750千伏变电设备开断能力提升关键技术研究

随着我国经济的快速发展,各行业对电力资源的需求量越来越多,我国的电网建设规模越来越大、电网容量不断攀升。为解决750kV线路短路电流超标问题,研究更高一级断路器关键参数,提出800kV80kA断路器压气式灭弧室技术方案,并通过仿真计算、原理样机试验验证了方案的可行性,确定了断路器技术方案及灭弧室关键参数,为750kV电网短路电流超标问题提供了可行的解决方案。

550 kV单断口自能式断路器短路开断过程数值计算与分析

目前国内外在超高压领域应用的断路器多为压气式SF6断路器或双断口自能式断路器,对于550 kV单断口自能式灭弧室的研究尚属空白。文中基于磁流体动力学理论,建立考虑喷口烧蚀的二维动态电弧数学模型,完成高压SF6自能式断路器不同开断条件下(短路电流有效值为63 kA和40 kA,燃弧时间为12、16.3、20.8 ms)燃弧过程的仿真计算。计算结果表明:12 ms燃弧条件下,63 kA电弧在电流峰值时刻最高温度为28900 K,较40 kA条件高约2000 K;开断全过程,63 kA条件下膨胀室压强最高可达3.78 MPa,40 kA条件下最高为2.77 MPa。开断不同短路电流时,阀片的动作时间相差较小;对应于上述3种燃弧时间,阀片动作先后顺序为16.3、12、20.8 ms,时间依次滞后0.1 ms。40 kA,12 ms条件下喷口烧蚀量为6.34 g;而63 kA条件下,对应于上述3种燃弧时间,烧蚀量分别为11.25、15.65、19.44 g。

热态SF_6介质击穿特性研究

采用质量作用定律法计算压强0.1~2.0 MPa、温度40 000 K到300 K下SF_6等离子体组分体积分数,分析热态SF_6介质(3 500 K到300 K)的成分构成及其变化过程。采用两项近似法求解玻尔兹曼方程,计算不同折合电场下热态SF_6介质中电子能量分布函数,分析不同碰撞过程中各微观粒子的折合电离系数和折合吸附系数,得到热态SF_6介质的折合击穿场强,通过300 K下SF_6气体击穿场强实验值验证了计算方法的准确性。研究表明:弧后热态SF_6介质绝缘强度恢复过程中,温度下降到3 500 K到2 300 K时,热态SF_6介质主要成分为绝缘能力较低的F、S、S2、F2,折合击穿场强值在30 Td(1 Td=1×10-21Vm2)左右;温度下降到2 300 K到1 500 K时,分解物迅速复合为绝缘性能优异的SF_6,折合击穿场强急剧上升至355 Td附近。研究结果可为揭示热态SF_6介质绝缘强度恢复机理,解决高压SF_6断路器弧后重击穿导致开断失败等问题奠定理论基础。

基于高频电磁仿真的零区电流传感器设计

罗氏线圈在进行断路器零区电流测量时,由于线圈结构参数的相互制约,在提高灵敏度的同时会造成测量带宽的下降,因此同时满足高灵敏度和宽频带的要求存在较大困难。为此文中提出基于高频电磁仿真的零区电流传感器设计方法。基于解析方法分析,确定了满足传感器灵敏度要求的系列结构参量,基于Ansys-Q3D Extractor仿真,确定各组结构参量的高频电磁参数,并通过Ansys-Circuit电路仿真所确定对应的频率特性,从而实现了对频率特性优化设计,频率特性测试结果验证了上述幅频和相频特性仿真结果的正确性。最终,在零区电流测量实验中,文中传感器与KEMA-CZM型零区系统的测量结果相一致。

252kV自能式灭弧室设计及优化

提高电力系统可靠性能的重要措施是提高该系统元件的可靠性能。优化断口间绝缘结构,改善介质状况,增强热膨胀效应,可以促进断路器开断性能的提升。通过压气室和热膨胀室容积的设计计算,该断路器大电流的开断性能得到保证;借助电场分析软件,人们可以进行断路器关键部位电场强度计算、分析及优化;通过对气流通道的优化,膨胀室热气体的气吹效率得到加强,介质状况进一步改善。最后,利用型式试验对优化后的自能式灭弧室进行验证,为后续产品研发提供技术参考。

基于摩擦接触和密封圈接触压力的252 kV小型化GIS用盆式绝缘子应力分析

边界条件设置是影响盆式绝缘子应力计算结果准确性的关键因素。本研究建立了252 kV小型化GIS用盆式绝缘子轴对称模型,并引入橡胶密封圈Mooney-Rivlin函数模型,通过有限元分析软件对不同约束边界条件下盆式绝缘子进行应力仿真计算,并与水压试验实测值进行对比分析。结果表明:采用摩擦接触的边界条件与工程实际相符,适用于盆式绝缘子的应力仿真边界条件设置,研究结果可对其他电压等级盆式绝缘子的小型化、轻量化设计提供参考。

基于多物理场的三相共箱型隔离开关温度场仿真研究

126 kV GIS设备作为城市电网建设中的重要设备,需要更加小型化来降低变电站的土地使用面积,而温升是制约设备小型化的关键因素之一。文中建立126 kV GIS三相共箱型隔离开关及母线电磁⁃热⁃流耦合三维模型,通过对开关设备总体发热和散热研究,分析了三相共箱型结构不同布置方式产生的不同功率损耗,并基于温度场仿真研究得到了各零件的温升分布。该隔离开关及母线按照国标要求通过了温升型式试验。将温升仿真结果与试验结果进行对比,仿真误差小于10%,验证了仿真的准确性,为三相共箱型GIS开关设备的小型化设计提供有效的理论和技术支撑。

交流滤波器断路器绝缘结构分析及优化设计

针对某换流站交流滤波器断路器进行研究,并对原有结构进行静场电仿真,以仿真结果为依据分析该设备绝缘结构,继而提出优化其结构的新思路、新方法,并对优化后结构进行仿真分析、对比,通过局部零件试验,对仿真计算结果的正确性进行验证。

高压开关柜温升超标原因分析及预防措施研究

一些电力负荷较高的地区普遍存在高压开关柜温升超标的情况,在一定程度上影响了整个电力系统的稳定性。为此,以KYN28A-12型开关柜为例,针对高压开关柜温升超标的原因进行分析,并提出预防措施。

多断口断路器的不均匀系数计算方法

分析了多导体系统的电容的求解原理,以某型双断口罐式SF6断路器为例,建立了相应的数学模型,使用ANSYS计算出电容,通过与实际测量结果进行对比,表明仿真结果与测量结果基本吻合。最后利用Multisim软件建立电路模型,计算出断口不均匀系数。

一种电子式互感器二次出线结构的可行性分析

通过对比传统电流互感器与电子式电流互感器二次出线结构的区别,提出了一种新型的二次出线结构,以适应新型电子式互感器发展的需求,并对其可行性进行分析。

高压开关铝壳体油漆脱落问题研究

分析高压开关的铝壳体油漆掉落的原因,并提出对油漆成分含量范围进行优化以及改进验收入厂油漆材料方法的措施,取得了良好效果。