交流GIS提上式微粒陷阱优化设计方法

金属微粒是引发交流GIS绝缘故障的主要原因之一,微粒陷阱作为抑制微粒运动的关键组件,尚缺乏微粒抑制机制与定量设计方法。文中搭建了真型GIS微粒陷阱捕捉过程观测平台,分析了微粒陷阱的捕捉机制,微粒陷阱对底部电场强度的抑制作用以及微粒运动的高度分布是影响微粒陷阱捕捉效果的关键因素。基于陷阱捕捉机制定义了微粒陷阱的危险系数,以评估微粒陷阱对不同特征微粒的捕捉能力,进一步建立了考虑微粒荷电碰撞运动特性的微粒陷阱捕捉过程仿真模型,仿真计算了不同参数微粒陷阱的危险系数与捕捉概率,获得了微粒陷阱的最优尺寸。提上高度为4 mm的110 k V微粒陷阱与提上高度为6 mm的220 kV微粒陷阱具有最佳的微粒抑制效果,最后通过实验验证了仿真优化结果的有效性。提出的微粒陷阱优化设计方法可为不同电压等级的陷阱设计提供定量指导。

直流GIS/GIL中驱赶电极与微粒陷阱的协同抑制作用及优化设计方法

直流气体绝缘组合电器和封闭输电线路中的运动金属微粒是造成绝缘故障的重要原因,采用驱赶电极可使微粒朝远离绝缘子的方向运动,与微粒陷阱配合使用可显著提高微粒的捕获概率。该文首先建立微粒与驱赶电极的碰撞动力学模型,发现受驱赶电极作用的微粒落点具有强集中性,进而考虑电场畸变特性与微粒落点分布对驱赶电极的结构参数进行了优化设计。进一步以微粒陷阱的捕获概率优化为目标,提出驱赶电极与微粒陷阱的协同布置策略,相较于无驱赶电极时,陷阱布置在驱赶电极下微粒集中落点位置时的捕获概率提升了20%。同时,考虑驱赶电极对陷阱中微粒入射角的影响,提出驱赶电极与微粒陷阱结构参数的协同优化方法,增加了微粒在陷阱内碰撞次数,提高了微粒陷阱的捕获概率。具体结果表明,当驱赶电极倾角为8°、陷阱倾角为50°时,微粒陷阱的捕获概率最高,可达69.8%。通过搭建包含驱赶电极与微粒陷阱的实验平台,验证了协同布置策略与参数优化方法的有效性。所提出的驱赶电极与微粒陷阱的协同设计方法适用于不同尺寸的直流气体绝缘装备,可为实际工程的微粒有效抑制提供指导。

微粒陷阱对直流稍不均匀场中球状自由导电微粒运动的影响规律

针对气体绝缘系统（GIS）中自由导电微粒无害化研究问题,明确微粒陷阱对直流稍不均匀场中导电微粒运动的影响规律可指导后续微粒陷阱的设置。为此,建立了球状导电微粒在直流稍不均匀场中的运动方程,获得了导电微粒的运动轨迹,并将其分为水平滚动、起跳与反弹3个阶段;仿真分析了微粒陷阱宽度、深度对周围局部场强的影响,表明陷阱宽度是影响陷阱周围电场分布的主要因素;对比研究了在水平滚动和起跳两个阶段设置微粒陷阱对导电微粒的捕获效果,表明在起跳点处设置微粒陷阱可能导致导电微粒提前起跳,在水平滚动阶段设置微粒陷阱对导电微粒的捕获具有明显效果,并给出了水平滚动阶段微粒陷阱设置准则。最后,通过相关实验验证了上述结论的准确性。

气体绝缘输电管道微粒陷阱设计技术研究进展

金属微粒是威胁气体绝缘输电管道(GIL)设备绝缘性能的主要因素之一,微粒陷阱作为抑制GIL内微粒的重要措施,其设计技术是GIL的关键技术之一。该文对GIL微粒陷阱设计技术研究进展进行梳理,首先简要介绍了GIL微粒陷阱的发展历程,并对已有的GIL微粒陷阱设计方法进行归纳总结;然后概述了GIL内金属微粒的运动特性,重点对比了交、直流电压下金属微粒运动特性的差异性,并进一步分析了交、直流GIL中微粒陷阱的捕捉机制,提出了相应的设计原则;此外介绍了微粒陷阱参数优化与布置策略等关键设计技术,提出了通过建立微粒运动轨迹计算模型分析陷阱捕捉效果的方法,获得陷阱优化参数与最佳布置位置;最后归纳了微粒陷阱设计仍需解决的关键问题。这些研究成果的总结可为GIL内部微粒陷阱设计提供参考和借鉴。

直流GIL金属微粒陷阱捕捉概率与优化设计

直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中的运动金属微粒会极大降低GIL的绝缘强度,故而需要采取微粒陷阱等措施加以限制。本文针对直流GIL中金属微粒陷阱开展研究,首先搭建了封闭式以及半封闭式同轴圆柱电极实验平台,并构建了对应的三维仿真模型;然后通过仿真计算优化了陷阱参数,据此提出了微粒陷阱设计依据“捕捉参数”-Pcap,并对比了不同参数的微粒陷阱捕捉效果;最后根据微粒运动规律提出了针对性陷阱布置策略,并用实验进行了验证。实验结果表明:金属微粒被捕捉的概率随捕捉参数增大呈现增大趋势,当Pcap值为0.8左右时捕捉概率趋于稳定;直流电压下绝缘子附近金属微粒的落点具有很强的集中性,在微粒落点集中区域进行针对性陷阱布置,可以缩短捕捉时间,取得良好效果。因此,研究结果可以为工程中微粒陷阱的设计及使用提供一定的指导。

直流电压下气体绝缘输电线路中微粒运动特性研究及微粒陷阱效能分析

气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)中设置微粒陷阱是最常用的微粒抑制措施,由于其真型试验需投入较高成本验证设计能效,目前多采用仿真技术手段进行辅助分析。该文针对直流电压下微粒陷阱结构设计,考虑微粒的受力及电荷变化机制,基于有限元法提出一种可以应用于实际结构中的球形微粒带电运动的仿真方法。建立320kV直流GIL管母线部分模型,在模型中分别设置四种不同类型的微粒陷阱,计算并分析不同陷阱的捕获率及其对微粒运动特性的影响。结果表明,该方法能够有效模拟直流电压下的微粒运动特性,上提式微粒陷阱的捕获能效优异,能够有效阻挡动能较大的入陷微粒,降低其逃逸的概率。该文仿真计算方法和研究结果适用于不同结构气体绝缘输电线路中不同类型微粒陷阱的捕获率分析,对开展工程上气体绝缘输电线路中微粒陷阱的选型及布置具有指导意义。

基于捕捉效用分析的直流GIL微粒陷阱设计与参数优化

微粒陷阱是抑制气体绝缘输电线路(gasinsulated transmission line,GIL)金属微粒污染物的重要措施,但对于直流GIL,微粒陷阱的设计仍缺乏明确的指导原则,且鲜有针对微粒陷阱的理论研究。该文研究直流下微粒陷阱的作用机制,认为电场屏蔽和碰撞能量损耗是微粒陷阱抑制球形微粒活性的主要原因,基于该机制提出一种微粒陷阱设计——楔形微粒陷阱。将楔形微粒陷阱与传统陷阱进行比较,楔形微粒陷阱可以更高效地屏蔽陷阱底部电场,并对球形微粒逃逸起阻挡作用。进一步地,基于微粒的碰撞动力学模型,考虑微粒碰撞运动的强随机性,建立陷阱捕捉概率仿真模型。通过随机释放大量球形金属微粒,模拟微粒随机碰撞运动,以捕获率为优化目标,微粒陷阱槽口宽度、倾斜度为优化变量,设计场强为边界条件,实现了对陷阱参数的定量优化。最后,通过观测实验验证了模型的可靠性。该微粒陷阱设计及优化方法可以为不同电压等级的直流GIL微粒陷阱设计提供指导。

直流GIL微粒陷阱的捕获机理分析与优化设计

微粒陷阱是直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)中抑制金属微粒运动的主要手段,对其结构参数进行优化可以提高微粒捕获的效果。基于此,该文首先建立微粒运动的动力学模型,分析陷阱捕获微粒的机理,得到影响陷阱捕获效果的电场特征值,进而研究陷阱参数对电场特征值的影响;最后,基于鲸鱼优化算法对微粒陷阱的参数进行优化,并通过试验验证优化方案的可行性。结果表明:陷阱底部的电场强度随着槽宽的减小、厚度和槽数的增大而降低,且当厚度与腔体内径的比值大于0.16,槽数大于15后,逐渐趋于饱和;当陷阱厚度与腔体外壁内径的比值小于0.20时,厚度增大,其前方轴向的电场值变大。此外,微粒与高压电极碰撞后受到的朝向陷阱的电场力和电场梯度力是陷阱捕获微粒的关键,且陷阱厚度越大,微粒捕获效果越好。

交流气体绝缘输电线路微粒运动特性及其陷阱参数优化方法

交流气体绝缘输电线路(gas insulated metal enclosed transmission line, GIL)中,针对金属微粒带电运动的较大随机性和现场试验手段的局限性,参考中国正运行的某252 kV交流GIL的尺寸,在COMSOL中建立1∶1的三维仿真模型,以此实现模拟的仿真运动轨迹与实际运动轨迹之间的有效对称性。首先,获取运行电压等级下不同尺寸微粒的动态特性;其次,考虑不同形状的微粒陷阱,从电场调控、捕获概率角度优化了陷阱主要参数;最后,在盆式绝缘子凹凸面两侧各布置微粒陷阱,优化布置策略,并提出了针对252 kV交流GIL的微粒陷阱优化方案。研究结果表明:当选取圆孔形状微粒陷阱及其厚度、槽间距和槽宽度分别为10、6 mm和8 mm,并且当距凹凸面绝缘子两边分别70 mm和80 mm处的外壳底部各布置一个陷阱时,两边陷阱的捕获率分别可高达78%和70%。因此,本文分析和优化方法对某电压等级交流GIL优化微粒陷阱具有重要的参考价值。

直流GIL中球状自由导电微粒的运动及陷阱抑制

自由导电微粒运动是引发气体绝缘金属封闭线路（GIL）设备故障的主要原因之一,研究GIL中自由导电微粒运动及其抑制对于确保GIL设备安全可靠运行具有重要意义。分析了GIL中盆式绝缘子附近电场分布特性及其球状自由导电微粒的运动和陷阱抑制规律,结果表明：GIL中盆式绝缘子近外壳处场强与楔形电场分布既相似又存在一定差异,导致微粒运动将与楔形电极既相似又存在差异,即GIL中尺寸较大的微粒起跳后会沿盆式绝缘子表面减幅爬升,最终附着于其表面或与导杆碰撞进行谐振运动;GIL外壳构造微粒陷阱将引发其周围电场畸变,导致自由微粒起跳位置先于无陷阱时,陷阱的宽深对附近电场均有所影响,但宽度较之深度对其周围电场的影响更大;基于以上规律,分析探讨了微粒陷阱的构建方法,提出了临界陷阱和捕获值概念进行有效陷阱范围的划分。

交流环保GIL中微粒运动规律及陷阱抑制措施研究

针对交流环保气体绝缘输电线路(gasinsulated transmission line,GIL)中微粒引发的绝缘故障,搭建缩比实验平台。采用铝粉、硅粉模拟实际中可能引入的金属与半导体粉尘微粒,记录微粒运动时的放电、超声信号及图像信息,得到粉尘微粒在腔体中的分布规律,建立粉尘微粒在腔体中的受力模型,并揭示两种微粒不同的分布特性。研究表明,粒径较小的粉尘微粒在腔体中会受到范德华力作用,由于电荷消散机制不同,半导体微粒会附着在绝缘子表面。根据微粒的分布特征,设计栅格形与条形两种陷阱,根据陷阱捕获系数,提出微粒陷阱设置建议,采用在气室末端隔断设置栅格形陷阱与间隙其他部位全线设置条形陷阱的组合方式,可达到最优的捕获效果。

直流应力下主动式微粒抑制方法的动态配合研究

直流气体绝缘输电线路(GIL)中自由金属微粒的活性较之交流GIL中更为活跃,对直流GIL的技术发展以及应用带来了严峻的挑战。目前,将各种抑制微粒手段进行主动式动态配合设计是未来发展的趋势。该文搭建直流GIL金属微粒主动式抑制的动态配合实验平台,并结合有限元仿真,从陷阱捕获率的角度优化了驱赶电极与陷阱间的位置配合;同时提出直流老练优化程序,最终获得主动式微粒抑制的动态配合有效方案。研究结果表明,当驱赶电极与陷阱间的距离为18 mm时,陷阱捕获率可高达70%;该文优化后的直流老练程序较传统程序可使陷阱捕获性能提升50%以上;最后通过实验验证了驱赶电极的有效性,且通过大量实验发现,高压电极布置驱赶电极后,陷阱捕获率可提高50%以上。因此,该文结果对提升直流GIL抑制金属微粒的能力具有一定的参考价值。

交直流气体绝缘管道输电装备微粒污染治理措施研究进展

气体绝缘输电设备内微粒污染物是造成设备故障的主要原因之一,随着设备电压等级的升高,微粒诱发的绝缘故障占设备总故障的比例越来越大,探索高效的微粒抑制措施,对降低设备故障率、保障设备安全稳定运行具有重要意义。文中对交直流GIS/GIL中微粒污染治理措施研究进展进行梳理,首先概述了气体绝缘设备中抑制微粒的基本原理,从微粒启举抑制、微粒运动调控和绝缘子表面微粒吸附抑制3方面阐述了如何降低微粒对设备绝缘的潜在威胁;进一步归纳总结了现有的微粒治理方法,对其优势和不足进行了评价,提出了该领域有待解决的关键问题,以期为管道输电装备的设计制造和安全运行提供参考。

GIL中金属微粒治理方法研究进展

气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated transmission line,GIL)的金属微粒污染的治理一直是提高GIL绝缘强度的关键技术难题。针对GIL中的金属微粒污染问题,首先介绍金属微粒的产生以及其运动特性;其次对GIL中金属微粒污染问题机理的相关研究进行总结;然后介绍当前常用的金属微粒污染治理方法(微粒陷阱、电极覆膜以及预埋电极),对其工作原理、研究应用现状等进行综述,总结每种方法的优缺点,并对其性能进行评价;最后对每种治理方法的研究方向进行展望,并提出多种治理方法的结合可以弥补彼此的不足,更好地发挥彼此的特点并达到更好的微粒抑制效果。

气体绝缘金属封闭输电线路及其应用

我国输电线路常经过地理和气象条件复杂的地区,社会经济的发展也使得线路走廊的选择成为一个日益严峻的问题。气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)具有输送容量大、布置灵活、与环境相互影响小以及不受灰尘、湿度和覆冰等外界环境因素影响等优点,适用于恶劣气象环境或廊道选择受限制的电力输送场合。分析比较了GIL与架空线路和常规高压电缆相比所具有的技术优点;介绍了GIL绝缘结构设计步骤、现场模块单元组装方式、结构发生位移时的补偿方法以及绝缘气体气压和密度监测方法;给出了国外主要GIL制造厂商及其产品的应用实例。随着GIL设计、安装及气体监测等技术日趋成熟,GIL可以成为电能输送的一种有效选择方案。