多端柔性直流输电系统中±160kV XLPE绝缘电缆系统设计与选型

因地理条件限制,南澳±160 kV多端柔性直流输电示范工程(简称南澳柔直工程)中多个换流站之间无法采用传统全电缆线路实施连接。针对这一问题,制订了XLPE绝缘电缆和架空线相结合的直流输电线路设计选型方案,提出电缆系统的避雷器配置方案,并通过PSCAD/EMTDC软件仿真计算了直流电缆系统可能承受的操作冲击和架空线雷电侵入过电压水平。结果表明:混合线路中±160 kV直流电缆系统的绝缘设计主要受同极性操作冲击过电压和反极性雷电侵入过电压控制,最大过电压水平分别为285.6 kV和336.7 kV。基于换流站直流主设备绝缘配合的统筹考虑,提出保护用避雷器的操作和雷电保护水平分别为295 kV和325 kV,进而确定±160 kV直流电缆系统的同极性叠加操作冲击和反极性叠加雷电冲击耐受电压值分别为450 kV和390 kV。研究结果被成功应用于南澳柔直工程,并用于指导更高电压等级的柔性直流输电用电力电缆的研发。     

10 kV交联聚乙烯电缆接头微小缺陷时电气性能分析

对10 kV交联聚乙烯电缆接头制作过程中存在微小缺陷时的电气性能进行分析。人为制作了电缆接头绝缘层划痕、半导电层剥离尺寸不对、绝缘层有杂质这3种易在电缆接头制作过程中产生的缺陷,开展了绝缘电阻测试、直流耐压测试、工频交流耐压测试、雷电冲击测试和局部放电测试,并同完好电缆接头进行试验结果比对,得出只有局部放电测试能检测出缺陷电缆接头,其余试验均通过,对于电缆接头试验具有重要的参考意义。     

电力设备预防性试验规程讲座

1 工频耐压试验电压标准的制定 电力设备工频耐压试验电压标准,是以雷电过电压水平和操作过电压水平作为基础,经过计算而得的。并经长期实践、验证,证明是适用的。 变压器的工频耐受电压确定的步骤如下:其中β_1、β_2、分别是操作波冲击系数(内绝缘抗操作过电压的强度与抗1min工频电压的强度之比)和雷电全波冲击系数(内绝缘抗雷电全波的强度与抗1min工频电压幅值的强度之比)。 写成公式可表示如下: 与操作冲击耐受电压近似等效的工频耐受电压表达式:     

±400kV高压直流电缆绝缘厚度设计与验证

本研究以±400 kV高压直流模型电缆为研究对象,开展了直流耐压试验和冲击耐压试验,获取模型电缆在最高运行温度下的直流击穿电压和冲击击穿电压,求解其在直流击穿电压和冲击击穿电压下的电场分布;基于平均场强法和最大场强法分别设计±400 kV高压直流电缆绝缘厚度,并计算了直流电压和冲击电压下绝缘层电场分布;通过对比±400 kV高压直流电缆和模型电缆的电场分布,最终得出了±400 kV直流电缆绝缘厚度.结果表明:采用平均场强法进行高压直流电缆绝缘厚度设计时,绝缘厚度取决于冲击电压;而采用最大场强法进行绝缘厚度设计时,绝缘厚度取决于直流电压.     

±800kV直流系统过电压保护和绝缘配合研究

依托向家坝至南汇直流输电工程，研究了±800kV换流站交流侧工频过电压、交直流侧操作过电压和雷电过电压、直流线路操作和雷电过电压。重点分析了±800kV与±500kV在直流过电压和绝缘配合方面不同之处。给出了避雷器配置方式、参数的选择原则和方法，确定了换流站各避雷器的保护水平和配合电流及避雷器的能耗以及能耗与直流侧的快速保护的定值、延迟时间的配合。提出换流站施缘配合裕度系数和主要设备绝缘水平要求以及直流线路操作冲击和雷电冲击要求的最小空气间隙计算方法。     

干燥空气绝缘开关柜中应用的固封极柱绝缘结构设计及优化

为了实现气体绝缘开关柜的绝缘介质由SF6向干燥空气等环保型气体转变,开发一种结构小型化、绝缘水平满足要求的干燥空气绝缘开关柜中使用的固封极柱是亟需解决的问题。文中分析了40.5 kV SF₆固封极柱置于干燥空气绝缘开关柜中的相间及对地电场分布,结果显示灭弧室动、静端盖板以及绝缘拉杆附近的气—固沿面电场严重超标,易造成沿面闪络。依据气—固复合绝缘理论,采取增加均压屏蔽网、改进绝缘壳体外观结构、重新设计绝缘拉杆等措施进行电场优化。通过仿真分析,优化设计后的固封极柱灭弧室端盖附近沿面最大场强由3.4 k V/mm降至2.03 kV/mm,绝缘拉杆沿面最大场强由4.1 kV/mm降至1.7 kV/mm。对优化前后的固封极柱进行了局部放电和雷电冲击耐压试验,局部放电试验的起弧电压由35 k V提升到62 kV,雷电冲击耐压试验的峰值耐受电压由145 kV提升到218 k V,证明了优化方案的可行性,为后续40.5 kV及更高电压等级的类似固封极柱的研发及优化提供了有关参考。     

c-C_4F_8在球板电极下的绝缘性能和绝缘子沿面闪络特性研究

文中从c-C_4F_8的绝缘性能和绝缘子沿面闪络特性角度出发,进行了球板电极下对c-C_4F_8的工频击穿实验和雷电冲击实验,以及常压下绝缘子的沿面闪络击穿实验。同时进行了SF_6、N_2和CO_2的对比实验。实验结果表明,对于气隙击穿的工频耐压实验和雷电冲击实验,c-C_4F_8的击穿电压值都随着间隙距离的升高而增加,并呈线性趋势;在稍不均匀电场中,c-C_4F_8的绝缘性能约为SF_6的1.4倍;c-C_4F_8中绝缘子的闪络电压明显大于SF_6。从绝缘性能的角度来看,c-C_4F_8在某些条件下可以作为SF_6的一种替代气体,用在电力设备中。     

1000 kV特高压电力变压器绝缘水平及试验技术

中国1 000 kV交流特高压系统绝缘配合不是对 500 kV系统的简单放大,也并未完全依照GB311.1-1997或IEC60071-1-1993标准,是在优化原则下研究确定的。变压器绝缘水平为：雷电冲击耐压2 250 kV、操作冲击耐压 1 800 kV、工频耐压1 100 kV(5 min)。由于特高压变压器各绕组绝缘水平及绝缘试验电压要求不同,而变压器各绕组是通过电磁耦合紧密联系的,工频和操作冲击试验电压在各绕组间按变比传递,因此势必造成有些线端绝缘设计不能按其技术规范所规定的试验电压来考核。此外,特高压电力变压器电压高、容量大、尺寸超大,试验回路尺寸也相应扩大,杂散电感、电容影响也更加突出。这将造成雷电冲击试验电压波形的波头时间拉长,而设计计算一般按照标准波头进行。因此,在特高压变压器绝缘设计中,应关注长波头试验电压的影响。文中详细介绍了中国1 000 kV交流特高压工程用电力变压器的结构特点、绝缘水平及绝缘试验中的特殊问题。     

±800kV直流系统过电压保护和绝缘配合研究

依托向家坝至南汇直流输电工程,研究了±800kV换流站交流侧工频过电压、交直流侧操作过电压和雷电过电压、直流线路操作和雷电过电压。重点分析了±800kV与±500kV在直流过电压和绝缘配合方面不同之处。给出了避雷器配置方式、参数的选择原则和方法,确定了换流站各避雷器的保护水平和配合电流及避雷器的能耗及能耗与直流侧的快速保护定值、延迟时间的配合。提出换流站绝缘配合裕度系数和主要设备绝缘水平要求及直流线路操作冲击和雷电冲击要求的最小空气间隙计算方法。     

12~24kV氮气绝缘环网柜的研制

在气体绝缘环网柜中使用环保的氮气或干燥空气取代SF6气体,又要保持紧凑和小巧的特点,必须要对环网柜绝缘结构进行优化设计。为此,就氮气的绝缘特性和氮气绝缘中压环网开关柜的典型绝缘结构(如间隙绝缘、复合绝缘、支撑绝缘子和穿墙套管沿面绝缘)的最大电场强度进行了分析研究。进而探索了降低氮气绝缘环网柜内电场强度的有效方法和途径:通过改善导体形状可降低气隙间电场不均匀系数至2~3;采用复合绝缘可降低氮气介质最大电场强度约20%;采用双断口结构和复合屏蔽绝缘,可实现工频耐受75 k V/1 min、雷电冲击耐受±145 k V的隔离断口绝缘水平;优化电极形状和绝缘体外形设计,可降低沿面绝缘破坏起始处电场强度,实现在工频耐受65 k V/1 min、雷电冲击耐受±125 k V的绝缘水平;通过电场屏蔽件的设计可降低局部电场集中,提高柜体整体绝缘水平。研制成功了符合IEC 62271-1和GB 11022标准绝缘水平要求的12~24 k V氮气绝缘环网柜(柜宽400 mm)并通过了型式试验,证明了环网柜采用氮气绝缘的可行性。     

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流系统接地方式

对舟山多端柔性直流输电系统的接地方式进行了研究,确定了各换流站应采取的接地方式,其中定海和岱山换流站推荐联结变阀侧采用星形电抗＋中性点电阻接地的方式,衢山、洋山和泗礁换流站推荐采用Y/Y型联结变＋阀侧绕组中性点电阻接地方式.在确定各换流站接地方式的基础上,计算确定了换流站设备的过电压和绝缘水平,其中定海和岱山换流站联结变网侧为220 kV交流系统,推荐的设备雷电冲击绝缘水平为950 kV,其他三站联结变网侧为110 kV交流系统,推荐的设备雷电冲击绝缘水平为450 kV;五端换流站联结变阀侧及直流侧的额定电压基本一致,联结变阀侧交流母线的雷电和操作冲击绝缘水平推荐为650 kV（或750 kV）和550 kV,200 kV直流母线的雷电和操作冲击绝缘水平推荐为650 kV（或750 kV）和550 kV.     

±1100 kV接地极线路带电作业绝缘工具最小有效绝缘长度

绝缘工具的最小有效长度是保证带电作业人员安全的重要技术参数,现有标准及研究均无±1100 kV接地极线路相关规定或参考。为了保证接地极线路带电作业安全开展,以±1100 kV接地极线路为例,仿真计算该线路最大过电压水平及波形特征,分别开展典型带电作业绝缘工具的工频、直流、标准操作冲击放电试验,分析试验布置方式、绝缘工具类型、施加电压类型对放电电压的影响,结果表明：短间隙距离情况下直流放电电压最低。最后基于试验结果提出绝缘工具短间距下的工频、直流、标准操作冲击放电特性拟合公式,同时给出了±1100 kV接地极线路带电作业绝缘工具的最小有效绝缘长度参考值。     

一种宽频带通用阻容混联式分压器的特性

讨论了一台可用来测量直流、交流、操作波、雷电波以及它们的组合波的高精度、宽频带通用阻容型式分压器的特性,介绍了分压器的高压臂与低压测量部分的设计,并通过实验与EMTDC(电磁暂态仿真程序)相结合的方式,分析了其本体的杂散电感、对地电容以及引线电感等对测量的影响,研究了该分压器对标准雷的响应。上述几种电压波形下的测量结果均显示,该分压器的刻度因数与标称值相差均<1%。     

不同电压等级架空输电线路雷电防护特征分析

对不同电压等级架空输电线路的雷电防护特征进行比较分析,可为提出输电线路的雷电防护策略提供参考。以我国110kV至 1 000kV交流输电线路以及±500kV至±800kV直流输电线路为分析对象,对其绕击特征和反击特征进行了分析,并提出了不同电压等级输电线路雷电防护重点。110kV和220kV交流输电线路应重点关注反击问题;500kV和750kV交流输电线路应重点关注在高接地电阻地区的反击问题和山区的绕击问题;1 000kV交流输电线路的反击闪络率极低,可考虑采用杆塔自然接地以降低建设成本,同时需关注山区的边相导线绕击问题;±500kV、±660kV和±800kV直流输电线路应主要关注在山区的绕击闪络问题。     

600kV标准电容器的研制

介绍一种基于压缩SF6气体绝缘的正立式标准电容器的,可测量600 k V工频电压,1 200 k V冲击电压。使用有限元分析软件ANSOFT对高压套管进行仿真计算,套管的接地屏蔽以及中间电位屏蔽的位置和尺寸进行优化设计。中间电位屏蔽上的电压系数k=41.6%时,套管利用率最佳。对于电极的设计,依据电场大小确定高压电极的直径和上下圆弧的尺寸,不断优化屏蔽电极的尺寸,尽可能均匀低压电极表面的电场强度。雷电冲击耐受电压1 440 k V下,装置壳体内部最大电场为18.1 k V/mm。为了改善标准电容器的频率特性,设计时低压电极与外壳内壁的距离仅15 mm。根据标准电容器的尺寸和材料,计算得到温度系数为2.05×10~(-5)/K,600 k V时的电压系数为5.5×10~(-7),偏心引起的电容量变化为3.95×10~(-5),为电极安装之后的固定误差。     

Effects of DC testing on AC breakdown strength of XLPE insulatedcables subjected to laboratory accelerated aging

The results of a study performed on crosslinked polyethylene (XLPE) insulated cables tested in the laboratory under accelerated conditions are described. URD-type cables rated at 15 kV were aged at 60 Hz, 6 kV/mm, (150 V/mil) and load cycled daily to 90°C conductor, with water inside the pipe and outside of the samples, for periods of up to 3 years. DC testing was performed before and during the aging. An anticipated significant reduction in the AC breakdown strength is observed in control cables (not DC tested), from 44 kV/mm (1100 V/mil) for unaged cables, to 10 kV/mm (250 V/mil), for aged cables. However, there was no further reduction in the AC breakdown strength of cables subjected to DC testing as compared to those that are not tested with DC. It is concluded that AC breakdown strength is not an effective diagnostic tool for determining the effect of DC testing of URD cables aged under the conditions described     

500kV同塔双回输电线路反击耐雷性能分析

与单回500 kV输电线路相比,同塔双回500 kV输电线路杆塔高度增加,引雷面积增大,将直接影响到线路的耐雷水平。文章依据先导发展闪络判据,模拟电弧的非线性特性,建立了绝缘闪络模型。利用电磁暂态仿真软件（ATP-EMTP）,搭建了500 kV同塔双回输电线路反击耐雷性能仿真电路,分析了杆塔高度、冲击接地电阻和工频电压等因素对线路反击耐雷性能的影响。结果表明：杆塔高度增加后,线路反击耐雷水平显著降低;杆塔冲击接地电阻的增大,将导致线路跳闸率上升,在电阻较高的情况下尤为明显;同时工频电压对500 kV同塔双回输电线路耐雷性能影响尤为明显,因此,在500 kV同塔双回输电线路的设计中应充分考虑工频电压对线路耐雷性能的影响。     

控制电缆的分布电容对继电保护的影响及防范措施

通过对一起500 kV变电站高压并联电抗器保护误跳闸事故的调查分析,说明了控制电缆对地分布电容对继电保护的影响。根据对误跳闸事故的理论分析作了模拟直流正电源接地、模拟直流正母线和负母线对地之间迭加交流电源3个试验,结果表明:在发生直流系统接地或误将交流串入直流系统时,就会通过控制电缆的分布电容构成回路,产生电容电流,引起一些动作值较低的灵敏继电器发生误动作。误动作取决于3个因素,即电缆对地分布电容值的大小、继电器的动作值大小及外界干扰因素,并据此提出了防范措施。     

110kV中性点经电阻接地系统的雷电过电压研究

采用ATP仿真研究了中性点接地电阻值对电气设备雷电过电压水平的影响以及现有防雷方案的耐雷水平,并且提出了改进措施。研究表明:110 kV中性点改经电阻RN接地后,除了变压器110 kV侧中性点的过电压值与RN成正比外,其它电气设备的雷电过电压水平与RN几乎无关;采用线路加装避雷器和降低杆塔接地电阻的方法能有效提高系统的耐雷水平。从防止雷电过电压的角度证明了110 kV系统采用电阻接地方式的可行性。     

750 kV输变电示范工程单相人工接地故障试验现场实测和计算分析

应用电磁暂态计算程序(electromagnetictransientprogram,EMTP)对安装金属氧化物避雷器的35kV配电线路的耐雷水平进行了分析计算。具体比较了雷击有、无避雷线的线路,采取不同避雷器安装方案时的耐雷水平;分析了杆塔冲击接地电阻、绕击导线位置对耐雷水平的影响。仿真计算结果表明,安装线路避雷器﹑减小杆塔的接地电阻可有效提高35kV配电线路的耐雷水平。对于35kV有避雷线配电线路,加装线路避雷器后可显著降低其发生绕击闪络的概率。