氮气环网柜中复合绝缘的工频特性研究

采用氮气(N_2)或干燥空气替代SF_6作为中压开关设备的绝缘介质是目前环保型开关设备的发展热点。要保证气箱结构紧凑小巧,需要完全掌握环保气体的绝缘特性,并对固体—气体复合绝缘的配合进行深入研究。文中从研究N_2的基础绝缘特性入手,研究了不同电场均匀度、气体压力以及电极间隙下的N_2工频耐压特性数据,提出了N_2绝缘的经验公式以指导气箱的整体设计和局部优化。基于N_2气箱关键部位的绝缘配合的系统性的建模仿真分析,结合局部复合绝缘的耐压特性实验,得到结论气箱结构设计中需要采用极不均匀场的特性作为设计依据,同时在关键位置的固体—气体复合绝缘处需要保证足够的气体间隙。     

用于环保型C-GIS的氮气及干燥空气正极性雷电冲击特性研究

采用氮气或干燥空气替代SF6作为绝缘介质是目前环保型柜式气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)的研究热点。要保证气箱内部结构紧凑、小型化的特征,需要充分掌握气体介质的绝缘特性,寻找电场均匀度对气体高压击穿特性的影响规律。文中研究了在0.10、0.15 MPa压力下,不同电极形式、电极间隙下的两种绝缘气体的正极性雷电冲击耐压特性。数据对比表明:干燥空气相比氮气具有更高的正极性雷电冲击电压击穿特性。同时总结了最大击穿场强E_(max)与电场均匀度刀之间的关系,得到C-GIS绝缘结构设计方面的关键判据。     

球板电极下N_2的绝缘特性以及水分的影响

采用氮气(N_2)或干燥空气替代SF_6作为中压开关设备的绝缘介质是目前环保型开关设备的发展热点。要保证气箱结构紧凑小巧,需要完全掌握环保气体的绝缘特性,并对固体—气体复合绝缘的配合进行深入研究。文中从研究N_2的基础绝缘特性入手,研究了球板电极间隙下的N_2工频和雷冲耐压特性数据,以及水分对击穿电压的影响。结果表明,N_2击穿电压随着极间距的增大而上升,但会呈现出饱和的趋势。而且,在湿度为1 000μL/L以下时,N_2击穿电压基本不受水分的影响。     

12 kV复合绝缘开关设备的绝缘特性研究

采用复合绝缘代替纯空气绝缘的金属封闭开关柜,实现了空气绝缘开关柜的小型化。但其多种绝缘介质以及绝缘界面共存的复杂结构,对电场分布以及其绝缘能力的评估带来了很大的困难。文中针对空气绝缘开关柜中的固封—手车式断路器触臂处复合绝缘结构进行了研究,通过对不同绝缘结构和绝缘材料在各电气间隙情况下的绝缘能力进行仿真和试验,结果表明:电场仿真中的最大电场强度不能作为评判复合绝缘击穿的标准,复合绝缘结构中的关键部位,如小间隙、界面等处的电场大小对绝缘耐受能力具有决定性的意义。研究结果为复合绝缘结构设计及仿真提供有益的参考。     

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。     

固体绝缘环网柜涂屏蔽层对复合绝缘电场的影响研究

为研究固体绝缘表层涂屏蔽层对其内部电场分布的影响,利用有限元分析软件对固体绝缘在有无屏蔽层两种状态下分别进行静电场仿真.仿真结果表明,屏蔽层的引入能实现相间屏蔽,但也使得固体绝缘腔体内相同结构的相同区域电场强度增加,腔体内伞裙附近空气电场强度较大,极易击穿,进而影响附近环氧树脂电老化.依据电场复合绝缘理论,提出增加腔体内部导电体距离环氧内壁的距离,采用界面绝缘消除小间隙气隙,增大导体和环氧树脂的 曲率半径和倒圆角半径等降低场强的办法.对优化后的模型重新进行电场分析,伞裙附近空气电场强度由３．８１kV/mm 降至２．８７kV/mm,验证了优化方法理论上的可行性。     

固体绝缘环网柜涂屏蔽层对复合绝缘电场的影响研究

为研究固体绝缘表层涂屏蔽层对其内部电场分布的影响,利用有限元分析软件对固体绝缘在有无屏蔽层两种状态下分别进行静电场仿真。仿真结果表明,屏蔽层的引入能实现相间屏蔽,但也使得固体绝缘腔体内相同结构的相同区域电场强度增加,腔体内伞裙附近空气电场强度较大,极易击穿,进而影响附近环氧树脂电老化。依据电场复合绝缘理论,提出增加腔体内部导电体距离环氧内壁的距离,采用界面绝缘消除小间隙气隙,增大导体和环氧树脂的曲率半径和倒圆角半径等降低场强的办法。对优化后的模型重新进行电场分析,伞裙附近空气电场强度由3.81kV/mm降至2.87kV/mm,验证了优化方法理论上的可行性。     

基于有限元的模块化多电平换流器绝缘结构分析

模块化多电平柔性直流输电换流阀中分别采用了固体绝缘和空气绝缘结构,其中空气绝缘结构是比较薄弱的一个环节,实际运行或者试验中容易发生局部放电等绝缘故障.采用三维有限元电场计算方法,通过电场分布来分析模块化多电平柔性直流输电换流阀中空气绝缘结构.在换流阀空气绝缘结构分析中,分别对换流阀层间空气间隙中、换流阀外表面空气介质中以及阀厅中阀塔之间空气间隙中的电场进行计算.通过空气间隙中电场强度和电场分布情况来分析空气绝缘介质的绝缘强度,并指导换流阀绝缘结构的设计.     

棒极外形对SF6棒-板短间隙流注放电特性的影响

为研究SF_6绝缘设备中可能存在的不均匀电场环境对绝缘性能的影响,从微观角度解释不均匀电场对SF_6流注放电特性的影响,建立流体动力学-化学反应混合模型,数值仿真棒-板间隙的SF_6流注放电过程。改变棒尖端外形以及棒极半径,仿真锥尖头、球头、平头等3种棒电极下棒-板短间隙的SF_6流注放电特性。结果表明:棒极外形对SF_6短间隙放电特性影响显著,不同外形棒极在初始放电阶段存在不同的电场分布,锥尖头棒尖端外形流注注头电场峰值最大,发展速率更快,流注发展速率随放电间隙的增大而减小,而平头棒尖端外形流注的放电通道半径最大。棒极半径的增大使流注头部电场强度以及平均电子能减小,流注发展速率减慢。     

高压SF6电流互感器绝缘特性分析

高压SF6气体绝缘电流互感器(简称HV SF6TA)由于绝缘气体本身特性,其内部电场分布的均匀程度和电场强度分布必须严格控制,以保证其高绝缘特性。电场计算是绝缘分析的重要手段。HV SF6TA场域结构复杂,为进行绝缘分析与结构设计,以220 kV HV SF6TA实际产品结构为研究对象,采用有限元数值求解方法,建立了含SF6、绝缘瓷套、空气等多重介质的三维电场数学模型,采用区域分解和自适应剖分技术相结合,对三维电场进行了仿真求解,得到了复杂结构中三维场域电场分布,找到了HVSF6TA内部最大场强所在位置以及绝缘薄弱点。为提高HVSF6TA全场域电场的均匀度,避免电晕放电等击穿现象的发生,绝缘设计中对法兰盘附近加设屏蔽环以及在一次导体端部加设屏蔽环两种方案的电场进行了分析,并将HV SF6TA各结构部件沿面电场分布以及全场域电场分布进行了对比分析,为HV SF6TA绝缘结构设计提供了数值基础。