550kV GIS盆式绝缘子小型化设计(二)——介电分布优化

为缩小气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）的体积、简化生产制造工艺、降低原材料与SF₆气体消耗,在《550kV GIS盆式绝缘子小型化设计（一）——几何形状优化》（简称论文1）的基础上,引入介电功能梯度材料的理念,开展盆式绝缘子材料介电分布优化设计。针对接地法兰附近盆体表面电场畸变严重的问题,以均化接地法兰处电场为目标,基于拓扑优化方法构建了盆式绝缘子材料介电常数空间分布优化模型,并讨论了密度函数因子、梯度惩罚权重、介电常数上限等算法参数对于介电梯度形式及电场优化效果的影响。仿真结果表明,优化后绝缘子外法兰附近凸面一侧出现高介电常数区域,呈近似菱形的几何轮廓。此时,即使绝缘距离较原始结构减小15%,接地法兰处的电场集中现象仍可得到大幅改善。因此,该文提出的介电梯度材料,有望代替外壳倒角处的“R弧”形金属屏蔽以及绝缘子内嵌金属屏蔽环等方法进行电场分布调控,在GIS小型化改造、减少材料用量、优化工艺流程方面具有广阔前景。此外,提出了3D打印+浇注固化的小型化介电梯度盆式绝缘子制造方案,为后续研究与应用提供支撑。     

550 kV GIS盆式绝缘子小型化设计（三）——缩比结构验证

为制造经小型化设计的550 kV盆式绝缘子并验证其电气性能,采用3D打印结合环氧树脂浇注工艺制备了1:10缩比绝缘子。首先,将氧化铝填料与光敏树脂复合作为低相对介电常数（3.98～4.20）3D打印浆料,根据光固化与流变特性确定填料含量及打印参数后,利用立体光固化3D打印机制备低介电常数的绝缘子主体。随后,将二氧化钛填料与环氧树脂复合作为高相对介电常数（11.32～14.58）真空浇注浆料,浇注至3D打印绝缘子预留的高介电常数区域内,加热固化完成缩比绝缘子的制造。0.2 MPa下SF6氛围中的工频耐压实验结果表明,优化后的绝缘结构具有更优的绝缘强度。相同绝缘距离下,几何形状优化绝缘子闪络电压较常规绝缘子提高13.6%,几何形状/介电分布联合优化的绝缘子提高13.8%;绝缘距离减少15%后,联合优化绝缘子耐电强度与常规绝缘子相当;当法兰侧“楔形”气隙内存在金属丝时,相同绝缘距离下,仅进行形状优化的绝缘子耐电强度提升幅度降低至6.7%,而联合优化绝缘子由于在法兰侧形成低电场区域,闪络电压仍可提高13.1%。结果表明,几何形状/介电分布联合优化绝缘子具有显著的绝缘优势。     

800 kV GIS设备用盆式绝缘子设计开发

盆式绝缘子的可靠性对整套气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)以及电网的安全运行至关重要。以800 kV GIS用盆式绝缘子为例,从盆式绝缘子的外形、屏蔽环、中心嵌件等方面综合考虑进行结构设计,应用有限元分析软件对关键部位的绝缘性能和机械性能进行仿真计算,计算结果满足判据要求,并通过型式试验验证了设计的可行性。     

一起220kV GIS漏气及盆式绝缘子破裂原因分析

介绍了东莞供电局220 kV P变电站1号主变压器高压侧2201断路器间隔气体绝缘金属封闭开关设备(gasinsulated metal enclose switchgear,GIS)漏气处理情况,分析了间隔漏气及盆式绝缘子破裂的原因并指出现场安装时紧固作业不规范以及绝缘子本身的机械强度不够是导致问题出现的主要原因。针对目前施工安装作业存在的隐患,建议安装过程中必须由GIS厂家全程参与现场安装指导监督;建议选用金属外壁盆式绝缘子以提高机械强度。     

550 kV GIL盆式绝缘子及其组件结构优化设计

为均匀气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal enclosed tranmission line,GIL)内盆式绝缘子附近气体区域及绝缘子沿面的场强分布,提高GIL整体的工作性能及运行可靠性,采用非均匀有理B样条曲线拟合方法,重构盆式绝缘子结构形状,利用有限元分析方法,进行电场及应力场的仿真计...     

500kV气体绝缘金属封闭开关设备盆式绝缘子放电故障原因分析

本文介绍了某±800kV换流站恢复送电过程中发生放电故障的500kV气体绝缘金属封闭开关设备盆式绝缘子现场解体情况,结合继电保护动作分析,追溯设备出厂试验结果,并对盆式绝缘子进行了电场模拟分析,最终确定了盆式绝缘子放电故障原因.     

500kV GIS绝缘故障分析及处理

针对某特高压换流站因GIS绝缘故障导致的500 kV线路充电跳闸,阐述了故障发生的过程,结合保护动作情况、录波分析开展相关试验,并进行出厂交接试验复核、电场强度分布复核及放电通道分析,对放电过程分析,认为气室内部遗留异物引发的盆式绝缘子沿面放电是导致此次故障的主要原因.针对这一问题,从设备出厂环节、设备运输环节及现场安...     

1100kV盆式绝缘子研制开发

在气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中,盆式绝缘子起着隔离相邻气室、支撑导体及绝缘的重要作用,研制开发高参数、高性能的1 100 k V盆式绝缘子是保证1 100 k V特高压GIS安全可靠运行的基础。详细介绍了所研制开发的1 100 k V盆式绝缘子的设计特点;应用有限元分析计算软件对其绝缘性能和机械性能进行了详细的计算分析,计算结果表明:接地屏蔽环可以有效降低其三交区电场强度。介绍了1 100 k V盆式绝缘子的浇注工艺。该1 100 k V盆式绝缘子在产品质量检测中心顺利通过了整套型式试验,其雷电冲击耐受水平高达2 880 k V,爆破压力最低达3.15 MPa,最高达4.0 MPa,验证了其绝缘性能及机械性能的高可靠性。     

1100kV GIS复合绝缘子套管抗震研究

对1100kV气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)复合绝缘子套管整体进行0.5g水平加速度地震模拟计算,对套管装配用筒体、支架、复合绝缘子进行强度、频率分析,找出了薄弱部位并优化。经计算和复合绝缘子套管的真型试验,得出1100kV GIS复合绝缘子套管达到国内特高压GIS设备9级烈度抗震标准,为高烈度地震地区的其它特高压产品的设计提供了技术参考。     

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。     

雷电冲击电压下GIS盆式绝缘子暂态电场分析

GIS盆式绝缘子在雷电压下的暂态电场分布对其安全运行至关重要。工程上一般忽略雷电压下盆式绝缘子盆体材料转向极化的建立时间,采用工频电压下的静电场来近似替代雷电压下的暂态电场。为此利用建立的盆式绝缘子暂态电场数学模型,联合基于LM算法的介电谱分析方法,实现了盆式绝缘子的暂态电场计算,得出了盆式绝缘子屏蔽罩表面、盆体表面以及盆体与中心导杆界面等关键位置的暂态电场分布规律,对比了传统方法的计算结果,发现传统方法下凹面屏蔽罩以及盆体表面处场强最高值均高于暂态电场结果,差值分别为-2.2%、-1.21%和-4.37%;盆体与中心导杆界面处场强最高值在2种方法下相差相对较大,差值为4.46%。该方法能够在计算时间成本可接受的前提下,更精确地掌握GIS盆式绝缘子各关键位置的电场分布,为GIS盆式绝缘子的绝缘设计提供计算分析依据。     

基于有限元仿真和遗传算法的1100kV盆式绝缘子电气、机械性能综合优化

为提高盆式绝缘子的电气、机械和热性能,开展了1 100 kV盆式绝缘子的结构优化工作。首先,在给出1 100 kV盆式绝缘子电、力、热场设计控制值的基础上,对盆式绝缘子结构进行了参数化,基于有限元仿真模型探究了局部参数改变对盆式绝缘子电气、机械性能的影响规律;然后,根据局部参数的影响规律,提出了盆式绝缘子电气、机械性能综合优化方案以及基于遗传算法的结构参数优化方法;最后,根据遗传算法及有限元仿真,实现了盆式绝缘子的结构优化,优化后盆式绝缘子的最大场强降低约10%,且满足其对机械性能的要求。     

1100 kV GIS盆式绝缘子的性能

采用ANSYS软件,对1 100 kV GIS盆式绝缘子的电场强度及机械强度进行了详细的分析和计算。在不断优化制造工艺基础上,制造出了性能优良的1 100 kV 盆式绝缘子。电气性能优良,单件顺利通过1 100 kV/5 min工频耐受电压、2 400 kV（1.2/50 μs 峰值）雷冲击电压试验,局放量小于2.3 pC;机械性能优良,水压破坏强度达到4 MPa（2.4 MPa）。     

一种新型小型化252kV GIS设备的研制

分析了国内外252 kV气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的制造水平,详细介绍了新东北电气集团高压开关有限公司新研制的252 kV、4 000 A/50 kA,除断路器与电流互感器外其他结构均共箱的GIS的设计、结构特点及型式试验情况。该产品具有自主知识产权,目前已完成全套型式试验项目,小批量生产。     

110kV变电站GIS盆式绝缘子闪络事故分析

介绍110kV变电站主变压器差动保护动作的情况,对故障原因进行分析,提出处理意见。     

GIS用盆式绝缘子绝缘能力提升研究

以提高盆式绝缘子绝缘能力为出发点,对盆式绝缘子放电现象及电场强度进行仿真,研究了沿面爬距对盆式绝缘子绝缘能力的影响,并对盆式绝缘子进行了优化改进.新设计的盆式绝缘子可以改善凹面侧绝缘能力弱于凸面侧情况,提出将沿面合成场强纳入绝缘能力考核范围,经对优化后盆式绝缘子进行绝缘试验验证,结果表明绝缘性能优异.     

GIS中盆式绝缘子表面放电特性研究

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,文章主要对其表面的放电特性进行了研究和探索。主要采用紫外成像技术、超声波检测技术和脉冲电流法对其整个放电过程进行了检测,通过对所得数据进行分析,得到了如下结论:①紫外光子数表现出了"饱和"特性,当电压增加到68 kV之后,继续增加电压,紫外光子数增加不明显;②在盆式绝缘子缺陷处,随着放电的加剧,带电粒子的碰撞更加激烈,发热增加,导致局部区域的体积急剧膨胀,压力增大导致超声信号不断增强。整个研究为后续GIS局部放电方面的研究提供了一定的参考。     

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。