特高压直流输电工程GIL三支柱绝缘子故障分析及改进措施

随着特高压直流输电工程建设日益深入,气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)以占地面积小、环境兼容性好、输送容量大、能承载高电压及大电流等优点被广泛应用于特高压直流输电系统,其运行稳定性研究被提上日程。为了分析GIL运行过程中三支柱绝缘子故障原因,研究三支柱绝缘子运行特性,通过GIL超声波局部放电分析、解体检查、固定三支柱绝缘子受力分析及固定三支柱绝缘子生产工艺分析,明确GIL三支柱绝缘子内部制造缺陷为故障原因。分析认为,通过对GIL固定三支柱装配优化、绝缘支柱生产过程优化及固定三支柱连板优化等措施,改进后三支柱绝缘子应用于生产现场可有效降低GIL设备故障率,提高GIL运行稳定性,对特高压直流输电工程的可靠运行有着重要意义。     

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。     

特高压GIL非均匀热气流特性与三支柱绝缘子绝缘裕度分析

特高压（UHV）气体绝缘输电管道（GIL）导体通流发热，使绝缘气体SF6在温度梯度场下形成对流，导致三支柱绝缘子的沿面绝缘裕度与设计产生差异，威胁特高压GIL的安全运行。为探究气体对流效应对特高压GIL三支柱绝缘子沿面绝缘性能的影响，该文建立了水平敷设的1 100kV GIL三支柱绝缘子电场-温度场-流体耦合仿真模型，考虑电场和气体密度的影响，计算了三支柱绝缘子放电起始电压。结果表明：大负荷条件下（8 000A）GIL导体温度升高53℃，周围气体密度和介电强度下降15%，电场强度设计基准需同比例降低15%以保证足够的绝缘裕度；负荷导致放电起始电压降低11.6%，由于气体受热上浮，绝缘子上支柱周围的气体密度和介电强度均低于底部区域，更容易发生气体放电。因此，气体对流效应对特高压GIL绝缘性能的影响不能忽略，需要针对运行工况对结构及参数作进一步优化。     

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...     

高压支柱瓷绝缘子故障情况分析及对策

对高压支柱瓷绝缘子的故障类型及危害进行了分析，并对收集到的高压支柱瓷绝缘子故障实例进行统计分析。在此基础上，结合高压支柱瓷绝缘子结构和制造工艺进行综合分析研判，得出故障原因；并针对这些导致高压支柱瓷绝缘子故障的因素，提出了具体的对策和建议。     

浅析山东电网高压支柱瓷绝缘子断裂原因

简要介绍山东电网近5年高压支柱瓷绝缘子故障情况,从生产制造和电力运行两个方面分析了可能导致支柱绝缘子断裂的各种原因,故障统计表明,制造质量不良是引起断裂的主要原因。生产制造单位应当改进工艺,提高产品质量。电力运行单位应加强支柱瓷绝缘子从采购到运行的全过程管理,逐步更换低强度的支柱绝缘子。     

550kV GIL三支柱绝缘子设计

三支柱绝缘子是GIL的核心部件,在GIL中大量应用,设计具有高性能、高可靠性的三支柱绝缘子结构是研制550 kV超高压GIL产品的基础。文中参照GIS设计经验,总结了三支柱绝缘子绝缘强度和机械强度设计的基本原则,并基于此设计了一种三支柱绝缘子结构,然后利用有限元分析方法,对其绝缘性能和机械性能进行了理论分析和仿真计算,并通过试验进行验证。结果表明:所设计三支柱绝缘子完全符合550 kVGIL的使用要求,同时也验证了设计原则和仿真分析的正确性。     

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。     

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。     

不同工艺对特高压GIL三支柱绝缘子组织均匀性的影响

为研究特高压GIL三支柱绝缘子组织均匀性的影响因素,采用树脂介电固化监测仪分别对单段和分段固化工艺制得的三支柱绝缘子不同部位的固化度分布进行了测量,并采用超声频谱分析方法对固化度分布进行了验证;对硅烷处理和酸性溶液处理的金属嵌件与树脂材料的粘接性能进行了对比,并对金属嵌件-树脂粘接试样微观组织形态和裂纹扩展形式进行了研究。结果表明:分段固化工艺制得的三支柱绝缘子的组织均匀性差异更小,硅烷处理后的金属嵌件与树脂的粘接性能更佳。单侧弯曲破坏试验表明,采用分段固化工艺和硅烷处理金属嵌件的特高压GIL三支柱绝缘子的破坏弯矩更大,组织均匀性和运行可靠性更佳。     

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。     

《高压电器》“GIS/GIL用环氧复合绝缘件研究”专题征稿启事

<正>SF_6气体绝缘金属全封闭开关设备、管道母线等(GIS、GIL)广泛用于超、特高压输电系统和大中城市的配电系统中,已成为建设智能电网的首选设备。其中,环氧复合材料绝缘件(如环氧复合盆式或支柱绝缘子、绝缘拉杆等)是GIS/GIL等设备的重要组成部分,也是制约设备绝缘水平的核心部件,其性能决定了GIS/GIL等设备的经济性,也成为制约超特高压GIS/GIL等设备可靠性的关键部件。工程运行经验表明,气体绝缘设备故障或事故率已远超     

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.     

支柱瓷绝缘子异常发热探伤及分析

正0引言支柱瓷绝缘子是变电站中起支撑导线和绝缘作用的重要设备元件。支柱瓷绝缘子制造工艺复杂,瓷件韧性极低且没有固定的形变,在长期的运行过程中,由于机械负荷、电、热、恶劣环境等多种因素的综合作用,加之产品质量、运行维护等方面的原因,变电所现场支柱瓷绝缘子发热缺陷时有发生,如某220 kV变电所#1主变35 kV支柱瓷绝缘子异常发热的缺陷,缺陷详细情况及绝缘子探伤分析情况如下。     

一起750kV变电站GIS支柱绝缘子故障分析

电气GIS设备封闭在罐体内,由于GIS设备的安装精度、密封性要求严格,设备由厂家安装、充气成功后运往现场,使GIS设备存在隐患不易发现,投运后发生事故不易查找故障点。文章针对一起750kV GIS支柱绝缘子故障,对故障设备进行试验、分解检查并分析缺陷产生的原因。发现GIS内部支柱绝缘子存在小气泡,致使运行中绝缘子发生内部放电,导致绝缘子击穿闪络。并提出避免该类故障再次发生的处理方法和注意事项。     

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。     

用超声波检测法对GIL设备两次局放的诊断与分析

笔者结合实际工作中发现的两起采用超声波法检测到的GIL局部放电异常事例,介绍了如何采用超声波法对GIL设备缺陷进行定位,如何通过超声波法的结果判断GIL设备缺陷类型,通过对测试异常后的设备解体检查,以及应用X射线透视技术进行验证,准确地查找到GIL设备3支柱绝缘子存在的缺陷,为GIL设备的缺陷查找与诊断提供参考。     

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。     

江河隧道/城市管廊GIL的可靠性与适用性设计

介绍了过江河隧道及大城市市区综合管廊中高压/特高压GIL的特殊运行环境及要求,总结了GIL常见的运行故障,从绝缘、密封、电接触、母线及外壳支撑等方面分述了GIL可靠性结构设计要求及方案;从方便现场拆装、特性监测、寻找处理故障等方面分述了GIL的适用性设计要领,提出了长线GIL设置封闭式隔离开关分段运行理念以及局放监测系统的可靠性设计理念和应用设计理念。为确保GIL运行可靠性文中还特别强调了制造质量监控的重要性,为GIL的设计、制造和运行提供有益的借鉴。     

直流支柱绝缘子电场影响因素分析

直流支柱绝缘子是换流站支撑、固定高压设备,保证电气外绝缘的重要设备。为对直流支柱绝缘子特性影响因素进行分析,针对±500 kV德阳换流站支柱绝缘子放电故障,使用有限元分析软件并结合现场实际,用2D直流场计算雨水、污秽和消防水管对直流支柱绝缘子电场分布的影响情况。结果显示:(1)污秽的存在使得场强增大1.20倍;(2)雨滴的存在使得场强增大1.71倍;(3)消防管道、污秽和雨滴共同存在使得场强增大2.42倍,并且消防管道的对应位置场强增大5倍。电场的增大容易引起放电故障的发生,这对今后直流换流站相关设备的外绝缘优化设计、结构优化、运行维护和故障分析具有重要理论参考意义。