500 kV气体绝缘开关设备特高频电磁波衰减特性研究

针对500 kV气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)内部特高频电磁波传播过程复杂、局部放电在线监测存在盲区的问题,建立500 kV GIS开关设备三维等比例的电磁波传播仿真模型,对GIS内部特高频电磁波衰减特性进行计算分析。结果表明,500 kV双断口断路器的平均正向传输系数低于单断口断路器,500 kV转角型隔离开关的平均正向传输系数低于直线型隔离开关,且GIS分闸时特高频电磁波会产生额外衰减。

SF_(6)/N_(2)混合气体GIS三相共箱母线接头发热时温度分布及诊断方法的仿真研究

以SF_(6)/N_(2)混合气体作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)可有效降低环境污染,目前已逐渐在220 kV及以下GIS母线中推广应用。由于母线接头接触不良引起发热是GIS较为常见的缺陷,因此针对SF_(6)/N_(2)混合气体GIS母线接头接触不良时的温度分布开展研究。首先,建立了220 kV SF_(6)/N_(2)混合气体三相共箱母线多物理场耦合的三维等比例仿真模型,通过在母线接头处设置电阻膜实现接触不良状态的模拟,从而对不同相别的母线接头接触不良时的温度分布规律开展计算分析;然后,研究了利用壳体表面温差诊断内部严重发热缺陷的方法。研究结果显示:任意一相母线接头接触不良时,壳体表面对应位置都会出现温度最高点;当顶部两相母线接头发热且壳体表面温差达到2.5 K,或底部母线接头发热且壳体表面温差达到2.0 K时,可诊断为严重缺陷。

GIS钢结构防护棚的应用及其主刚架经济性优化设计

室外GIS设备受运行环境影响,SF6气体泄漏率明显高于室内设备,有必要采取措施改善室外GIS运行环境,提高设备运行可靠性,减少因气体泄漏产生的温室气体排放。因此,提出在室外GIS设备中应用人字形和半凸字形2种钢结构防护棚,阐述2种防护棚的结构形式、适用范围及温室气体减排效益,以总用钢量最少为目标,在GIS钢结构防护棚满足强度刚度、电气安全和运维检修要求的前提下,提出钢结构防护棚设计参数的优化设计方法,并以已有人字形钢结构防护棚为例进行优化设计,使主刚架用钢量下降了20.43%,经济效益显著。

联合发电系统用于含电动汽车的配网可靠性评估研究

将分布式电源、储能系统和电动汽车组成联合发电系统,并用于含电动汽车的配网可靠性评估。根据行驶习惯将电动车划分为自由汽车和规律汽车,并分别建立充放电模型。基于燃油车的统计数据及充电开始时刻和充电时长的概率分布,建立自由电动汽车充电负荷和放电容量的统计模型,并由日常调度安排建立规律电动汽车的负荷模型。根据配网内的电动汽车充放电曲线、日负荷和分布式电源出力,分析求解孤岛内联合发电系统的供电时间,并联合故障持续时间分析孤岛内负荷的停电时长和次数,然后采用序贯蒙特卡罗法完成配电系统可靠性评估。以IEEE RBTS-Bus 6测试系统实例对评估算法进行验证,并从储能装置容量、电动汽车的V2G技术、行驶规律、充电模式和渗透率5个方面对配网可靠性进行量化分析。

基于修正能量函数和可信性理论的风机极限穿透功率模型研究

建立了考虑暂态稳定约束和风速不确定性的风机极限穿透功率计算模型。采用修正能量函数法计算暂态稳定指标,建立暂态稳定约束条件。针对风电出力的不确定性,采用风速预测误差的模糊性表征风电出力的模糊性,并基于可信性理论建立了支路容量的模糊机会约束条件。结合暂态稳定约束,最终建立风电穿透功率的模糊机会约束模型。为了避免低效的模糊模拟求解,将模糊机会约束条件转化为其清晰等价类,简化模糊机会约束模型为易求解的混合整数线性规划模型。IEEE 30节点算例表明该方法可有效计算风机极限穿透功率。

考虑不同利益主体的DG并网成本?效益分析与并网容量优化

分布式电源(distributed generation,DG)的并网需要投资一定的成本并产生相应的效益,其中主要涉及投资商与配网公司之间的利益关系,因此分析DG并网后各方利益主体的成本?效益关系具有重要意义。首先,从DG投资商和配网公司2个方面分析了DG并网的成本?效益关系,对于不同的DG并网容量,分析两者的净收益情况;其次,建立了使总净收益值最大的DG最优并网容量的计算模型,旨在实现双方的利益共赢;最后,采用IEEE69节点配网系统作为算例分析,结果验证了所提模型的有效性。

一起252 kV罐式断路器内部放电故障的分析及仿真验证

罐式断路器作为SF_(6)气体绝缘封闭设备,若气室内残留灰尘、金属碎屑等异物,则可能在带电后引发放电跳闸事故。文中介绍了一起252 kV罐式断路器内部放电故障引起的跳闸事故,通过返厂解体检查,判断此次故障是由施工过程中引入的异物导致的,并结合罐体内部电场仿真计算,对放电发生在送电过程中而非耐压试验时的原因进行了解释。

220kV SF6电压互感器内部放电故障的仿真分析

介绍了某变电站220kV SF6电压互感器内部放电故障引起的事故,通过对故障设备解体检查,并利用有限元仿真软件进行三维建模和电场仿真,分析事故发生的原因,并提出了防范措施及建议。

环境因素影响下特高压电压致热型设备表面温差修正方法研究

1000 kV电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer,CVT)、1000 kV气体绝缘金属封闭开关设备GIS(Gas Insulated Switchgear)出线套管、1000 kV避雷器是特高压变电站内主要的电压致热型设备,其内部缺陷具有表面温差小、热点不明显的特点,且易受环境因素影响,通常需要在理想环境条件下开展红外精确测温进行缺陷诊断。然而若现场环境条件短时间内无法满足要求,则可能导致缺陷的进一步发展,因此有必要研究非理想环境条件下测温结果的修正方法。本文建立了3类特高压电压致热型设备的温度场仿真计算模型,结合传热学理论研究了光照强度、环境温度、风速大小等环境因素对特高压电压致热型设备表面温差的影响规律,结果显示,3种因素的增强均会导致表面温差不同程度地下降,需将其修正至理想环境条件下的真实温差。最后利用数据拟合的方法,获得各类环境因素影响下实测温差与真实温差的曲线表达式,进一步总结出非理想环境条件下特高压电压致热型设备表面温差的修正方法,并通过变电站现场应用验证了修正结果的准确性。

考虑光照和风速影响的1000kV柱式CVT温度分布特征研究

建立了温度场三维仿真模型,通过正常运行时仿真结果及现场红外测温图谱的比对,验证了仿真模型的正确性,并对不同光照和风速对1000kV CVT温度分布的影响进行了研究分析。

隔离开关合闸不到位引起GIS放电故障的原因分析

用于GIS的隔离开关密封在壳体内部,无法直接观察触头位置,只能借助分合闸指示、电压电流信号辅助判断分、合闸位置。若由于传动机构卡涩等原因导致隔离开关分、合闸不到位,此时分合闸指示、电压电流信号无法反映动静触头的真实接触情况,极有可能进一步引发跳闸事故。针对一起隔离开关合闸不到位引起的GIS放电故障,通过现场试验测试与解体分析,判断故障原因为隔离开关机构严重锈蚀导致合闸后动静触头虚接、烧熔、滴落,最终发展为屏蔽罩对壳体放电。进一步对合闸不到位时触头触指接触电阻大小及发热程度进行理论分析和仿真计算,验证了故障原因分析的正确性。最后针对此类故障提出了相应的防范措施,为今后此类故障的处理提供参考。

组合电器导体接头过热的原因分析及检测方法研究

当组合电器内部导体接触不良时,由于接触电阻变大,负荷电流流过时会产生过热现象,甚至会导致接头材料的熔化、滴落,破坏组合电器内部绝缘,从而引起放电跳闸事故。针对一起组合电器内部导体接头过热引起的放电故障,通过现场解体检查,对故障产生原因及发展过程进行了分析。并通过仿真计算,对组合电器内部导体接头过热的红外检测方法进行研究分析,结果显示,当组合电器壳体表面温升大于3 K时,可判断内部导体接头处存在严重发热缺陷,应及时采取措施进行处理。

基于ANSYS的1000kV金属氧化物避雷器不同运行状况下电位分布的仿真计算

1000kV电压等级金属氧化物避雷器（MOA）在长期运行过程中容易出现电阻片老化、受潮等状况,导致电位分布不合理,甚至造成避雷器爆炸等安全事故。为此,首先利用ANSYS建立了1000kV电压等级MOA的完整3维仿真模型;然后研究了电阻片短路及受潮在静电场中的处理方法,对不同位置短路或受潮时的电位分布进行了仿真计算。研究结果显示：将正常运行时的电位分布仿真结果与现场试验结果对比,2者相对误差最大值为3.26%,说明了该模型的合理性;短路电阻片相当于导体,使同一＂耦合区＂内故障柱上的电阻片承担更高的电压;水分增大了受潮电阻片整体的等效电容,使受潮部分电压承担率降低。以上结论均符合静电场内电位分布的基本规律,说明了结果的正确性。

GIS内部异物放电故障的特征机理研究

气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)具有金属全密封、结构紧凑的特点,若厂内装配或现场安装过程洁净度控制不严,则可能混入金属碎屑等异物,引起局部放电甚至击穿故障。因此有必要对异物放电故障的发生机理及特征进行分析,从而制定针对性的防范措施。以两起GIS内部异物放电故障的典型案例为例,通过现场检查及试验对故障过程及异物来源进行分析,并结合不同异物位置的电场仿真计算,分析异物放电故障的发生机理。结果显示,相对于残留在壳体表面的异物,因电场力或振动作用跳跃至半空中或黏附在高压导体表面的异物更具有危险性,对电场强度的影响更大。对异物放电故障的特点进行总结,并进一步提出针对异物产生的防范措施,有利于从源头上消除异物隐患。

GIS特高频局部放电内置传感器自身放电缺陷分析方法

特高频局部放电在线监测装系统的内置传感器需嵌入气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)壳体内部,若内置传感器自身出现局部放电,不仅难以对其进行检修更换,还会导致对设备运行状况的误判,因此亟须对内置传感器自身放电的信号特征及检测方法进行研究分析。针对一起特高压GIS内置传感器监测到的局部放电缺陷,通过局部放电定位及现场检查,判断为内置传感器馈线末端绝缘减弱导致的芯线对屏蔽层放电,且示波器观察到的放电信号存在明显的折反射过程。结合波传导理论分析可知,芯线对屏蔽层放电后,由于两者间的耦合作用使得同轴电缆的波阻抗发生改变,从而与示波器端口阻抗失配,导致特高频信号在同轴电缆上发生折反射。因此,将示波器检测图谱中的折反射特征作为内置传感器馈线处局部放电的判据。实际检测情况表明,所提GIS特高频局部放电内置传感器自身放电缺陷分析方法对判别局部放电信号位于GIS内部还是内置传感器馈线处具有一定指导作用。

特高压CVT不同缺陷时温度特征的仿真研究

特高压电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer,CVT)在长期运行中会出现受潮、漏油、电容片劣化等缺陷,若不及时发现处理则可能危害电网安全运行。红外测温是在不停电状态下对CVT进行缺陷诊断的有效手段,然而特高压CVT缺乏缺陷诊断案例与经验,因此需要对特高压CVT不同缺陷时温度分布进行研究分析,从而可以通过红外测温的方式对运行状况进行带电诊断。通过建立特高压CVT三维温度场仿真模型,对不同缺陷时温度分布进行仿真计算,分析讨论了不同缺陷时的温度特征。结果表明,CVT受潮时呈现出整节发热,漏油时呈现出明显的温度分界线,而电容片劣化时会在劣化位置会出现集中热点或温度低点。通过对几种常见缺陷下温度分布特征的对比分析,为特高压CVT的红外诊断提供依据。

风力对1100 kV GIS出线套管局放缺陷时温度特征的影响分析

对于500 kV及以下的GIS出线套管,利用红外测温的手段诊断内部局放缺陷已有比较丰富的经验和案例,而用于特高压变电站的1100 kV GIS出线套管体型高大,内部屏蔽结构相对复杂,缺乏相关缺陷诊断经验,且其表面温度会不可避免的受到外界风力影响。对于某些特殊环境和地区,若等待风速满足红外测温要求则可能延误诊断时机,造成缺陷的进一步发展,因此有必要研究风力对1100 kV GIS套管局放缺陷时温度特征的影响。文中建立1100 kV GIS套管的三维温度场仿真模型,对不同局放位置时的表面温度特征进行仿真研究,并采用流体外掠圆管的模型进一步分析了风速、风向对套管表面热点的影响规律,结果表明:局放缺陷时套管表面温差约为2~3 K,当缺陷位置的正向风、背向风、侧向风的风速分别达到约5、6、9 m/s时,套管表面温差与无风时相比下降2 K,此时套管表面已不存在比较明显的热点,若开展红外测温则极易导致内部缺陷的漏判。

弹簧机构断路器拒动原因分析与对策

弹簧机构断路器分合闸采用机械传动结构,通过巡视难以发现机械机构内部卡涩等隐藏缺陷,只能借助机械特性试验进行判断。若断路器长时间处于合闸位置,弹簧机构内部零部件可能由于长时间受分闸弹簧作用力发生卡涩,导致断路器分闸失败,影响电力系统安全稳定。针对此类问题,以一起110 kV弹簧机构断路器拒动故障为例,根据现场一次系统、二次系统检查情况、弹簧机构分闸系统在合闸状态下的应力分布仿真结果和弹簧机构动作原理,分析故障原因为:断路器长时间处于合闸位置,脱扣轴销在主拐臂脱扣轴销安装孔受力点处形成压痕,摩擦力增大导致脱扣轴销无法转动,最终导致断路器分闸失败。最后,从采购、设计、制造工艺和零部件检测范围比例方面提出减少同类型故障措施,为设备可靠运行提供有效指导。

GIS盆式绝缘子开裂引起放电故障的原因分析

盆式绝缘子在GIS中发挥着绝缘、支撑、密封的多重作用,其运行状况的好坏决定着GIS设备甚至整个变电站的安全可靠运行。然而实际运行过程中,由于盆式绝缘子制造、安装缺陷导致漏气、局部放电等异常现象时有发生,若无法及时发现处理,则极有可能进一步引发跳闸事故。介绍了一起母线伸缩节内盆式绝缘子开裂漏气引起的GIS放电故障,通过对盆式绝缘子工业CT探伤、伸缩节补偿能力校核、伸缩节内导体长度检查,判断故障原因为导体长度超出设计值,与两侧盆式绝缘子顶死,在导体及母线长期热胀冷缩过程中盆式绝缘子异常受力进而发生开裂。并进一步结合仿真计算,对故障过程进行还原,验证原因分析结果的正确性。最后针对此类故障提出了相应的防范措施,为今后此类故障的处理提供参考。

500 kV变电站主变压器跳闸故障分析

为研究组合电器内部异物放电问题,介绍一起组合电器内部藏匿残留异物引起的放电故障,该故障导致主变压器跳闸,通过现场检查、解体检查、试验验证,对故障进行了全流程多角度的分析,综合放电痕迹、成分检测等结果,判定异物为放电原因,并还原了放电过程,内部藏匿的残留异物在电场、振动、气流等的作用下可能移动至高场强位置,进而导致电场畸变,引发绝缘击穿放电故障,证明了异物的危害性并分析了异物来源,对组合电器的生产装配工艺提出了针对性指导意见。