热态C_(5)F_(10)O/CO_(2)混合气体电击穿特性研究

热态气体的临界击穿场强是评估高压断路器弧后电击穿特性的基础数据,文中研究了C_(5)F_(10)O/CO_(2)混合气体在C_(5)F_(10)O混合比例k=0~10%、压强0.1~2.0 MPa、温度300~4 000 K范围内的临界击穿场强。基于质量作用定律数学模型,得到不同温度下混合气体的平衡组分,采用两项近似方法求解玻尔兹曼方程,分析混合气体的电子能量分布函数、折合电离和吸附系数,获得混合气体的临界折合击穿场强和临界击穿场强。结果表明:0.6 MPa下,温度低于3 000 K时,随着温度降低,k=0~10%混合气体的临界击穿场逐渐低于SF_(6);在温度高于3 000 K时,混合气体的临界击穿场强为SF_(6)的1.2倍以上,具有较强的绝缘能力。研究结果可为C_(5)F_(10)O/CO_(2)混合气体高压断路器弧后电击穿特性研究提供参考。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体特高压母线通流温升特性研究

随着“碳达峰、碳中和”的提出,环保型高压设备的研制迫在眉睫。C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体作为极具潜力的环保替代气体,目前已经初步应用于高压母线,其通流温升特性作为重要设计指标,尚待深入研究。该文针对1100 kV环保混合气体特高压母线,构建磁-流-热多物理场耦合数值计算模型,并建立C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体物性参数数据库;搭建通流温升测量试验平台,理论与试验相结合,对比分析负荷电流、充气压力、混合比、结构尺寸等不同因素对母线温升的影响,提出合理的设计方案。研究结果表明:C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的换热能力不及SF_(6),增大充气压力和C_(4)F_(7)N的混合比,可有效提高母线通流能力,但依然达不到SF_(6)的水平,在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体母线设计时应注意此问题;影响母线温升最主要的结构尺寸为导体外径,在导体外径与壳体内径间绝缘距离不变的条件下,导体外径增大11.5%,通流能力与原SF_(6)母线基本一致,该结论可应用于后续的母线设计。

超高压输变电装备三支柱绝缘子稳健性设计研究

三支柱绝缘子是超高压输变电装备中的关键组件之一,其绝缘性能的优劣直接影响了电力系统的可靠性。传统的绝缘子结构优化主要采用确定性优化方法,在加工精度、产品磨损老化等不确定因素的影响下,往往会造成性能的不稳定。为此,本文建立超高压三支柱绝缘子6σ稳健性结构优化模型,采用拉丁超立方法抽取样本空间,利用克里金法构建电场强度与结构尺寸的响应面,最终通过遗传算法得到最优绝缘子结构。

550kV GIL盆式绝缘子及其组件结构优化设计

为均匀气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal enclosed tranmission line,GIL)内盆式绝缘子附近气体区域及绝缘子沿面的场强分布,提高GIL整体的工作性能及运行可靠性,采用非均匀有理B样条曲线拟合方法,重构盆式绝缘子结构形状,利用有限元分析方法,进行电场及应力场的仿真计算,利用智能优化算法对盆式绝缘子、高压屏蔽罩及中心连接件的形状进行了优化,优化后结构与初始结构相比,盆式绝缘子附近气体区域的电场最大值下降了13.6%,凸面切向电场最大值下降了10.3%,改善了GIL内部电场局部过大的问题;在盆式绝缘子凹、凸面分别加气压时,盆式绝缘子沿面及连接件接触面最大应力分别下降了7.4%、7.0%和14.9%、18.6%,提升了盆式绝缘子的机械性能。文中研究成果可为各种高压电器结构优化设计提供参考。

CO2等离子体碰撞积分研究

文中研究了CO2应用在隔离接地开关中产生电弧时,等离子体中性—中性和中性—离子之间的碰撞积分。采用质量作用定律模型,考虑20种粒子,对压强0.7 MPa,温度300~30 000 K的CO2电弧等离子体各组分摩尔分数进行计算,确定了9种相互作用的粒子以及15种中性—中性和12种中性—离子之间的相互作用。在文献中选择适当的极化率数据,并计算电离态中对极化率有贡献的有效电子数。利用唯象势的方法计算(l,s)=(1,1)、(1,2)、(1,3)、(2,2)4种情况的弹性碰撞积分,采用Laricchiuta的拟合公式计算原子与其一阶离子相互作用的非弹性碰撞,建立CO2中性—中性和中性—离子碰撞积分数据库。研究结果与已知的碰撞积分结果基本吻合。文中的方法可以对SF6新型环保替代介质碰撞积分提供理论支持,并对输运系数和电弧理论模型数值仿真研究提供基础数据。