颗粒荷电对绝缘子沿面场强影响的数值模拟

污秽颗粒荷电会影响绝缘子周围场强分布,改变颗粒轨迹,进而影响其表面积污状况及电力系统的可靠性。以0~±30kV直流电压作用下XSP-160型瓷三伞绝缘子为研究对象,建立了该绝缘子物理模型,利用COMSOL软件对颗粒不同荷电方式时该绝缘子表面的积污特性进行了数值模拟,与华北电力大学(保定)风洞实验室开展的风洞试验的结果对比,探究了颗粒"按比例"荷电方式的模拟方法的合理性。籍此,以110kV直流电压作用下XSP-160型瓷三伞绝缘子为研究对象,对清洁和污染环境中该绝缘子沿面场强进行数值模拟和对比分析,探究颗粒荷质比和荷电极性对该绝缘子沿面场强的影响。研究结果表明:颗粒"按比例"荷电方式的模拟方法相对合理;污染环境中各伞裙场强峰值点均处于其几何特征凸点处,其场强畸变率最高可达6倍;高压端2号和低压端7号伞裙沿面场强随着荷质比绝对值的倍增而非线性增大,其主要特征点处沿面场强分布特征分别为:正荷质比>负荷质比≈清洁环境、负荷质比>正荷质比>清洁环境。

10kV开关柜套管内壁沿面场强计算及结构优化

针对开关柜穿墙套管面临的绝缘问题,提出了一种套管结构的优化方法。以无屏蔽结构的10 kV开关柜穿墙套管为研究对象,建立了有限元模型并提取了套管内壁的沿面电场分布。讨论了不同优化方法对套管沿面场强分布的影响,确定了将限位板端部变为斜面的优化方法,并基于电场计算结果确立了穿墙套管结构的最优参数。结果表明在限位板端部增加沿母排方向高度为15 mm、宽度为20 mm的斜面,可有效提高套管的耐压强度,套管表面的沿面最大场强降低了44.3%,计算结果验证了优化方法的有效性。

纳秒脉冲下高气压SF_(6)中同轴绝缘子沿面闪络影响因素实验研究

研究纳秒脉冲下的绝缘子沿面闪络影响因素对电磁脉冲模拟装置绝缘结构设计具有重要的借鉴意义。通过搭建绝缘子沿面闪络实验平台,实验研究了在0.5 MPa的SF_(6)气体中,脉冲电压波形、绝缘材料和绝缘子沿面场强分布对绝缘子沿面闪络电压的影响。结果表明:绝缘子的闪络电压具有随着脉冲前沿时间减小而增加的趋势;相较于脉冲电压全波,绝缘子在脉冲电压前沿波形耐受下闪络电压较高;聚酰亚胺材料的绝缘性能最好;通过降低绝缘子沿面最大场强,改善电场分布可以有效地提高绝缘子的闪络电压。

基于电–热多物理场耦合模型的直流GIL绝缘子表面电荷积聚及其对沿面电场影响的研究

表面电荷积聚是制约直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)绝缘子闪络电压提高的主要因素。由于实际测量困难,国内外学者通过建立数学模型开展仿真计算获得绝缘子表面电荷积聚特性。然而现有研究均未考虑GIL中复杂的热传递过程,所建立的电荷积聚模型难以反映实际工程中直流GIL绝缘子电荷积聚情况。为解决上述问题,该文建立了直流GIL内部热交换方程,掌握了实际工况下GIL内部温度分布规律,考虑绝缘气体电流密度与电场强度间的非线性关系以及温度对绝缘材料电学特性的影响,建立了绝缘子电荷积聚电–热多物理场耦合模型。基于此模型,研究了不同运行电流下直流GIL绝缘子电荷积聚情况及电场畸变特性,研究结果表明:当处于小电流运行状态时,直流GIL绝缘子上表面最大切向电场为4.26k V/mm;处于大电流运行状态时,最大切向电场强度为5.01k V/mm,增大了17.6%。对于绝缘子下表面,随着运行电流增大,最大切向电场强度由4.55k V/mm增至5.36k V/mm,增长了17.8%。因此,在进行绝缘优化设计时,需重点考虑直流GIL导杆在最大允许温升下的沿面电场分布,该研究成果可为直流GIL绝缘优化设计提供参考。

双源激励DBD表面改性PET薄膜电荷耗散及沿面闪络特性

PET薄膜表面积聚的大量电荷是发生闪络的重要因素,采用表面处理可以加快电荷耗散以提高闪络电压。为此设计了一种脉冲与射频电源协同激励的双层DBD装置,并将其应用于PET薄膜的Ar/CF_(4)等离子体表面改性中,就表面改性对PET薄膜沿面闪络场强的影响进行了研究。结果表明:文中提出的双电源协同激励DBD装置能够显著降低放电起始电压、促进放电弥散均匀性,进而提高表面改性的均匀性;经该装置处理后,PET薄膜的沿面闪络场强显著提高。辐射光谱诊断和材料表面分析的结果进一步表明,在改性过程中CF_(4)裂解产生的氟化物对薄膜表面刻蚀起到重要作用,而装置中射频DBD能够促进CF_(4)的裂解,显著增加下层材料处理区中的氟化物,进一步强化蚀刻作用。另外,还基于电荷陷阱理论对表面改性提高闪络电压的原理进行了分析,结果表明:等离子体刻蚀能够增加样品表面浅陷阱密度,从而提高电荷耗散率,进而提高沿面闪络强度。

330 kV紧凑型铁塔鸟害故障研究

以实例从校核紧凑型铁塔电气间隙,仿真模拟鸟粪不同长度、不同位置下落时电场变化、绝缘子沿面场强变化等多方面,分析造成330 kV紧凑型输电线路鸟害故障的机理及主要因素,为后续运维单位开展瓷、玻璃绝缘子清扫,复合绝缘子更换,鸟害重点区域划分,防鸟害决策提供依据。

聚酰亚胺在低温真空环境下的直流电气特性

大型超导磁体等超导设备的绝缘系统是必不可少的一个重要部分,运行在液氦或液氮温区附近的绝缘结构失效是引起大型超导装置和设备故障的主要原因。利用自行研制的低温电介质电气特性测试系统,以聚酰亚胺材料为测试对象,研究了其在低温、真空环境下的直流击穿和沿面闪络特性。研究表明,与常温下相比,聚酰亚胺材料低温下的击穿场强有所提高,温度、厚度以及结构不同,其提高程度有所差异。聚酰亚胺材料的沿面闪络场强随着闪络次数的增加而略有增大,并趋于某一稳定值;温度对于首次闪络场强基本无影响,而对于稳定闪络场强,在78~200K范围内基本不变,在225~250K温度区域有所下降,此后又随温度的升高而上升。研究获得的低温真空下绝缘特性相关基础数据可用于低温真空放电特性的探索,为大型超导设备的可靠设计和运行提供参考。

温度对聚酰亚胺直流击穿特性与闪络特性影响的研究

随着超导技术的迅速发展,高温超导电力设备的工作温度已经可以控制在液氮温度附近,绝缘材料的电气特性是影响电力设备工作性能和运行可靠性的重要因素。聚酰亚胺由于其优异的电气性能和力学性能,广泛应用于常温下电力设备绝缘,而其作为低温绝缘材料应用的研究目前鲜有报道。因此,在液氮温度下聚酰亚胺的绝缘性能研究具有十分重要的意义。文中选取室温附近(300K)和液氮温度(78K)两个温度点,对聚酰亚胺的直流击穿性能和沿面闪络特性进行了测试。研究结果表明温度对聚酰亚胺绝缘材料的直流击穿场强和沿面闪络强度均有一定影响。

强耐雷复合绝缘子设计研究

复合绝缘子已经在电力系统中得到广泛的应用,随之而来的雷击闪络事故也越来越多。从一般复合绝缘子的结构特点开始分析,得出造成其雷击闪络事故的主要原因是沿面场强分布不均,两端金具附近具有强电场区。并提出相应的改造措施:优化使用均压环,采用金属贴膜技术。最后根据上述措施设计了一种强耐雷复合绝缘子,并通过试现场验验证了该绝缘子的耐雷水平。

一种基于电场分布模型提高非合成绝缘子污闪电压的方法探究

非合成绝缘子,如瓷质和玻璃绝缘子在输电线路中占有很大比重,提高其污闪电压对电网安全运行具有重要的意义。本文通过在绝缘子铁帽处增加一块金属环片以提高绝缘子串的闪络电压。金属环片能够减小绝缘子铁帽处的高场强,提高起晕电压及减小绝缘子表面场强的切向分量,抑制带电粒子发展,从而提高污闪电压。不同参数的金属环片对绝缘子串污闪电压的影响程度不同,本文利用有限元法(FEM)建立了110kV瓷质绝缘子串场强计算的三维模型,对金属环片的最优参数进行了设计,并通过污闪试验进行验证。试验结果表明,最优参数下绝缘子污闪电压有较大提升,在3级污秽条件下可提高25. 7%。