有关.     

基于超声导波的盆式绝缘子缺陷检测及定位

盆式绝缘子作为气体绝缘封闭组合开关设备(GIS)的重要部件,其结构健康对电网的建设有着重要影响。为降低GIS故障率,首先分析了盆式绝缘子的损伤原因,对比了针对其缺陷常用的检测方法,提出了利用超声导波技术对盆式绝缘子的内部气泡、外部附着物及裂纹等缺陷进行检测及定位的方法。并进一步分析了兰姆(Lamb)波在盆式绝缘子中的传播特性,绘制出频散曲线,确定了激励信号的频率,同时通过有限元仿真和检测试验对盆式绝缘子缺陷的检测和定位进行了研究。研究结果表明,采用谐振频率为100 k Hz的压电传感器在盆式绝缘子中激发出Lamb波,并通过压电传感器阵列进行接收。通过比较不同传感器接收信号幅值的衰减率,可以对盆式绝缘子的缺陷进行检测和定位。     

252 kV三相共箱盆式绝缘子应力测试与分析

通过水压试验和仿真分析,研究了252 kV三相共箱盆式绝缘子的机械特性,得到了三相共箱盆式绝缘子的应力分布及薄弱位置。在水压试验中实时测量了盆式绝缘子的应变,得到了绝缘子的应力分布和变化;对绝缘子水压过程进行了仿真分析,仿真结果与试验结果一致。研究结果表明:三相共箱盆式绝缘子破坏压力值为2.6 MPa,对应的最大破坏应力为78.28 MPa;水压破坏呈脆性破坏;绝缘子的薄弱位置是弧面曲率变化最大处。     

工业CT/DR检测系统在盆式绝缘子检测中的应用研究

盆式绝缘子是GIS重要的绝缘部件,一旦发生绝缘故障将影响GIS的安全运行。现有DR成像技术由于在检测时存在图像重叠的缺陷,常会导致漏检。通过试验,对工业CT/DR检测系统进行参数设置与检测流程优化,将工业CT/DR检测系统应用于GIS盆式绝缘子内部缺陷检测。试验结果证明所提工业CT/DR监测系统优化方法在GIS盆式绝缘子内部检测的有效性和可行性,为盆式绝缘子内部缺陷检测提供了新的方法。     

紫外成像法的GIS盆式绝缘子局部放电研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在电力系统中占有重要地位,盆式绝缘子是GIS内部重要的部件,其表面放电是影响GIS安全运行的重要因素,文中在盆式绝缘子表面设置了典型的绝缘缺陷模型,利用紫外成像仪记录了其表面放电引起紫外光子发射的整个过程,分析了典型放电缺陷模型下的放电电压与光子数之间的关系,对绝缘子表面放电进行了探索,取得的结论:1表面放电紫外光子数随着缺陷尺寸的增大有增大趋势,但是多次重复性实验表明存在饱和特性;2当模拟的同一种绝缘缺陷位于盆式绝缘子不同位置的时候,放电初始电压不同,相同电压下的光子数目也存在较大差异;3当绝缘缺陷距离导杆距离大于6 cm时,在相同电压下的放电明显减弱,产生的紫外光子数也明显减少。这些结论有助于后续对盆式绝缘子表面电荷特性的深入研究,同时也为现场检测GIS局部放电提供了依据。     

SF6分解产物产生机理和影响因素研究

针对GIS盆式绝缘子不同缺陷、GIS内部绝缘件裂纹和沿面放电、硅填料盆式绝缘子在稳态电流下的异常发热、绝缘件微粒放电四种情况下会产生分解产物问题,详细介绍了 SF6分解产物特征组分的特点,并分析了局部放电缺陷和异常发热缺陷时分解产物的产生机理,最后研究了局部放电缺陷、异常发热缺陷、吸附剂对分解产物的影响.对开关设备内部...     

GIS盆式绝缘子表面缺陷及其诊断方法研究综述

盆式绝缘子作为气体绝缘组合电器（GIS）最薄弱的绝缘环节,其表面缺陷是提高GIS设备绝缘强度研究中的关键问题。本文首先介绍了气泡缺陷、异物缺陷、表面脏污以及裂纹缺陷等盆式绝缘子常见表面缺陷的产生和发展机理;其次分析总结了盆式绝缘子表面缺陷诱发闪络的发生机制,明确了盆式绝缘子表面电场分布及表面电荷积聚是影响绝缘子沿面闪络...     

基于超声导波能量的盆式绝缘子裂纹检测方法研究北大核心CSCD

盆式绝缘子作为GIS设备的主要绝缘部件,其裂纹缺陷将直接影响到设备的安全运行。为了实现超声导波对盆式绝缘子的裂纹检测,文章首先研究了兰姆波在盆式绝缘子内部的传播机理并绘制了相应的频散曲线,提出了利用传感器离散电压信号计算超声导波能量的简化公式,进一步通过有限元仿真模型探究了裂纹对超声导波能量传播规律的影响,最后,通过实验对检测方法可行性进行了验证。研究结果表明,在超声发射端不变的情况下,传感器接收信号的能量衰减率将随裂纹尺寸的增大而增大,且距离缺陷位置越近,其能量衰减率变化越大。该检测方法可实现盆式绝缘子的裂纹检测,且提高了超声导波检测微小裂纹时的灵敏度,具有一定的工程实践价值。     

盆式绝缘子存在自由金属颗粒时的电场分析及其对沿面闪络的影响

为研究气体绝缘全封闭式组合电器(GIS)中盆式绝缘子表面存在自由金属颗粒时的沿面电场分布及其对沿面闪络的影响,建立了800k V盆式绝缘子三维结构模型,采用有限元法对盆式绝缘子存在大小、位置及形状不同的自由金属颗粒时分别在工频电压、雷电冲击电压及快速暂态过电压(VFTO)作用下的电场进行了分析。给出了不同情况下盆式绝缘子的沿面电场分布、沿面法向和切向电场强度分布曲线及电场强度最大值。通过与不存在缺陷时的闪络场强作对比分析,为GIS的绝缘设计提供参考。     

基于电场计算及模态分析的220 kV GIS盆式绝缘子裂纹缺陷检测方法研究

特高频局部放电法和振动法是GIS盆式绝缘子缺陷检测的重要工具,为了研究特高频局部放电法和振动法的适用性,需要对缺陷盆式绝缘子电场分布和振动模态研究。该文建立了含有正常或缺陷盆式绝缘子的直线型GIS间隔的三维模型,采用有限元法计算了盆式绝缘子的表面电场分布和振动模态,并研究裂纹缺陷对表面电场强度和振动模态的影响。研究结果表明,当盆式绝缘子有裂纹时,裂纹附近出现明显的电场畸变,靠近母线的裂纹端部电场畸变更为严重,靠近外壳的裂纹有可能无法用特高频局部放电法进行检测。当盆式绝缘子存在裂纹时,前10阶模态频率均呈下降趋势。     

界面涂层对特高压GIS盆式绝缘子导体-绝缘盆体界面处电场调控

为了解决在特高压盆式绝缘子运行过程中,因中心导体与盆体绝缘材料性能差异引起的界面烧蚀破坏现象,对绝缘材料界面处的场强集中效应进行了研究。首先以特高压交流盆式绝缘子中心导体与盆体绝缘材料之间界面处的场强为研究对象,应用有限元仿真计算分析了特高压盆式绝缘子界面处场强集中的原因,并采用涂覆界面材料的方法对界面处场强集中效应进行抑制。然后建立了含界面涂覆材料的盆式绝缘子模型,并推导出界面层两侧的场强与界面涂覆材料相关参数的关系式,进而得到不同的界面涂覆材料的界面层两侧的场强分布规律。研究结果表明:界面层厚度与缺陷高度相当,且相对介电常数100时,界面层可以较好地屏蔽导体表面的缺陷;验证了模型的有效性。研究可为界面涂覆材料的设计和选择提供理论依据。     

GIS盆式绝缘子典型缺陷对其电场分布的影响北大核心CSCD

气体绝缘金属全封闭组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在生产、运输、安装过程中,其内部可能存在缺陷引起局部场强畸变,从而导致绝缘介质范围内气体放电或击穿。为了研究GIS盆式绝缘子缺陷对其电场分布的影响,本文以252 kV GIS母线腔体为对象,结合三维制图软件SolidWorks和有限元分析软件Comsol建立了GIS的仿真计算模型。仿真分析了悬浮颗粒粒径、圆柱气隙缺陷高度、沿面裂纹长度对盆式绝缘子电场分布的影响。研究结果表明:当悬浮金属颗粒粒径1 mm≤D≤2 mm时,粒径越大,悬浮颗粒缺陷附近的最大电场强度越高且呈M型分布,位于凹侧的悬浮金属颗粒比凸侧颗粒对盆式绝缘子场强的影响大;当气隙缺陷的高度2 mm≤h≤4 mm时,气隙高度增大,缺陷附近的最大场强减小,但下降幅度小于3%,且电场分布呈“兔耳”形状;当沿面裂纹缺陷的长度5 mm≤l≤9 mm时,裂纹长度增加,缺陷附近的最大电场强度降低,且电场分布呈Z字型。总体来说,上述3种典型缺陷中,盆式绝缘子两侧的悬浮金属颗粒引发的局部电场畸变程度最大。文中研究结果可为GIS盆式绝缘子典型缺陷故障类型的诊断提供参考。     

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。     

基于激光超声峰值重建算法的盆式绝缘子缺陷检测研究

基于激光超声技术研究了一种表面波的峰值重建算法，搭建二维激光激励扫描式激光超声检测盆式绝缘子的实验平台，对人工制作的气泡、杂质、裂纹缺陷进行检测研究，并对实际现场应用中带有裂纹故障的盆式绝缘子进行离线检测。结果表明：基于激光超声峰值重建算法重建的峰值图像能够较好地反映扫描区间盆式绝缘子的缺陷信息，证实了该方法可以实现对盆式绝缘子表面裂纹缺陷的离线检测。     

550 kV GIS盆式绝缘子多气泡放电的测试与诊断

为了提高现场气体绝缘全封闭组合电器(GIS)绝缘缺陷的诊断能力,提升特高频(UHF)法在现场的检测经验,该文对一起550 kV GIS盆式绝缘子多气泡放电开展了详细的测试与诊断。首先在现场利用UHF法检测发现了550 kV GIS盆式绝缘子的异常信号,该信号呈气隙放电特征。对该盆式绝缘子更换返厂后开展了耐压、局部放电、雷电冲击、X射线探伤等试验,同时采用UHF法和脉冲电流法对盆式绝缘子局放信号进行检测,并对比了雷电冲击试验前后放电特性的变化。最后利用时差定位统计和多源放电分离方法开展了进一步的诊断分析。结果表明:该盆式绝缘子内部存在8个气泡,呈线性状分布,UHF和脉冲电流法两者信号幅值正相关;随着电压的升高,放电谱图逐渐由单气隙放电转为多气隙放电特征;在耐受雷电冲击后,盆式绝缘子的局部放电起始电压下降,熄灭电压不变,相同电压下UHF信号幅值与局放量变大;时差统计和多源分离表明,该盆式绝缘子UHF信号呈多源时差和聚类特征,与X射线结果一致。该文研究结果可为GIS UHF检测与诊断提供现场经验。