直流气体绝缘输电线路的绝缘设计

气体绝缘输电线路(gas insulated transmission line,GIL)与架空线路相似但占地空间小、损耗低,在高压直流输电和特高压直流输电领域具有较大的应用空间。通过分析表面电荷和金属导电微粒对绝缘子沿面放电的影响,指出了绝缘子表面电荷积聚和自由金属导电微粒附着是降低直流GIL绝缘性能的重要原因。采用了使电场分布合理的方法,即半圆锥形盆式绝缘子的优化和表面电阻率阶梯分布的覆膜。设计了包括电极覆膜、微粒陷阱、驱赶电极和屏蔽环的直流GIL的绝缘结构。

直流气体绝缘输电线路盆式绝缘子温度分布特性研究

为了研究实际工程中直流气体绝缘输电线路(Gas Insulated Transmission Line,GIL)的温度分布及其影响,对GIL进行了物理场仿真,采用有限元方法研究了直流气体绝缘输电线路盆式绝缘子温度特性。通过建立水平放置管道模型,获得了三维温度场分布特性。考虑到剪切应力传输模型(Shear Stress Transfer,SST)在处理近壁面的优势,采用此模型来处理含有绝缘子的管道内部自然对流。结果表明:高温出现在绝缘子的上部,绝缘子凸面温度略高于凹面温度;随着SF6压力增加,绝缘子靠近导体附近区域的温度降低,这是由于随着单位体积热容的增加,内部对流加强。随着环境温度升高,绝缘子温度呈线性增加趋势。随着负载电流增加,绝缘子整体温度以及导体与外壳之间的温度差均增大。此外,与不考虑温度梯度的情况相比,考虑温度梯度影响的绝缘子表面电场强度明显增加。因此,考虑到环境温度和高负载电流对直流气体绝缘输电线路长期运行的影响,应特别注意绝缘子的绝缘性能对设备的影响。

适用于声源定位的气体绝缘输电线路超声导波传播特性研究

基于到达时间差(TDOA)的声源定位方法是当前气体绝缘输电线路(GIL)故障定位的主要方式,声波在GIL结构上的传输特性深刻影响着定位结果的准确性。为进一步提升故障定位精度,该文提出了考虑导波频散与多模态特性的GIL壳体声传输分析模型,以典型220 kV GIL管段为研究对象,建立声波传输有限元模型,研究了导波特性对故障定位的影响,确定了适用于故障定位的超声导波模态以及GIL非直管结构对该模态导波的衰减与时延量,通过现场定位试验验证了分析模型的可行性,为GIL声源故障定位系统的传感器配置与定位阈值设置提供了计算依据。结果表明,在20~60 kHz频带内,F(1,1)模态导波具有能量高、波形形状稳定、抗干扰能力强等特点,使用该模态导波进行故障定位精度较高。GIL非直管结构会对F(1,1)模态导波造成较大的幅值衰减与一定程度的时延,在故障定位中考虑非直管结构衰减与时延影响可以使定位误差降低60%以上。

深度学习下直流输电线路绝缘子破损识别仿真

输电线路绝缘子由于架设在野外,受天气因素、环境污染等影响,使得绝缘子发生破损,导致输电线路供电中断。为避免输电线路发生故障,最大程度保障电网安全运行,提出基于深度学习的直流输电线路绝缘子破损识别方法。分析航拍图像噪声来源,利用中值滤波算法确定像素中值,经过非线性平滑处理去除噪声。分析常见的绝缘子破损类型、破损表现及原因,建立随机森林决策树。通过深度学习,选出明显的破损特征作为识别依据;构建Alex Net卷积神经网络模型,计算损失函数,确定最佳学习速率;通过学习训练,输出识别结果。实验结果显示,所提方法能够增强图像细节信息,且绝缘子破损识别正确率在0.8以上、收敛速度快。

特高压气体绝缘金属封闭输电线路地震反应分析中建模方法研究

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)与传统的输电设备相比,具有传输容量大、输电距离长、布置灵活、环境适应性强等特点,在电力工程中得到广泛应用。GIL由于其结构特点,具有较高的地震易损性,地震作用下受力较为复杂,构件产生较大应力和变形,导致管道破裂、漏气等严重损坏。管道母线及导体是GIL抗震薄弱部位,管道压力可能使管道母线及导体产生较大的应力值,从而影响整体GIL抗震性能评价结果。以户外架设的GIL为研究对象,采用两种建模方法,分别用振型分解反应谱法和动力时程分析法进行地震反应分析,为实际工程中特高压气体绝缘金属封闭输电线路的地震反应分析中建模方法的选取提供参考。

±550kV直流气体绝缘金属封闭开关设备长期带电试验研究

现有海上风电送出换流平台的直流侧均采用常规敞开式设备及电气连接布局,设备占用空间大。为了有效减小平台面积及质量,采用直流气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)替代原有敞开式设备。直流GIS绝缘件长期运行在单极性直流电压下,表面会产生电荷积聚,从而改变沿面电场分布,降低绝缘子沿面闪络电压。目前,暂无关于直流GIS的国际、国内标准,缺乏系统、全面的试验指导,开展长期带电试验考核可有效验证直流GIS的可靠性、稳定性。本文围绕长期带电试验方案及试验样机展开研究,基于多物理场耦合仿真结果,提出长期带电试验方案,并设计样机形态。

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。

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。

±800 kV直流输电线路耐张绝缘子串整体更换设计分析

开展±800 kV直流输电线路耐张绝缘子串整体更换工作,应以双转动机械丝杠为基础,使其替代液压丝杆,有效避免液压丝杠发生卡死或漏油,合理地应用传递绳,从而保证绝缘子串的顺利更换。基于此,简要分析了±800 kV直流输电线路耐张绝缘子串更换的痛点,阐述了±800 kV直流输电线路耐张绝缘子串整体更换方案设计及应用,以期为相关工作人员提供参考。

一种用于气体绝缘金属封闭输电线路的力平衡波纹管

随着技术的发展,气体绝缘金属封闭输电线路GIL和气体绝缘金属封闭输电母线GIB由于其优越的电气性能和环境友好的特点,越来越多的应用到输电系统中。然而,通常由铝合金制成的数十米甚至数千米的GIL或者GIB壳体不可避免的存在热胀冷缩现象,如不设法吸收这些热胀冷缩,将会给法兰连接及支撑结构带来额外的机械应力,进而造成支撑结构破坏、法兰漏气、绝缘闪络而导致严重的停电事故。力平衡波纹管由于其可观的伸缩量及自平衡内部压力的特点,给GIL和GIB的工程应用提供了优良的柔性解决方案。本文介绍了应用于气体绝缘金属封闭输电线路的力平衡波纹管的工作原理,并就工程应用着重介绍了波纹管实际结构、补偿量的计算方法及主要实验内容。

气体绝缘金属封闭输电线路的研究现状及应用前景

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)由于其传输容量大、损耗小、安全性高以及环境友好等特点能够代替传统的架空线路或者电力电缆,可以用于大容量、长距离的电能传输。该研究概述了GIL设备的发展历史,介绍了GIL的特点和典型应用场合,总结了国内外GIL的应用现状以及关键技术问题,从制造加工和应用场合2个方面分析了GIL的发展前景。可以看出,经过40余a的发展,交流GIL设备的制造工艺日益成熟,结构更加紧凑,敷设方式更加多样,运行更加安全可靠,但受制于表面电荷积聚对绝缘性能的影响机理尚不明朗以及制造成本过高等因素,直流GIL设备的发展相对较为缓慢。随着电力行业的发展和科技的进步,未来GIL设备的研究会在绝缘件表面电荷特性、绝缘优化、新型替代气体以及低成本制造等关键技术问题方面取得突破,必将推动GIL设备获得更为广泛的应用,为我国保障电网"清洁、安全、自愈、经济、互动"的智能化运行提供必要的技术支撑。

特高压气体绝缘金属封闭输电线路绝缘设计

气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission line,GIL)是架空输电方式在地理或环境条件受限情况下的重要补充,在特高压工程中具有较好的应用前景。研究特高压GIL的绝缘设计关键技术,包括典型绝缘结构型式、间隙设计与优化、绝缘子设计与优化、金属微粒抑制和混合气体方案探讨。提出了GIL间隙设计的原则和电场控制值,优化设计了电连接的两段圆弧连接式倒角结构,较好地满足了电场控制值要求。提出了GIL绝缘子设计的原则和电场控制值,优化设计了一种屏蔽电极结构和绝缘子形状综合优化的盆式绝缘子结构,全面满足了电场控制值要求。分析了GIL中金属微粒的运动特性,指出需在绝缘子附近装设微粒陷阱,并开展金属微粒老练试验。分析了SF6/N2混合气体GIL的绝缘特性、设计原则及电场控制值,指出最优混合比为20%。所得研究结果有助于提升我国特高压GIL设计技术水平,促进设备研制工作。

气体绝缘输电线路温升数值计算及相关因素分析

气体绝缘输电线路(GILs)的温升计算对于其可靠性设计与运行状态监测具有重要意义。为了提高GIL温升计算的精度,建立了包含外部空气在内的GIL电磁场、流体场以及温度场耦合计算的有限元模型。迭代计算了与温度相关的焦耳热损耗,并将其按照单元映射方式耦合至温度场进行温升计算。采用多组分传输理论将SF6气体与空气的物性参数进行线性组合,实现了单一模型中存在不同流体时的换热分析。利用该模型研究了运行电流与环境温度对GIL温升的影响。对比了是否考虑气体非线性热物性参数以及变化表面对流换热系数时的温升计算结果。通过实验验证了有限元计算结果的正确性,该模型与结论为GIL设计与导体运行温度监测提供了可靠的理论依据。

高压直流输电线路耐张串用长棒形悬式瓷绝缘子的机械特性

耐张串对绝缘子提出了更高的要求,目前主要采用盘形瓷绝缘子和玻璃绝缘子,但是瓷绝缘子和玻璃绝缘子为了防污闪,都设计得很长很重,瓷绝缘子的零值问题更是非常突出。长棒形悬式瓷绝缘子是一种性能优良的绝缘子,在高压直流输电线路耐张串上有着广泛的应用前景。为此,结合Ansys力学软件通过计算和力学试验,分别研究了长棒形悬式瓷绝缘子在集中力作用下的力学特性、在均布力作用下的力学特性、在扭转力作用下的力学特性、拉伸破坏特性以及端部附件的机械安全问题,最后得出结论:长棒形悬式瓷绝缘子的静态力学特性能够满足高压直流输电线路耐张串的要求,从机械性能上来讲,可以应用在高压直流输电线路耐张串上。

气体绝缘金属封闭输电线路地震响应的薄弱部位及其响应规律

针对地震中气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)的潜在故障问题,基于海南昌江某项目220 kV GIL物理结构,建立了三相输电管道水平敷设下的3维有限元模型,并提出依据现行设计规范模拟GIL地震响应的分析方法。首先通过模态分析获得了GIL结构的振型特性,利用反应谱分析方法研究了不同地震反应谱激励下GIL地震响应的薄弱部位;然后对不同地震激励下GIL的抗震性能进行了具体评估,并进一步对GIL薄弱部位的地震响应规律进行分析总结。结果表明:建模所依据的220 kV GIL输电管道结构能够耐受6度的地震烈度,但对于7度及以上的地震烈度,其有损坏的可能;绝缘子和导体是GIL结构地震响应的薄弱部位;合理选取绝缘子和导体的机械参数能有效提高GIL的抗震能力。

第二代气体绝缘输电线路的温升数值计算

气体绝缘输电线路(GIL)以其良好的性能在全世界范围内得到了一定应用。绝缘气体的散热性能和GIL的温升效应是GIL设计和在线监测的重要环节。本文通过建立包含外部空气域在内的模型,运用有限元法对采用20%SF_6-80%N_2混合气体绝缘的第二代GIL进行了温升仿真计算,得到第二代GIL的整体温度分布以及导体和外壳温升,并与解析法得到的温升情况进行对比,证明了所提方法的有效性;同时对影响第二代GIL温升的相关因素进行了仿真分析,为第二代GIL的进一步应用提供了参考。

直流输电线路绝缘子串片数的防污设计

介绍了国内外对直流绝缘子积污特性和污耐压特性的现状。为防止直流线路污闪 ,提出了应重点研究直流电压下的爬电比距和不同型式绝缘子受上、下表面不均匀积污及灰密影响下的直流污耐压特性等课题 。

气体绝缘输电线路技术及其应用

气体绝缘输电线路(GIL)是类似GIS(气体绝缘金属封闭组合电器)封闭母线的气体绝缘大容量输电设备,其电气特性与架空线路相似且具有占地空间小等优点。介绍GIL的制造厂家、国际标准、基本结构和安装方式,分析GIL具有的输送容量大、损耗小、对环境影响小、可靠性和安全性高等技术优势,并介绍GIL在国内外的典型应用实例,为其在国内的更广泛应用提供参考。

复合绝缘子用于高压及特高压直流输电线路的可靠性研究

介绍了中国电力科学研究院在硅橡胶伞裙护套的耐直流电蚀损及漏电起痕性能、离子迁移对芯棒机械强度的影响、沿面泄漏电流对其端部金具的腐蚀以及复合绝缘子的直流污闪特性等方面的主要研究成果。现场调查和实验室试验结果表明,复合绝缘子在直流线路上使用是可行的,能够提高线路运行的可靠性,提出复合绝缘子也可以可靠地应用于特高压输电线路。

气体绝缘输电线路温升特性有限元分析

由于气体绝缘输电线路(Gas-Insulated transmission Lines,GIL)的载流能力与温度相关,本文提出了一种基于有限元分析的GIL温升计算方法。为了研究GIL的负荷电流、气体压强、绝缘气体类型以及导体直径四种参数对GIL温升的影响,建立了二维电磁场分析模型,根据流体力学理论,建立了温度场分析数学模型,并给出了模型求解域及边界条件。利用有限元法迭代求解数学模型,获得了在不同参数下的GIL稳态温度场分布,并探讨不同参数对GIL温度变化的成因、变化趋势以及影响,为GIL的参数优化提供了参考。对比实验数据与模型的仿真结果,验证了模型的有效性。