±800kV换流变阀侧套管温度场仿真与大电流温升试验分析

随着我国高压直流输电工程的发展,输送功率不断提升,胶浸纸(resin impregnated paper,RIP)套管的发热问题越发突出。面对±800k V特高压直流输电工程进一步提升输送容量的挑战,为避免RIP套管发热严重、温度过高带来的安全问题,提出了一种RIP换流变阀侧套管的设计方案,并通过仿真模拟与温升试验进行验证。首先,在套管设计方案中,通过引入衬管结构、增加导体直径等手段来降低热点温度;然后,提出了一种针对RIP套管温度场的改进计算方法,对套管热设计进行了仿真校核;最后,对基于该设计方案制造的套管进行了温升试验考核。仿真与温升试验结果表明:该文提出的RIP换流变阀侧套管可以满足工程要求,其载流量(等效工频电流)可达6736 A。

基于AR技术的换流变压器阀侧套管局部高温故障多点红外预警方法

为保证换流变压器安全与稳定运行、及时发现套管内部由于放电引起的局部过热问题,研究了基于AR技术的换流变压器阀侧套管局部高温故障多点红外预警方法。考虑换流变压器阀侧套管的材料性能,以设备在实际工作状态下的正常温度变化为条件,根据套管的电流冲击变化形式,描述其温度场分布类型。基于AR技术构建三维虚拟空间,在摄像机三维跟踪过程中,转换现实场景中的被测物体信息,注册套管实时温度网。利用红外测距生成换流变压器阀侧套管温度直方图,以融合特征算法增强温度特征,对局部高温目标点定位,预警故障的具体位置。实验结果表明:本文方法能够在AR技术下对换流变压器阀侧套管进行场景转换,并在局部空间内标记出高温故障点位置,通过红外温度数据完成及时预警,具有应用效果。

换流变阀侧套管表带触指接触电阻数值计算

换流变阀侧套管的载流连接结构由中心导杆、载流端子以及表带触指组成。为了研究单片表带触指接触电阻与其所受压力的关系,基于Greenwood和Williamson接触模型(G–W模型)推导出单片表带触指接触电阻与压力的关系式,引入表带触指受力偏转修正和接触区域表面轮廓修正,得到3种不同电极组合(紫铜–紫铜、紫铜镀银–紫铜镀银、铝合金镀银–铝合金镀银)下单片触指接触电阻与压力的关系。同时,开展试验验证触指的受力偏转现象,测量了不同电极组合下单片触指随压力变化的接触电阻。研究结果表明:接触电阻随压力增大而减小,当单片触指压力为5~9 N时,修正后计算值与试验值的相对误差在10%以内,验证了修正的准确性。该研究可为提高套管电连接可靠性提供参考。

换流变阀侧套管水冷散热设计与优化分析

随着我国输电线路输送容量的提升,换流变阀侧套管的发热问题日益严重,为提升其长期运行可靠性,该文提出一种适用于换流变阀侧套管的强制水冷结构。采用三维电磁–热–流耦合方法对该结构套管温度分布进行仿真分析,并通过温升试验验证其冷却效果。仿真与试验结果表明,加入水冷结构后,套管内部温度下降明显,且当空气间隙为3mm、冷却水温为45℃时,温度对芯体电场影响最小。研究表明,强制水冷结构能有效解决套管发热问题,进而提高套管载流能力与运行可靠性。

换流变阀侧套管极性反转暂态电场模型降阶

随着以新能源为主体的新型数字化电力系统建设,实现主设备的数字孪生体系是未来数字电网的重要发展趋势,使用模型降阶方法提高计算效率并实现快速实时仿真,是数字孪生应用于电力设备多物理场仿真领域的重要基础。为此提出了一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)法求解换流变阀侧套管极性反转暂态电场的有限元快速计算方法,应用伽辽金有限元数值计算方法编程建立了换流变阀侧套管暂态电场刚度矩阵,提出了换流变阀侧套管芯体铝箔极板悬浮电位边界设置的强加虚拟齐次边界条件与稀疏矩阵联合的算法,通过矩阵奇异值分解对处理后的矩阵进行了主成分提取,构建了换流变阀侧套管电场降阶模型。研究结果表明,采用模型降阶方法得到的套管电场分布与商用软件计算的结果相近,同时,采用轻量化模型计算套管电场分布所需时间被大幅缩减,验证了模型降阶方法具有较高的准确性和计算效率,证明了采用模型降阶方法实现套管这种电力设备电场的快速计算和实时仿真的可行性。

高压阀侧套管载流结构传热系统结构优化与试验验证

随着我国特高压工程输送容量的提高,套管载流量逐渐升高,换流变阀侧套管的发热问题越来越严重,已成为制约其安全稳定运行的瓶颈。为解决特高压换流变阀侧套管研制中的短板问题,提出利用换流阀冷却水对阀侧套管进行强迫换热的热系统优化方法,开展了特高压换流变阀侧套管水冷式载流结构设计与优化,分析了传统±400 kV换流变阀侧套管的热场分布规律,优化设计了套管载流导杆的散热结构并提出了等效气隙热导率简化方法计算新型水冷套管热场分布,研究了水流速和电流幅值对水冷套管热场分布的影响。结果表明,随着电流幅值提升,水冷套管的载流导体和环氧芯体温度增加幅度远小于未采用水冷散热的阀侧套管;随着水流速度的提高,载流导体和环氧芯体的温度下降幅度逐渐减少,趋近于恒定值。研究表明,水冷式散热结构能大幅提高换流变阀侧套管的载流量和热裕度。

特高压直流换流变压器阀侧套管高环温强电流下轴径向的温度分布规律

为准确评估高环温、强电流下胶浸纸换流变压器阀侧套管的热性能,通过夏季负荷高峰期?800k V特高压直金华站换流变压器的运行温度测量,及双12脉动阀组换流变压器侧电流频谱特征的仿真分析,设计了模拟90℃换流变压器油温和50℃阀厅空气温度的高环温强电流下的套管热点温度试验测量系统;利用轴径向测温法掌握了胶浸纸换流变压器阀侧套管芯体温度分布特征;建立用于热点温度暂态值计算的指数函数模型,提出了基于热时间常数的IEC套管稳态温度修正方法。该研究结果可为特高压胶浸纸换流变压器阀侧套管电热耦合优化设计及运行工况下热性能的考核和评估提供方法及理论指导。

换流变阀侧套管振动模态及其法兰根部应力研究

套管法兰是换流变压器阀侧套管的薄弱部位,承受着换流变振动等复杂环境动力,易因长期机械载荷作用出现疲劳开裂,导致换流变压器停运。应力集中是导致结构疲劳开裂的主要因素,但现在少有针对法兰应力分布和疲劳的研究。为优化套管法兰根部结构、提高法兰疲劳强度,采用有限元仿真方法分析法兰应力分布,研究不同根部结构下法兰应力集中特征,并采用模态分析和响应谱分析研究振动载荷下法兰应力分布。研究发现:应力集中在法兰拐角位置并随法兰拐角曲率半径增加而降低;套筒上与法兰盘连接的加强筋能明显降低法兰拐角应力,降低幅度随加强筋宽度和高度增加而提升;三角形加强筋在靠近应力集中位置时能明显降低法兰拐角应力,降低幅度随加强筋安装角度增加而减小;连接的加强筋还对套管受竖直方向和轴向振动时法兰拐角最大应力有明显抑制作用。

高压换流变阀侧SF_6气体套管外绝缘结构设计

高压换流变阀侧套管是实现换流变压器与阀塔电气连接的重要设备,文中主要针对其外绝缘结构设计进行讨论。研究内容主要分为3部分:讨论了换流变套管的实际运行环境和承受的电压、电流波形特征;对换流变套管从空心复合绝缘子、套管均压罩、套管尾部3方面进行了设计和分析;建立了换流变套管三维电场仿真计算模型,在实际运行环境下对其外绝缘性能进行计算分析。研究结果表明:套管主绝缘宜采用电容式结构,且套管端部应装配苹果型均压罩;套管空心复合绝缘子的绝缘距离设计为7 490 mm,且尾部的绝缘距离设计为3 110 mm;在实际运行环境下,端部均压罩最大场强出现在下端面,其值为2386 V·mm^(-1)。文中的计算结果可为高压直流输电工程用换流变套管外绝缘设计提供一定的理论依据。

±800 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计分析

±800kV换流变阀侧套管是实现特高压换流变压器与阀塔电气连接的重要设备,主要针对其内外绝缘结构进行设计分析。讨论了换流变套管的实际运行环境和承受的电压、电流波形特征;利用等裕度法设计套管主绝缘结构,通过有限元法对其电、热、力多物理场进行模拟分析;对换流变套管从空心复合绝缘子、套管均压罩、套管尾部3方面进行了设计和分析;建立了换流变套管三维电场仿真计算模型,在实际运行环境下对其外绝缘性能进行计算分析。研究结果表明:套管主绝缘宜采用电容式结构,且套管芯子轴向场强最大值为0.62 kV·mm-1,额定运行条件下最热点温度为85℃,套管端部应装配苹果型均压罩;套管空心复合绝缘子的绝缘距离设计为7 490mm,且尾部的绝缘距离设计为3110mm。该计算结果可为±800kV高压直流输电工程用换流变套管绝缘结构设计提供一定的理论依据。

换流变压器阀侧套管选型技术

换流变压器阀侧套管承接着换流变压器阀侧出线内外绝缘,是支撑换流变压器长期稳定运行的核心元件。针对在运直流输电工程中阀侧套管发生的质量缺陷和现有行业标准的不足,通过调研目前国内直流输电工程3种典型绝缘结构换流变阀侧套管的技术要点,系统归纳了换流变阀侧套管的绝缘结构设计、耐热载流能力设计及绝缘材料选择、与阀侧引线对接配套、密封结构及机械强度设计、与阀厅封堵组合、户外端金具连接匹配等6项设备选型技术要点,提出了阀侧套管排产过程的品质控制针对性措施建议。相关研究成果指导了在建直流输电工程国产化换流变压器阀侧套管的选型应用。

±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计

±400 kV换流变压器阀侧套管的设计裕度均低于特高压等级换流变压器套管,且±400 kV换流变压器阀侧套管在换流阀厅用量较大,因此有必要针对±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计进行具体分析讨论。分析了±400 kV换流变压器阀侧套管双导电管结构的发热机理,从理论解析角度给出了双导电管结构的设计尺寸,进一步优化设计了套管的芯体绝缘结构,从内、外绝缘配合的角度给出了套管的外绝缘设计方案,并对其整体电场分布情况进行了校核计算:工作电压下其径向电场强度控制在3.11 kV/mm,工频耐压下其轴向电场强度控制在0.51 kV/mm,均满足±400 kV换流变压器阀侧套管设计电场强度控制要求。对研制完成的±400 kV换流变压器阀侧套管进行型式实验,结果表明所研制的套管通过了工频干耐受电压试验并局部放电测量、雷电冲击干耐受电压试验和温升试验等典型型式试验。

干式SF6气体绝缘换流变压器阀侧套管电流致热型放电故障分析及现场修复

为分析和诊断两例±500k V干式SF6气体绝缘换流变压器阀侧套管内部放电故障,对放电前后套管绝缘特征量和解体后内部特征进行了测试和检查;通过模拟故障套管运行环温和加载特征谐波电流损耗,对套管载流导电管和绝缘子外套温度分布规律进行有限元仿真计算;故障套管直流电阻值、SF6分解物含量、温度计算结果、解体后内部过热和放电痕迹表明：伊敏、宝鸡换流站两例套管放电故障均由载流导电管铜铝过渡接触电阻异常发热,尼龙导向锥过热分解物污染套管SF6/环氧树脂界面绝缘所致。依据IEC标准规定的套管热点温度要求和故障套管温度场计算结果,提出了绝缘子外套最热点温度与环境温度差为25℃的内部发热缺陷诊断准则,通过第3例同型号异常发热缺陷套管对诊断准则进行了验证。对75支同型号套管利用研制的缺陷套管现场修复装置在不移动换流变和不整体拔出缺陷套管的前提下完成了现场修复。研究结果可为SF6气体绝缘高压套管内部发热缺陷诊断和处理提供方法和依据。

高岭换流站换流变阀侧中性点偏移保护动作的分析研究

简要介绍了直流极保护中换流变阀侧中性点偏移保护的原理,分析了高岭换流站换流变阀侧中性点偏移保护动作的原因,指出其动作是正确的;在此基础上,根据一次设备的设计参数,对换流变阀侧中性点偏移保护的参数设定进行了修改,并对相应的换流变一次和二次设备进行了检测,未发现异常。最后指出,末屏电压在闭锁后波形出现畸变为电容电感耦合效应所致。

换流变压器阀侧套管防火墙洞口封堵研究

换流变压器阀侧套管穿过阀厅防火墙洞口与内部阀组连接,如果换流变压器发生火灾并烧穿防火墙洞口的封堵结构,将严重破坏内部阀组,造成巨大的经济损失。该防火墙洞口的封堵结构需要考虑耐火性能和强度要求,保证阀厅整体耐火完整性,将事故损失降至最低,同时要满足电磁屏蔽性能,避免涡流发热。

自平衡策略的电流互感器取能调速风冷装置设计

随着我国电力系统输电量逐年上升,输电网络中的换流变压器阀侧套管等关键设备部件热功率也随之增大,因此有必要设计开发散热风机等设备,实现过热故障多发点的主动散热。设计研发一种电流互感器(CT)取能调速风冷装置,利用CT从输电线路上获取能量为散热风机供能,以解决输电线路现场常规电源无法使用的难题。针对CT的取能能力随着输电线路电流不断变化且不受控的问题,设计一种功率主动自平衡新策略,通过利用负载的控制自由度来适应CT二次侧电流的宽变化范围,从而扩展装置的稳定运行区间,提升电源的取能能力。将装置套装在交流输电母排上进行实验验证,母排电流的有效值在上千安培范围内变化,装置始终稳定且保持60%以上的功率容量利用率。

侧流式深采抽油泵的研制与应用

现有的有杆泵满足不了深度>3000 m的深层油井的开采需要。研制了侧流式深采抽油泵,具有柱塞强度高、冲程长、泵效高的特点,在不增加地面动力设备和不提高井口设备、管线的耐压水平的前提下,可满足4000 m以下深抽工艺的要求,延长检泵周期,降低采油成本。

直流电压下纤维小桥对油纸复合绝缘局部放电特性的影响

为研究直流电压下油纸绝缘纤维小桥的产生原因及其对局部放电（简称局放）过程的影响,搭建了直流油纸绝缘实验平台,采用水平及垂直针板模型,对包括小桥形貌、局放起始电压、局放重复率、局放放电量在内的多个因素进行了检测分析。结果表明：在直流电场作用下,纸板表面纤维分子链断裂产生游离态纤维杂质,进而形成小桥。由于受力情况不同,小桥呈现堆状、非贯通状及贯通状三种形态。受纤维小桥影响,油纸绝缘针板模型局放起始电压降低,当油隙距离处于12.5～15mm之间时降低程度最大,当小桥呈堆状时降低现象最明显;局放脉冲次数增加,放电在时间上出现了＂伸缩＂效应;局放单次放电量减少,且密集放电阶段末期常出现较高强度的放电脉冲,随后在稀疏放电阶段脉冲强度逐渐减小。分析表明,上述现象是因纤维小桥畸变了油隙内电场分布和电场恢复过程而形成的。

换流变压器穿墙套管封堵涡流损耗优化研究

文中探究了换流变压器穿墙套管封堵金属板产生涡流损耗的机理，以及影响其涡流损耗的多种因素，主要包括封堵板的材质，换流变阀例电流及其谐波电流的大小，以及封堵板的分割布局方式等；同时，利用Ansoft Maxwell软件对这些影响因素分别进行仿真研究，进一步分析了这些因素对于封堵板涡流损耗的具体影响方式。由此探究降低封堵板涡流损耗的方法。本文提出的降低封堵板涡流损耗的方法和建议在阀厅施工及安装方面具有重要的参考价值。

换流变压器穿墙套管封堵涡流损耗优化研究

本文探究了换流变压器穿墙套管封堵金属板产生涡流损耗的机理，以及影响其涡流损耗的多种因素，主要包括封堵板的材质，换流变阀侧电流及其谐波电流的大小，以及封堵板的分割布局方式等；同时，利用Ansoft Maxwell软件对这些影响因素分别进行仿真研究，进一步分析了这些因素对于封堵板涡流损耗的具体影响方式，由此探究降低封堵板涡流损耗的方法。本文提出的降低封堵板涡流损耗的方法和建议在阀厅施工及安装方面具有重要的参考价值。