基于Altair Flux仿真的中压空气开关柜绝缘故障分析及优化

中压空气绝缘开关柜是电力系统中重要的电气设备,具有使用量多、分布广的特点,其稳定运行能力直接影响电力系统的安全可靠性及电网的正常供电。良好的绝缘性能对开关柜安全可靠地运行至关重要,文章以实际绝缘故障案例为研究对象,分析其绝缘故障产生的原因,利用AltairFlux仿真分析,提出了提高中压开关柜绝缘能力的改进优化措施及智能化预防方案,为今后开关柜设计提供一定的指导。

AIS隔离开关智能在线监测和状态评估系统

随着电力系统对智能化和可靠性要求的不断提高,变电站内隔离开关仅有的电机热偶保护已经无法应对实际错综复杂的各种故障类型以及满足电力系统发展需求。结合隔离开关常见故障以及实际检修工作需求,提出一种AIS(空气绝缘开关设备)隔离开关智能在线监测和状态评估系统方案,给出了系统的整体架构、功能,并对其技术路线进行了分析,该系统可实现隔离开关的故障在线监测和运行状态评估,为提高隔离开关的变电检修和消缺效率提供了一种新的思路和方案。

110kV AIS隔离开关操作产生的瞬态磁场特性研究

在空气绝缘变电站(air insulated substation,AIS)中,隔离开关操作产生的电弧是变电站最主要的电磁干扰源,会在空间中产生高频的电磁辐射并耦合到二次设备上,影响二次设备的正常运行。为了研究隔离开关操作引起的瞬态磁场,文中设计了模拟实际隔离开关操作的骚扰源系统,利用该系统研究了110kV AIS隔离开关分合操作所产生的磁场随母线参数、隔离开关触头距离、电源容量变化的规律。结果表明:该系统可以产生频率在1.1 MHz至1.8 MHz之间、最大磁场强度为235 A/m的空间磁场,与现有文献报道的户外变电站隔离开关操作磁场实测数据相吻合。

城市供电网使用GIS与AIS系统的比较

ABB公司进行的研究表明，对于城市供电网而言，采用高压气体绝缘开关装置(GIS)与高压电缆相结合，比采用空气绝缘开关装置(AIS)和架空线更具有优越性。GIS变电站比较紧凑和灵活，能够设置在靠近负荷中心的地方，可以更高效地配置高压系统和中压配电网。在投资和运行费用方面的节约，足以补偿GIS与电缆的较高成本。其优越性还包括可靠性较高，且在没有额外场地的情况下可以将整个GIS变电站归并在现有的建筑物内。

12 kV大电流空气绝缘开关柜绝缘设计研究

空气绝缘开关柜作为电气设备中的重要组成部分,其安全稳定运行直接影响到整个电力系统。以12 kV/5000 A大电流空气绝缘开关柜作为研究对象,依据GB、IEC等相关标准,对绝缘件的选型、工艺以及内部结构进行了优化设计;基于电场分析三维模型,分析了开关柜的关键部位零部件对于电场分布的影响。开发设计的12 kV/5000 A大电流空气绝缘开关柜一次性顺利通过了型式试验验证,可满足用户大容量配电需求。

新型40.5kV/2500A干燥空气绝缘充气柜温升控制研究

采用干燥空气取代SF_(6)绝缘的中压充气柜,符合绿色环保发展方向,但空气的对流散热能力弱于SF_(6),这对充气柜的散热结构提出了更高要求。文中提出了一种采用纵向直线布置主回路的40.5 k V 2 500 A干燥空气绝缘充气柜总体结构,其具有主导电回路短、发热功率较低的特点。对该充气柜进行发热与散热分析、仿真和试验研究,发现采用常规结构气箱时,其内部空气温升达60 K左右,气箱内热量无法散到气箱外部是整体温升超标的主要因素。从增强对流散热和辐射散热方面对散热结构进行优化,重点设计了柜体侧板外表面的散热通道,优化后的方案通过了1.1×2 500 A温升试验,验证了设计和优化思路的可行性。

基于FLUENT的示踪氦气在GIS绝缘空气中扩散规律及泄漏检测研究

为控制温室效应,减少SF6气体的使用量,气体绝缘开关设备(GIS)开始尝试采用环保气体洁净空气作为绝缘介质,但气体压力必须满足额定压力要求。为能及时发现泄漏,在洁净空气中加入示踪氦气,通过监测示踪氦气来判定绝缘介质泄漏状态及泄漏点位置分布。结合洁净空气泄漏检测评估实验装置模型,基于FLUENT软件,采用SpaceClaim搭建二维气体传递现象模型,进行实际尺寸的GIS母线内洁净空气背景下充入不同压力示踪氦气后泄漏扩散分布规律的仿真研究。分析充入1kPa示踪氦气后,不同泄漏点位置示踪氦气的分布情况,以及不同泄漏点位置检测到氦气的时间顺序。结果显示,GIS母线内壁附近氦气浓度分布高于中间层区域,氦气分压为1kPa时,泄漏口A、B、C位置分别在50s、350s、850s时开始检测到示踪氦气的存在。示踪氦气泄漏的传感器检测实验结果显示,在A、B、C三个泄漏口检测到示踪氦气的时间分别为39s、313s、809s,与基于FLUENT的理论分析结果基本一致。母线内扩散平衡后三个泄漏口检测到的氦气体积分数均为1 402μL/L,与分压法配制的示踪氦气理论体积分数1 426μL/L吻合较好。该方法可为GIS中洁净空气泄漏检测及泄漏点传感器位置的优化布置提供理论参考。

基于全寿命周期成本理论的变电站经济性评价模型

针对变电站在设计和改造过程中如何经济合理地选择配电装置的问题,建立了基于全寿命周期成本(LCC)理论的变电站经济性评价模型。考虑到变电站不同配电装置寿命周期不同,将LCC等年值作为变电站选型的经济性评价指标,并对影响经济性的重要因素进行了灵敏度分析;以500 kV变电站为例,计算了气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)变电站和空气绝缘开关设备(AIS)变电站全寿命周期成本的等年值;基于计算结果,对GIS变电站和AIS变电站的经济性进行了评价,并对影响变电站经济性的两个重要因素(土地成本和设备购置费用)进行了灵敏度分析。研究结果表明:在当前的价格水平下,对于偏远地区变电站,选择AIS配电装置更为经济合理;随着土地成本的升高或GIS设备成本的下降,GIS变电站的经济性将优于AIS变电站,城市变电站选择GIS配电装置更为经济。

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。

12～72.5kV无SF_6干燥空气绝缘开关设备的应用实践

文中介绍了目前中国新开发的12～72．5kV无SF6绝缘介质的开关设备的结构及其主要技术参数，断路器采用单断口真空断路器，选择干燥空气作为外绝缘介质，12-40．5kV电压等级使用C-GIS结构的形式，72．5kV电压等级使用H-GIS结构的形式。通过对12-72．5kV系列无SF6气体绝缘开关设备产品的工程应用实践，总结了其使用特点。

无SF_6气体绝缘开关设备中干燥空气作为绝缘介质的使用

SF_6由于其优异的灭弧及绝缘性能已被广泛应用于电力开关设备中,然而因其巨大的温室效应指数正日益受到关注并基于环保的压力成为被替代的研发热点。文中介绍了无SF_6气体绝缘开关设备中干燥空气作为介质的使用及相关的问题,涉及到干燥空气的绝缘性能、干燥空气与其他绝缘介质的性能对比、干燥空气使用时对水份含量的要求,干燥空气泄漏时的检验方法以及隔离开关开断母线转移电流时所使用的原理等,以此作为无SF_6以干燥空气绝缘的开关设备的应用技术基础。

40.5kV高压开关柜绝缘故障原因分析及处理

对40.5kV高压开关柜绝缘故障进行统计分析,认为故障率高的主要原因是空气绝缘净距不足、绝缘材料老化、复合绝缘配合不当和绝缘材料质量较差等绝缘缺陷,并对这些绝缘缺陷进行深入分析,分别提出现场已运行和新装用40.5kV高压开关柜的处理措施。

MTS在500kV变电所中的应用

分别对混合技术开关设备和常规敞开式开关设备进行了详细的技术和经济比较,并提出了混合技术开关设备在超高压变电所中应用的优越性。

高压混合技术开关设备及其应用

混合技术开关设备(MTS)是在空气绝缘开关设备(AIS)和气体绝缘开关设备(GIS)技术基础上发展起来的一类紧凑型多功能开关组件,广泛应用于变电站的扩建和改造。介绍和比较了MTS的分类及其与常规AIS和常规GIS的区别,以及最新颁布的相关IEC标准。分析了MTS占用空间、可靠性、可扩展性和寿命周期成本方面的特点,介绍了典型MTS产品及其应用情况。

中压开关柜技术的进步

综合介绍日本小型化中压开关柜研制方面走在世界前沿的情况,如:配多功能真空灭弧室的开关柜、固体绝缘开关柜及压缩空气绝缘开关柜等。介绍这些中压开关柜的结构、功能和原理。

750kV敞开式配电装置导线选型研究

针对750 k V敞开式配电装置导线选型的适应性和经济性问题,综合分析了载流量、电晕、无线电干扰、可听噪声以及导线对配电装置的影响,从节约工程投资角度考虑,提出了既满足电气性能又具有良好经济性的选型方案。分析结果表明:750 k V敞开式配电装置安装在海拔1 000 m及以下时,宜选用双分裂导线;安装在海拔1 000 m以上时,可选用四分裂导线。

不同标准体系下空气绝缘金属封闭开关设备环境适应性的要求与绝缘性能评估

空气绝缘开关设备因其制造简单、成本合理等优势在电网系统和工商业用户中取得较大的应用市场。由于运行地区的海拔高度,空气湿度以及污秽不尽相同,海拔高度影响了空气密度,进而影响其绝缘强度。空气湿度与污秽对固体绝缘件表面的绝缘性能影响较大,同样影响开关设备整体的绝缘可靠性。文中基于有关开关设备的GB,IEC以及IEEE等几个典型的共用与专用标准体系关于运行环境的要求以及相关的性能评估标准进行了全面梳理,旨在提醒开关设备设计工程师在产品设计阶段需要全面考虑环境因素对开关设备运行可靠性的影响,以便采用更为优化的设计满足不同运行环境的用户需求,确保产品可靠运行。

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.

高压开关复合绝缘与固体绝缘结构技术的应用与发展

本文介绍了高压电器中绝缘结构的发展方向以及复合绝缘与固体绝缘在高压开关设备中的应用

基于红外图像实例分割的敞开式开关设备发热缺陷智能诊断方法

红外热成像是监测和诊断高压开关设备发热缺陷的方法之一,具有非接触、无损伤等优点。海量红外图像数据的处理对信息挖掘、目标识别和智能诊断提出了更高的要求,而现有方法在故障区域识别、关键特征提取和缺陷分类等方面仍存在不足。因此,文中提出了一种基于红外图像实例分割的敞开式开关设备发热缺陷智能诊断方法,利用Mask R-CNN进行感兴趣区域的自动提取与分割,构建轻量级卷积神经网络并引入到Mask R-CNN的最后一步,利用迁移学习进行模型训练,实现发热缺陷的自动识别。测试结果表明,文中方法对感兴趣区域识别的平均精确度为0.813,每秒帧数为5.196,在精度和计算速度上均高于目前的主流目标检测方法,同时在Mask R-CNN中引入的轻量级卷积神经网络使分类精度达到96.66%,特别适用于电力物联网下的智能终端设备。