转轮法试验中硅橡胶合成绝缘子损坏现象的研究

转轮法即将成为 IEC 合成绝缘子正式标准中的试验方法。为研究转轮法对硅橡胶合成绝缘子的筛选能力,以及不同试品参数对试验结果的影响,文中对不同成分配方、不同伞型的硅橡胶合成绝缘子进行了交流电压下的转轮法试验,并分析了试验中试品失效的原因,试验结果表明,转轮法对试品的材料性能和设计缺陷都有一定的筛选能力,并能在一定程度上重现合成绝缘子的现场运行情况。此外,试品伞型对试验结果也有一定的影响。

复合绝缘子的人工加速老化试验

介绍了国际上现有的几个复合绝缘子老化试验方法的特点,并对我国现场运行复合绝缘子的老化现象进行分析,在此基础上以模拟硅橡胶复合绝缘子在现场运行中的老化模式为目的,设计、建造了相应的试验装置,进行了多种人工加速老化试验,并比较了不同方法的可行性和合理性。结果表明,各种老化方法都有自己的优势和特点,但适合国内情况的老化方法还有待于更深入的研究。

合成绝缘子交流转轮法与斜面法的比较研究

转轮法即将成为IEC62217试验方法,该法比综合气候加速老化试验方法的试验设备简单,试验周期短。 硅橡胶合成绝缘子交流转轮法试验结果表明,转轮法在一定程度上可筛选有问题的合成绝缘子,但主要仍是考核 试品的耐漏电起痕性能,而就这一考核而言斜面法的严酷性要高于转轮法。

2.5MV特快速瞬态过电压发生器

气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)以其占地面积少、密封性好,受环境影响小,运行可靠、维修周期长等优点在中国电网中得到了广泛应用。在330kV以上电压等级的系统中,开关动作产生的特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)对系统有很大危害。为满足特高压GIS中VFTO的模拟,利用6MV敞开式冲击电压发生器与陡化装置结合的方法,研制出一种模拟VFTO产生的装置。通过增加GIS母线长度来补偿回路固有电感的影响,以及通过控制陡化间隙的击穿电压来控制输出电压幅值,使该装置可以输出幅值为2.5MV、高频振荡达到35 MHz的电压波,能够满足特高压试验对VFTO模拟的要求。采用外加积分器方式,制作了一种锥形电容传感器来测量该装置产生的电压波,测试结果表明该电容传感器可以满足试验的要求。

特快速瞬态过电压和雷电冲击作用下特高压GIS绝缘特性

随着电压等级的提高,气体绝缘开关设备(GIS)的额定雷电冲击(LI)耐受电压和特快速瞬态过电压(VF-TO)水平的差异越来越小,由VFTO引起的绝缘事故也日益严重。为研究特高压GIS在VFTO下的绝缘耐受水平,设计了VFTO模拟产生装置,研究了不同气压下SF6棒-板和球-板间隙在VFTO和雷电冲击下的绝缘特性。实验结果表明:稍不均匀电场间隙在VFTO下的击穿电压高于雷电波;对于高气压下棒-板间隙,负极性VFTO下的击穿电压和伏-秒特性曲线位于雷电波之下;雷电冲击下棒-板间隙极性效应在一定的气压下会出现反转现象。分析表明:在不同冲击波前和振荡波尾的VFTO和雷电波作用下SF6气体间隙击穿特性的差异与放电过程中空间电荷行为的差异有关。

硅橡胶复合绝缘子伞裙护套的老化及其判据研究

介绍了我国交流复合绝缘子运行情况,分析了绝缘子的老化问题和事故原因,对现场取下的试品进行了憎水性和硬度的测量以及老化性能的评估。认为目前复合绝缘子损坏的主要原因是早期设计、制作工艺和材料配方不成熟,真正由于硅橡胶伞裙护套老化造成的事故还不多见。大部分复合绝缘子运行10年及以上仍具有良好的憎水性,硅橡胶表面憎水性的下降和硬度的增加与运行时间并无明显关联。硅橡胶的老化是一个漫长的过程,即使出现中期老化特征,仍在一段较长时间内可以保障复合绝缘子的安全运行。认为硅橡胶的老化不应成为复合绝缘子推广使用的障碍。

复合绝缘子运行状况评估方法

为了对运行中的复合绝缘子进行评价,作者抽取了14支在上海地区运行的复合绝缘子,对其进行了各种项目的检测,包括憎水性、红外光谱分析、自然污闪试验、热刺激电流试验等。各种测试的结果表明,这些运行中的复合绝缘子在运行10年后,各项性能并没有出现明显降低,仍满足正常的运行需要。

特高压交直流线路用复合绝缘子及其可靠性

特高压输电线路运行电压高,输送容量大,所用复合绝缘子的长度(爬电距离)和机械强度均需显著增加,因而其可靠性备受关注。为此,介绍了特高压线路复合绝缘子芯棒和伞套材料性能的提高方法、所需的爬电距离以及为改善绝缘子轴向电场分布而进行的均压装置优化设计的结果。为提高芯棒的抗蠕变强度,应进行1.2倍额定机械负荷耐受试验;为提高复合绝缘子承受导线舞动和脱冰跳跃的能力,应增加抗冲击动载试验。为确保V串复合绝缘子连接的可靠性,其端部金具可由传统的球帽结构改为环环连接。

±800kV典型直流设备电晕起始电压的海拔校正方法

电晕特性是影响输电线路和电力设备设计的一个重要方面。目前我国正在设计建设的±800kV直流输电工程要途经高海拔地区。随着海拔的增加和电压等级的提高,设备的电晕性能也变得更加复杂,因此需根据当地的海拔、气候等情况通过海拔校正的方法确定满足运行要求的设备基本尺寸。选择了多种±800kV输电工程用典型直流设备,包括换流站用管母线、屏蔽环和线路用6分裂导线及其金具等作为试品,在北京、西宁和拉萨3个不同海拔地区进行可见电晕对比试验。基于海拔0～4000m的试验结果拟合出指数形式和线性形式的校正公式,并结合现有标准中海拔校正公式进行了比较和分析。结果表明,指数形式的公式校正误差较小;考虑到工程简便实用,也可采用线性校正公式。最后给出了工程用的设备通用海拔校正公式,并针对不同设备推荐了适用的校正方法。

带串联间隙1000kV特高压交流输电线路避雷器关键技术参数分析

为提高交流特高压输电线路的耐雷水平,调研收集了交流特高压输电线路的研究成果。结合中国交流特高压示范工程运行经验,并采取仿真计算和试验验证的方法,从本体参考电压、标称放电电流、能量吸收能力、放电电压、保护水平等方面对交流特高压线路避雷器的关键技术参数进行了分析。根据研究结果,提出对于特高压交流线路避雷器,其本体直流参考电压应≥1 086kV;标称放电电流应为30kA;2ms方波通流能力应≥1 500A;雷电冲击50%放电电压应≥2 900kV;雷电冲击残压≤2 150kV。

雷电先导下行过程近地电场时空分布与模拟方法研究

在雷电下行先导趋近地面目标物过程中,地面目标物产生的正极性上行先导是影响雷击点和确定目标物引雷范围的主要因素。采用模拟试验是研究上行先导特性及检验各种防雷措施有效性的主要方法,而地面目标物附近电场时空分布的等效性是模拟试验的前提和基础。通过计算定量分析了雷电先导下行过程近地电场时空分布的典型特征,研究并提出了近地电场时空分布等效模拟方法和一种实现电场时变特征模拟的高电压发生方法,在此基础上开发出模拟试验电压源原型样机,样机试验结果验证了该方法的有效性和可行性。该研究对上行先导特性和检验防雷措施有效性的试验方法研究具有指导意义和实践价值。

含微网智能配网自愈过程过电压影响因素

为了研究含微网的智能配网自愈过程过电压受不同因素影响的变化规律,针对短路故障下的这种过电压问题,搭建了含微网的智能配网仿真模型,选取一个故障位置与一种故障类型及对应的自愈过程作为研究内容,分别探讨了微网规模、配网规模和配网电缆长度等因素对过电压的影响。仿真结果表明:仿真系统的最大过电压随微网规模的扩大在整体上呈增大的变化趋势,随配网规模的扩大在整体上呈现减小的变化趋势,随配网电缆长度的增大则呈先减小后增大的变化趋势。仿真结果可作为实际系统针对性的过电压保护设计的参考依据。

±800kV管母线的电晕起始特性研究

目前我国向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程正在紧张的设计和建设中,作者拟通过试验和仿真计算对±800kV直流工程用管母线的直流起晕特性进行系统研究。首先在北京、西宁和拉萨3地进行了多种直径模拟管母线的可见电晕对比试验,然后利用模拟电荷法对不同直径管母线表面电场分布进行仿真计算,并结合气体放电理论得到管母线负极性电晕的起晕电压。将试验数据和仿真结果进行对比,两者较为吻合。且由试验和仿真数据均可看出,母线起晕电压随着对地高度和母线直径呈线性变化关系;仿真计算还表明,随着对地高度和母线直径的进一步增加,母线起晕电压呈现出饱和的趋势。文中还针对海拔对管母线起晕电压的影响进行了讨论,给出了工程适用的海拔校正方法。

复合绝缘子耐张串微风振动疲劳特性研究

耐张串使用复合绝缘子需考虑其在不同运行工况下的可靠性。微风振动发生频率高,是绝缘子运行中最常见的工况。概括了复合绝缘子及耐张串的使用现状,分析了复合绝缘子耐张串在微风振动时的受力情况,搭建了适用于特高压多串并联复合绝缘子耐张串振动研究的试验平台,并进行了多组复合绝缘子耐张串模拟微风振动试验。试验结果表明,微风振动引起复合绝缘子耐张串的机械性能下降不到5%,证明耐张串使用复合绝缘子是可行的。建议在现有复合绝缘子3 000万次振动试验后加入1.2倍额定机械负荷24 h耐受试验,以进一步考察其机械可靠性。

复合绝缘子的5000h多因素试验及长期性能评价

随着特高压复合绝缘子的大规模应用和超高压复合绝缘子运行年限的不断增长,复合绝缘子的现场老化问题与长期性能评价方法成为亟待研究的问题。为此,根据对现场运行条件下硅橡胶复合绝缘子积污和憎水性变化过程的研究,在IEC多因素试验方法的基础上,加入了硅藻土污秽成分并调整了老化因素的时间安排,提出了复合绝缘子的"清华5 000h多因素试验方法"。在该试验方法下进行了5轮次的5 000h多因素老化试验后,成功模拟了复合绝缘子表面污秽积累过程和表面憎水性的丧失与恢复过程,重现了不同复合绝缘子憎水性下降、起痕与电蚀损、过流跳闸等现场老化失效模式。不同配方和配置的复合绝缘子的老化结果表明,硅橡胶复合绝缘子需要同时达到耐起痕和蚀损性能强、憎水性良好、爬电比距足够的要求,才能保证其在正常运行条件下的长期可靠性。

直流电压下导线起晕电压计算方法

通过数值计算方法并结合气体放电理论研究了架空输电线路导线的起晕电压计算方法,并进一步研究计算了高海拔下的起晕电压。首先采用模拟电荷法精确计算了光滑导线周围的电场分布,然后基于气体放电理论,采用数值模拟的方法,以自持放电为判据,得到了起晕电压;根据高海拔修正公式,计算了高海拔地区的光滑导线的起晕电压。同时对不同海拔地区导线的起晕电晕进行了试验研究,并把数值计算的起晕电压和试验结果进行了比较,发现二者吻合得很好。最后,对光滑导体起晕电压的有影响的各种因素进行了讨论。

特快速暂态过电压和雷电冲击下SF_6长间隙伏秒特性

为研究特高压气体绝缘开关设备(GIS)在特快速暂态过电压(VFTO)和雷电冲击(LI)下的SF6长间隙伏-秒(U-t)特性,设计了VFTO模拟产生装置。通过改变实验间隙距离、气压和电压种类,研究了不同气压下SF6棒-板和球-板长间隙在负极性VFTO和LI下的U-t特性。实验结果表明:球-板稍不均匀电场间隙在VFTO下的最小击穿电压高于LI下的,而VFTO下的U-t曲线较LI下的曲线平坦,导致2种电压下U-t曲线相交。对于高气压(0.5MPa)下棒-板间隙,VFTO下的U-t曲线位于LI的之下。基于对实验结果和U-t特性曲线物理意义的分析,得到了用于预测给定SF6长间隙U-t曲线的半经验公式,该公式为带有3个参数的幂指数函数,其中的待定参数可由气压、间隙距离和电场不均匀系数共同决定。校验结果表明:采用半经验公式预测的U-t曲线能准确反映SF6间隙击穿特性,从而为GIS绝缘设计提供参考。

西藏高海拔试验基地的功能与设计

西藏高海拔试验基地是国家电网公司根据超/特高压输电发展需求提出的建设项目之一,基地建设对研究高海拔地区输电工程空气间隙特别是长间隙放电特性、导体电晕特性与输电线路电磁环境参数的海拔校正,满足"西电东送"工程需要,以及提升西藏电网高电压试验能力,服务西藏电网建设与发展具有重要意义。该试验基地海拔4300m,主要包括户外试验场、试验线段、人工污秽试验室。在介绍了该试验基地选址和规划设计时考虑的问题、试验研究功能、设计方案、试验设施的主要性能参数后,还介绍了已开展的各项试验研究工作。建成后开展的初步试验研究表明,试验基地能满足高海拔地区超/特高压交直流工程外绝缘与电磁环境试验研究以及西藏电网相关试验研究要求。

特高压直流输电设备电晕特性的海拔校正

我国有多条超/特高压直流输电工程途经高海拔地区。随着海拔高度的增加,设备的电晕特性也变得更为复杂。为了得到不同种类直流设备起晕电压的海拔校正方法,在>2000 m的多个海拔高度下进行了±800 kV输电工程用典型直流设备的可见电晕试验,并在电晕笼中进行了不同气压下光滑铜管和LGJ-240绞线的模拟对比试验。通过试验得到了各海拔高度下不同设备的起晕电压值。试验结果表明,海拔高度对不同设备的起晕电压影响不同,对屏蔽环起晕电压的影响要小于管母线和导线,因此对不同的设备应采取不同的海拔校正。通过对试验结果进行拟合,得到了线性和指数形式的设备电晕海拔校正公式,据此推荐出实际工程用的海拔校正公式。

特高压同塔双回路转角耐张塔雷电绕击防护

我国特高压变电站进线段同塔双回转角耐张塔采用刚性跳线,使得地线对跳线端部的保护角偏大,可能增加转角耐张塔的雷电绕击风险。为降低雷电绕击对变电站设备安全的影响,建立了特高压同塔双回路耐张转角塔雷电绕击先导发展3维模型。通过计算分析地线、跳线和导线最易产生上行先导的位置,获得了不同线路转角和地线横担长度时,刚性跳线的最大绕击电流和绕击闪络率。结果表明:只需控制地线对相邻档距导线的保护角满足≤–5°,即可保证刚性跳线单回闪络率满足≤0.1次/(100km·a)的要求,而无需对刚性跳线端部的保护角进行控制;SJ322P型杆塔外角侧地线横担长度可由电气几何模型推荐的36 m减小至28 m,内角侧地线横担长度可由27 m减小至25 m。相关分析结论已应用于1 000 kV锡盟—胜利特高压交流输电工程线路防雷设计。