基于气隙缺陷场强分布的绝缘子优化研究

某型号GIS刀闸转轴绝缘子发生放电故障,推测其原因为绝缘子内部出现气隙而导致绝缘劣化。对绝缘子进行优化,并对优化前、后绝缘子中同一形状气隙位于绝缘子不同位置对绝缘子场强分布的影响进行分析,结果显示,当气隙位于电极与树脂交界面和绝缘子中间部位时,对绝缘子场强分布影响较大。对优化后的绝缘子进行了温度、机械-电场老化试验,并通过了工频、雷电冲击试验和工业CT检测的验证。

±320 kV直流电缆终端界面气隙缺陷的直流局放试验电压确定方法

局部放电试验作为交流系统中缺陷检测的有效手段得到了广泛使用,但是直流电缆的直流局放检测试验方法还处于初级阶段。为了确定直流局部放电检测的现场试验电压,本文研究了直流试验电压幅值与±320 kV电缆预制式终端气隙缺陷检出率之间的关系。将±320 kV电缆预制式终端复合界面上的气隙缺陷作为研究对象,通过多物理场仿真计算气隙缺陷内的最大电场强度,以电场强度超过阈值来判断该缺陷是否可能发生局部放电;基于概率统计分析,建立了考虑电缆运行温度和气隙位置等随机因素条件下电缆接头的局部放电概率密度函数,给出了缺陷检出率与环境温度和直流试验电压的函数关系式。结果表明:电缆界面的气隙缺陷检出率与环境温度和直流局放试验电压的函数关系式符合4次方幂函数关系式,且检出率水平随环境温度的升高而升高;若直流试验电压取1.85U0,20℃时的检出率为99.25%,30℃时的检出率可达99.85%。据此函数关系式可以确定直流试验电压幅值。

基于多元非线性回归模型的220kV电缆油终端缺陷场强预测

电缆油终端在施工时留下的主绝缘划伤缺陷将引起场强畸变,进而导致局部放电,引发绝缘故障。建立220 kV电缆终端主绝缘划伤模型,进行网格划分提高计算精度,利用COMSOL Multiphysics仿真软件研究不同缺陷长度、深度以及位置的电场分布,提出一种基于多元非线性回归模型的终端缺陷场强预测方法。结果表明:缺陷处场强最大值随长度增大而增大、随深度增大而减小,缺陷位于应力锥根部时场强最大。距应力锥根部20 mm,缺陷长度和深度各为2 mm和1 mm时,缺陷处场强最大值为14.5 MV/m。经回归分析预测,所提方法误差均在5%以内,为故障分析提供一种新的思路。

以电场特征理解电缆终端气隙的局部放电发展机理

为了研究气隙缺陷导致电缆终端绝缘失效的机理,基于电场分析探讨了终端气隙的局部放电发展过程。建立了终端气隙缺陷的有限元模型并进行了电场理论计算,阐述了气隙对终端电场分布的影响并分析了气隙沿电缆轴向和径向的电场强度特征,讨论了气隙参数与终端气隙内电场强度最大值之间的关系。进而,通过实验终端电热老化实验中的局部放电检测发现,运行条件下终端气隙缺陷放电迅速发展,在不同的老化阶段表现出不同的放电特征。同时,观察老化前后的气隙缺陷发现,老化后气隙内的绝缘毛刺被烧蚀,通道狭长平滑。结合气隙的电场特征分析说明,半导电层截断位置集中的电场导致此处的气隙更容易发生局部放电,而放电表现出的阶段性差异与气隙通道的逐渐贯穿密切相关,通过简化的放电模型可以描述气隙的放电发展机理。

无机纳米颗粒抑制中压电缆终端气隙缺陷局部放电的有效性

针对中压电缆终端气隙缺陷中的局部放电(PD)导致终端绝缘迅速劣化的问题,提出了一种在气隙缺陷处填充TiO_2复合涂料抑制终端PD的方法,从终端PD特征及缺陷表面的微观形貌特征两方面研究了TiO_2复合涂料填充对缺陷处绝缘的影响。通过在10k V电缆终端中设计典型的气隙缺陷,并在缺陷处填充复合涂料进行电热老化对比试验,测试分析了不同老化时刻下终端的PD特征,并对老化后期缺陷的表面形貌特征进行分析。通过建立气隙缺陷的有限元模型,结合电场仿真进一步阐述复合涂料填充对终端PD及缺陷表面形貌特征的影响机制。研究结果表明:填充TiO_2复合涂料后终端PD放电能量得到大幅减小,随着老化时间的增加,终端放电重复率及放电相位分布差异较小;气隙缺陷表面较平整,填充后团聚物中碳含量降低了31%,验证了气隙缺陷处填充TiO_2复合涂料可以抑制终端PD发展,并减缓终端绝缘的劣化。

GIS电缆终端缺陷综合局放诊断与分析

笔者结合实际工作中发现的一起GIS电缆终端典型局放异常事例,介绍了采用高频、特高频等局放检测手段对局放源进行初步定位,利用高速采集示波器通过读取脉冲时延的方法对局放源进行精确定位,并在实验室对局放检测与定位结果进行了验证,最终应用CT扫描的方法准确地查找到GIS电缆终端存在的气隙缺陷。

12kV固体绝缘开关柜中绝缘气隙缺陷的放电特征

为获取12k V固体绝缘开关柜内部绝缘材料中气隙放电特征,搭建12k V固体绝缘开关柜内部绝缘材料气隙缺陷放电试验平台,测量气隙放电在不同电压幅值、不同气隙直径以及不同谐波频率下的局部放电信号。提取并分析气隙缺陷在不同电压幅值下局部放电三维特征图谱,比较不同频率下气隙缺陷放电在正、负半周期内的局部放电差异。研究结果表明,固体绝缘开关柜内部绝缘材料在有气隙缺陷情况下,不同的电压幅值会影响放电量大小与放电次数;谐波频率越高,每周期的放电次数越多,但正、负半周的单次最大放电总量维持在一定的水平,不会出现较大的波动;绝缘介质的气隙直径越大,放电次数越少,每次放电的放电量越大,危害越严重。据此获得的不同试验条件下的n-φ-q三维图,可用于固体绝缘开关柜气隙缺陷放电的模式识别,也有助于对固体绝缘开关柜内部绝缘材料缺陷放电提供理论指导。

10kV电缆终端绝缘气隙缺陷的局部放电及缺陷表面烧蚀特征

为研究电缆终端主绝缘含气隙缺陷下的局部放电(PD)及缺陷表面的形貌特征,通过在10 k V电缆终端上制作典型的气隙缺陷,利用电缆附件电热老化平台模拟终端的实际运行工况并加速老化,利用罗戈夫基线圈传感器提取终端在不同老化时刻下的PD数据,并用扫描电镜(SEM)对气隙缺陷的表面形貌特征进行观察。结合气隙缺陷内部的电场分布进一步分析终端PD的发展规律。结果表明:电缆终端的PD及气隙缺陷表面的形貌特征在不同老化时刻下呈现明显差异,缺陷表面XLPE的碳化过程提高了气隙缺陷的表面电导率,加快了缺陷表面电荷的耗散速度。

水分在环氧树脂复合绝缘子护套中的渗透特性

水分是导致芯棒老化甚至断裂的重要因素。水分可在护套中渗透并进入芯棒,因而护套减弱水分在其中渗透过程的性能与复合绝缘子的耐老化性能密切相关。采用脂环族环氧树脂制成复合绝缘子护套,以提高护套减弱水分渗透的性能。为比较环氧树脂与传统硅橡胶材料减弱水分渗透的性能,采用称重法获得了两种材料吸湿时的质量变化,通过渗水试验测量了水分在两种材料中的渗透速率。在试验基础上,对芯棒和护套间界面存在气隙时水分渗透过护套的过程建立了模型。试验和模型结果表明:水分在这两种材料中的扩散均满足朗缪尔扩散模型;环境温度为25℃时,3～5mm厚环氧树脂护套的渗水速率为同样厚度的硅橡胶护套的4%～6%;Langmuir模型中参数α、β的比值α/β与护套材料减弱水分渗透的性能呈现正相关,环氧树脂护α/β的值为2.8左右,硅橡胶护套α/β的值为1.0左右;采用环氧树脂护套可以延长芯棒和护套界面气隙内水分质量浓度到达饱和的时间。因此,与传统硅橡胶护套相比,环氧树脂护套可以更好地减弱水分在其中的渗透。

XLPE电缆终端绝缘气隙缺陷的局部放电烧蚀特征

为研究气隙缺陷导致交联聚乙烯(XLPE)电缆终端绝缘破坏的机理,对内部设置气隙缺陷的XLPE电缆终端进行电热老化实验与局部放电(PD)检测实验,并通过扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析老化前后气隙的表面形态及元素组成。结果表明:XLPE电缆终端绝缘内部的气隙缺陷在运行条件下PD迅速发展并表现出显著的阶段性特征,气隙通道的快速击穿与气隙接触点周围的气孔受电场应力作用而扩张的关系密切,接触点经放电烧蚀逐渐形成碳颗粒。

气隙局部放电模型的Simulink仿真研究

电气设备经常会由于多种原因而存在气隙缺陷,气隙缺陷会导致电气设备局部放电的发生,不利于电气设备的正常运行.本文对含有气隙缺陷的试样进行局部放电研究,通过Simulink实现仿真过程,并观察设备存在气隙时,发生局部放电的物理过程和变化规律.应用工程计算的方法,确定Simulink仿真中的关键参数,从而使模拟仿真更接近于绝缘试品中气隙缺陷的实际放电过程,为了解局部放电的发生机理提供更加准确、直观的依据.

负荷变化对电缆终端局部放电行为的影响研究

负荷波动可能会影响电缆终端的局部放电(partial discharge,PD)行为,为了研究负荷对终端局部放电行为的影响,通过在35 k V电缆终端中设计典型气隙缺陷,利用终端电-热协同老化平台进行对比实验,分析了不同负荷下终端局部放电及热稳态时的温度分布特征。此外,建立了终端有限元模型,对不同负荷下缺陷处温度进行仿真计算,分析缺陷处温度与终端局部放电行为之间的关系。结果表明:不同负荷下终端局部放电幅值、放电次数及放电相位分布存在明显差异;线芯与终端表面温差随着负荷增长而增加;气隙缺陷处温度高于25℃时终端局部放电强度显著增强。结合不同负荷及环境温度下终端气隙缺陷处的温度仿真,根据终端的负荷情况及测试现场的环境温度可以预测终端局部放电测量的合适时机,有利于对绝缘状态的准确评估。

气隙缺陷局部放电起始电压估算的研究

根据汤姆森击穿理论,针对气隙缺陷模型,提出了1种基于该理论的局部放电起始电压和击穿电场的估算方法。并通过试验与仿真进行了对比,结果表明,估算公式对局部放电起始电压和击穿电场的估算具有一定的指导意义。

缺陷对电缆中间接头温度分布影响的仿真研究

电缆中间接头在制造或者安装的过程中易产生缺陷,导致局部温度上升而加速绝缘老化,对电力系统的稳定运行造成威胁。但实际中无法直接测量电缆接头内部的温度,因此有必要对电缆接头的内部温度分布进行仿真研究。利用ANSYS软件建立了电缆中间接头以及其内部存在缺陷的二维、三维物理模型,并对其进行温度场仿真分析。结果表明:当电缆中间接头不存在缺陷时,其温度沿径向自内向外逐渐降低,轴向温度自中心位置向两边逐渐降低;当电缆中间接头中的交联聚乙烯/硅橡胶界面存在气隙、水汽、导电颗粒时,接头内部局部温度受缺陷处材料热导率的影响;气隙的尺寸越大,对局部温度的影响越大,局部升温范围是气隙本身尺寸的5倍;气隙位置越靠近接头两侧,局部升温越高。

矿用高压电缆绝缘中气隙缺陷处电场分布及影响因素分析

为了全面掌握电缆绝缘中气隙缺陷处电场分布的影响因素及规律,以矿用高压XLPE电缆为研究对象,利用ANSYS有限元软件建立了包含气隙缺陷的电缆结构模型;在对绝缘中气隙的形状、尺寸与电场强度的关系进行理论分析的基础上,仿真研究了气隙的形状、尺寸、位置及绝缘层厚度对气隙中电场分布规律的影响。结果表明,4种不同形状的气隙中,椭圆柱体气隙缺陷处的电场强度最大,且垂直于绝缘中电场方向的气隙长度越大,气隙中电场强度越大;对于气隙尺寸,r值越大,气隙处电场强度越大,而气隙大小的变化对气隙处电场强度的影响并不大;对于不同半径的气隙,随着气隙距离导体屏蔽层距离的增大,气隙处最大电场强度均先增大后减小;对于给定尺寸的气隙,随着绝缘层厚度的减小,气隙中电场强度与绝缘中电场强度均相应增大。这些结论为气隙缺陷局部放电等相关研究奠定了基础,同时也为电缆的运行与维护检修提供了技术指导。

GIS内部气隙缺陷局部放电特征的试验研究

封闭式气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)绝缘故障的前期表现为击穿前的局部放电,对此,构建了以PDchecke(r基于局部放电电流脉冲波形的局放检测仪)为核心的GIS局部放电检测系统,设计制作了GIS内部气隙缺陷的试验模型。使用脉冲电流法检测了不同发展阶段的局部放电信号。试验结果表明:气隙缺陷的局部放电具有电压相关性,即随着电压的升高,PRPD谱图中放电的幅值及放电相位会发生改变、最大放电量会在电压增加到30 kV时急剧增加,相邻2次放电的时间间隔会缩短。放电信号各自具有独特的特征,表现在PRPD(基于相位的局放分析)谱图、Qmax(最大放电量)等各个方面,PRPD谱图等参数的变化特征可以作为GIS局部放电发展程度划分的依据。

异型波电压下气隙缺陷的局部放电检测方法设计

设计了三种异型波,将其应用于含气隙缺陷的交联聚乙烯绝缘材料局部放电检测试验中,旨在探索一种便捷、无损、准确、可靠的针对气隙缺陷进行局部放电检测的方法。首先,制作了含气隙缺陷的绝缘试样模型,在工频交流电压下对气隙缺陷试样进行局部放电试验;其次,设计并制作了三种异型波,利用所设计的异型波对相同的试样进行局部放电试验;最后,对比分析了在工频交流电压及三种异型波电压下的局部放电试验结果。研究结果表明:不对称振荡波为检测含气隙缺陷绝缘试样的最佳异型波;异型波电压与交流电压下的放电等效性较好,最佳异型波电压下的局部放电起始放电电压更小、放电量更大、放电次数更多、相位分布更广。综上,异型波电压可用于提高局部放电检测的准确性,在去噪与无损检测等方面具有一定的优势。

气隙缺陷局部放电下空气分解组分特性研究

为探索一种新的开关柜局部放电(PD)检测方法——气体分析法,笔者对不同PD强度下空气分解组分特性进行了相应的模拟实验研究。利用构建的气隙绝缘缺陷模型在研制的PD分解实验平台上对空气进行24 h PD分解实验,并研究了气体分解组分、体积分数、产气速率与放电量的关联特性。实验结果表明,因气隙绝缘缺陷产生的PD导致空气分解为CO、NO、NO2、O3等组分,且各组分的体积分数增长特性有明显差异。CO和NO2气体的体积分数随工频周期内平均放电量QP的增加均呈现"线性—饱和"的增长趋势,NO2先于CO出现饱和且饱和度要低于CO。在较低PD强度下CO的产气速率与QP表现近似线性的关联性。

高压开关柜内部气隙放电模型及其电场分析

针对高压开关柜中典型的内部气隙放电,建立内部气隙放电有限元分析模型.通过气隙处电场分析,得到该模型的电晕起始电压和电晕层厚度,并研究气隙模型参数对内部气隙处电场分布变化的规律.在此基础上,研制出内部气隙放电模型实物,并搭建高压开关柜局部放电模拟试验平台,测量内部气隙放电模型的电晕起始电压.结果表明:实验结果与仿真结果相近,证明模型有限元分析及实物研制的一致性.

110 kV电缆中间接头半导电层缺陷局部放电测试技术研究

高频电流耦合法(HFCT法)和检测阻抗法是高压电缆局部放电检测重要手段,两种方法局部放电检测装置以及数据分析方法均不相同,致检测数据难以横向比对,给运维和检修带来困难。为比较两种检测手段的局部放电特性和检测性能,本文建立基于高频电流耦合法(HFCT法)和检测阻抗法的电缆中间接头气隙缺陷试验系统,设置了110kV电缆中间接头外半导层气隙缺陷模型,逐级升压激发缺陷的局部放电信号,利用PD-check采集和分析两种方法得到的放电谱图、单次脉冲的时频域特征。实验结果显示,在相同的局部放电测试环境下,检测阻抗法的抗干扰能力及测试灵敏度优于高频电流耦合法。