非线性电导涂层对直流GIL绝缘子空间/表面电荷和沿面电场的调控研究

空间/表面电荷积聚是导致直流GIL绝缘子沿面闪络电压降低的潜在原因,涂敷非线性电导涂层是提升沿面绝缘性能的有效方法。本文建立了电场依赖性非线性电导涂层对绝缘子空间/表面电荷及沿面电场调控的数学模型,综合考虑了绝缘气体电流密度以及绝缘子固体电导率与电场强度的非线性关系,通过该模型研究了温度梯度分布下绝缘子内部电荷的分布规律,以及非线性电导涂层对绝缘子表面电荷积聚的影响机制。结果表明:非线性电导涂层对空间电荷消散有明显的促进作用,高压电极附近的同极性电荷主导了表面电荷分布;由于表面电荷分布和切向电场的改善,绝缘子的沿面闪络性能得到提高;在绝缘子与涂层界面之间会积聚正电荷,并从高压电极向地电极逐步递减。

考虑温度梯度的高压直流GIL盆式绝缘子空间电荷仿真

在直流电压和温度梯度作用下,直流气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission line,GIL)中盆式绝缘子内部易积聚空间电荷,引起局部电场畸变。因此,研究直流电压下盆式绝缘子内空间电荷积聚特性,对提高直流GIL的绝缘性能具有重要意义。以直流GIL盆式绝缘子为研究对象,基于2维双极性载流子模型,建立了电-热-流-电荷多物理场耦合模型,研究了不同温度分布、不同电压等级和不同极性电压下盆式绝缘子内空间电荷分布特性和电场分布规律。仿真结果表明:仿真模型能够有效地模拟盆式绝缘子内空间电荷和电场分布,在盆式绝缘子工作条件下,空间电荷主要积聚在金属与绝缘材料界面处,最大电荷密度为156.59 mC/m^(3),在一定程度上造成设备内部电场畸变。绝缘子在复杂工况下的空间电荷仿真可以解决电力设备难以直接测量空间电荷分布的难题,研究方法和结果可为直流GIL的绝缘优化设计和可靠运行提供理论支撑。

时变温差工况下直流GIL/GIS盆式绝缘子动态电场畸变抑制

为了优化时变温差工况下直流GIL/GIS盆式绝缘子的沿面电场分布,基于表层电导梯度材料(σ-SFGM)设计了以室温(RT)电场均化为目标的RT-SFGM绝缘子与兼顾不同温度梯度(GT)条件的GT-SFGM绝缘子。迭代优化后,RT-SFGM绝缘子的涂层厚度从导体到外壳梯度减小,而GT-SFGM绝缘子的凸面涂层厚度则呈现U型梯度分布。室温条件下,均匀绝缘子的凹面高压三结合点处电场畸变严重,相同位置处的RT-SFGM绝缘子与GT-SFGM绝缘子电场强度分别下降了53.3%和49.5%。随着高压导体温度的上升,绝缘子最大电场位置逐渐向接地外壳附近转移。在40℃温差条件下,GT-SFGM绝缘子的电场畸变抑制效果明显优于RT-SFGM绝缘子,最大电场强度下降59.2%。在负荷加载与负荷波动工况下,GT-SFGM绝缘子的电场变化率分别仅为7%与13.1%,可实现时变温差工况下绝缘子直流电场分布的稳定控制。

高压直流GIL设备绝缘关键技术研究综述

直流GIL具有输送容量大,占地面积小,可靠性高,受外界环境影响小等优势,在特殊环境中具有广泛的应用前景。然而直流电压下GIL内部气固界面电荷积聚及金属微粒的存在会导致GIL内部电场畸变、绝缘性能下降,甚至诱发沿面闪络,是限制直流GIL发展的重要因素。因此,论文总结了近年来关于直流GIL绝缘关键技术和GIL设备研制的相关研究,从气固界面电荷积聚机理与调控方法,GIL中金属微粒对绝缘性能的影响,绝缘材料沿面耐电性能,新型环保气体在直流GIL中的应用,直流GIL设备研制与试验和特高压直流GIL研制关键技术等6个方面进行总结评述,为高压直流GIL研发提供参考。

±320 kV直流GIL微粒陷阱关键结构参数分析及优化

气体绝缘输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)中设置上提式微粒陷阱是目前最常用的微粒抑制措施,能有效捕捉微粒并限制其运动。为使微粒陷阱捕获效果达到最佳,提出了直流电压下微粒陷阱捕获效能的有限元计算方法,研究分析了不同结构参数对上提式微粒陷阱的电场分布特性和捕获效率的影响;以此为基础,提出了上提式微粒陷阱优化设计的约束条件,结合混沌粒子群算法,联合调用COMSOL及MATLAB对微粒陷阱的结构进行优化。结果表明:一定范围内陷阱的提升高度及厚度越大,栅格的宽度越小,对内部电场的屏蔽效果越好;增大陷阱的厚度,提升高度、长度以及分布角,选取适当范围的挡板与栅格的宽度比有助于提高微粒陷阱的捕获率;优化设计后的上提式微粒陷阱可达74.16%,较优化前提升53.36%,并通过缩比装置的微粒捕获试验验证了仿真计算规律的有效性。该研究结果和优化方法可有效提升陷阱对微粒的抑制作用,为直流GIL及GIS母线微粒陷阱的结构设计提供技术支撑。

直流气体绝缘输电线路关键问题及装备研发现状综述

直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)可解决特殊地理环境下输电走廊空间限制问题,为构建“双碳”目标下中国未来能源结构提供装备基础。文中回顾了中国在直流GIL方面的研究进展,包括表面电荷及金属微粒动力学与抑制理论、导体表面形貌诱发的微电离理论等关键科学问题,以及绝缘件设计、微粒捕捉器设计等技术创新。此外,简要介绍了近年来中国在直流GIL的装备研发及设备评价标方面的进展。文中内容为未来直流GIL的研发及应用提供了参考。

直流电应力下线形微粒飞萤运动物理机制与临界起始判据

直流气体绝缘开关与输电管道(GIS/GIL)中线形微粒存在特殊的飞萤运动行为,即未碰撞地电极而反向运动或在高压电极表面悬浮运动,是影响直流GIS/GIL绝缘性能的关键因素之一。为厘清微粒飞萤运动物理机制,搭建了微粒飞萤运动观测与荷电量测试平台,获得了不同电压下线形微粒的运动与荷电特性。研究表明,线形微粒附近空间电荷导致微粒荷电量的极性变化,是产生飞萤运动的关键诱因,电极表面线形微粒的电晕起始电压是导致微粒荷电量极性改变的临界电压。进一步,基于直流棒板间隙的光电离模型计算了电极表面线形微粒的起晕电压,由测量结果拟合得到纳入起晕电压影响的微粒荷电量表达式,并结合电荷端部集中特性建立了线形微粒的荷电运动模型,由此提出飞萤运动的临界起始判据,实现了线形微粒飞萤运动的动态模拟。计算获得100kV直流GIL样机中不同尺寸微粒的飞萤起始电场强度,对于0.5MPa的SF6气体环境,直径0.2mm、长度5mm线形微粒的负极性飞萤起始电场强度为2.78MV/m,正极性飞萤起始电场强度为4.93MV/m。该研究在抑制微粒飞萤运动方面为直流GIL的主绝缘设计提供了参考依据。

基于表层电导率迭代优化的绝缘子沿面电场分布调控

气固界面电场畸变是诱发绝缘子沿面放电和降低其沿面耐电性能的重要原因,研究直流GIL绝缘子沿面电场分布调控对于提升绝缘子运行的可靠性具有重要意义。直流电压下,绝缘子沿面电场分布由其电导率分布所决定,合理地优化绝缘子表层电导率分布可以达到调控气固界面电场分布的目的。文中利用高电导涂层方法改变绝缘子表层电导率,类比现有的体介电常数优化算法,以沿面电场均匀度为优化目标,开发了表层电导率迭代优化算法,研究了迭代优化次数、涂层层数和厚度对优化后涂层电导率分布和涂层绝缘子沿面电场分布的影响。迭代优化后结果表明,迭代优化次数的增加会使得优化后的涂层电导率和涂层绝缘子沿面电场分布均匀程度增加。随涂层层数N增加,沿面电场强度先快速降低(N≤40)而后趋于饱和(N>40),当涂层层数为100层时,沿面最大电场强度相比无涂层绝缘子降低20.32%(迭代3次,涂层厚度为1.0 mm)。随涂层厚度d的增加,沿面最大电场强度先快速降低(d≤0.4 mm)而后趋于饱和(d>0.4 mm),最优的涂层厚度为0.4 mm,此时沿面最大电场强度相比无涂层绝缘子降低约20%。

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。

直流应力下电极表面覆膜对金属微粒启举的影响机理研究

针对直流GIL中的自由金属微粒污染物问题,研究表面覆膜措施对金属微粒启举的限制机理。利用气体电离及界面电荷积聚理论提出了直流应力下电极覆膜时金属微粒带电及启举模型,并根据微粒带电量的时变特征提出了充电时间的概念。为验证模型的正确性,构建了多功能模块的金属微粒带电.运动观测实验平台,对不同大小、材质的球形金属微粒以及不同厚度的PET薄膜开展实验,实验结果验证了模型的正确性:直流应力下,覆膜措施产生的界面极化过程只是增加了微粒的充电时间,而对微粒最终带电量并无影响,但覆膜产生的静电吸附力可显著提高微粒的启举电压;外施电压、覆膜介电常数及体电导率对微粒充电时间均有显著影响;而由于充电时间的存在使得电极覆膜措施下出现微粒"间歇启举"现象。

直流气体绝缘线路中自由金属微粒的局部放电特性与影响因素

直流气体绝缘线路(GIL)中的自由金属微粒会使电场发生畸变,使绝缘气体/绝缘子发生局部放电等劣化效应。为此,研究了微粒局部放电的影响因素以及严重程度,在密封同轴圆柱腔体内充入不同气压的SF6气体,以不同长度的线形微粒进行了试验,利用脉冲电流法及高速相机同时观察了其局部放电信号与微粒运动行为,对局部放电信号的平均局部放电量、平均局部放电时间间隔进行了分析。结果表明:对于自由线形金属微粒,微粒的平均局部放电量与长度、最大可能带电量成正相关,可根据微粒的局部放电信号判断其危险程度及微粒长度;在负电压下,微粒跳起运动至高压电极附近,发生"飞萤"现象;在正电压下,微粒在外壳地电极跳起后落至地电极,并不断弹跳;且微粒在负电压下的平均局部放电量是在正电压下的2~5倍,平均局部放电时间间隔较小;随着气压增大,气体的平均局部放电量随之减小,但有趋于饱和的趋势。因此,自由金属微粒的局部放电特性可以为金属微粒的严重程度判别与故障诊断提供依据。

直流GIL内金属微粒对表面电荷积聚影响的三维仿真及实验研究

针对直流GIL中金属微粒污染问题,该文研究了其对模型绝缘子表面电荷积聚的影响。基于麦克斯韦理论,纳入微粒污染以及气体侧空间离子的产生、复合、迁移、扩散等作用,建立了微粒污染情况下包含气体侧微观机制的绝缘子表面电荷积聚模型,利用COMSOL软件对三维情况下绝缘子形状、金属微粒不同黏附形态以及不同气体环境对表面电荷积聚的影响进行了求解分析,同时搭建了考虑导电微粒情况的电荷测量平台,对仿真中典型设置进行实验,验证仿真结果的正确性。研究表明,随截面底角减小,电荷更多积聚于绝缘子表面;黏附于绝缘子表面的金属微粒会引起表面电荷大积聚激增,沿高低压电极连线黏附微粒引起积聚最明显;气体环境改变会引起表面电荷积聚发生改变,低气压时更易积聚电荷。

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。

直流均匀场中球形金属微粒与电极碰撞的超声特性研究

GIL中金属微粒与电极碰撞时会产生超声信号,研究超声特性对微粒运动的在线监测具有重要意义。搭建了直流电压下平行板电极中球形金属微粒运动的实验平台,实验得到了不同电压、直径下铝微粒与低压极板碰撞时的超声信号,并通过编制计算机程序提取了超声信号的幅值,超声信号幅值结果表明:同等条件下,随着电压、微粒直径的增大超声信号幅值增大。基于Ansys/LS-DYNA建立了铝微粒与电极碰撞的力学模型,仿真获得了微粒与电极碰撞过程中接触力变化,仿真结果表明:碰撞过程中接触力呈先增大后减小趋势,存在最大值。最后,对接触力最大值与超声信号幅值之间的相关分析表明:接触力最大值与超声信号幅值之间成正比关系。

我国电子政务元数据的构建及其基于Web服务的共享实现

本文在比较分析世界政府信息资源元数据两大体系DC-government和GILS的基础上，初步提出了我国政府信息资源元数据的建构原则和核心集CGIMC的构成方案。论述了在分布、异构的电子政务系统环境中，元数据的互操作与共享机制。提出了基于Web的的电子政务元数据共享实现的基本模式。

应用于直流GIL中低混合比c-C4F8/N2混合气体的绝缘特性

目前GIL中使用的气体绝缘介质均为SF6气体。SF6气体虽然具有优异的电气性能,但是全球变暖潜能值（GWP）极高,因此迫切需要找到能够替代SF6的绝缘气体。文中以混合比k（c-C4F8在混合气体中的体积分数）低于20%的c-C4F8/N2混合气体为主要研究对象,通过调节气压（0.1～0.65 MPa）和气隙间距（1～7 mm）测量了不同混合比k下混合气体的击穿电压和闪络电压,并与纯SF6气体的击穿电压和闪络电压进行了对比分析。试验结果表明：c-C4F8与N2呈协同效应关系;k=20%时,混合气体绝缘击穿强度约为纯SF6气体的0.6倍,绝缘闪络强度约为纯SF6气体的0.7倍,2 h耐受电压比短时闪络电压降低了5%～10%;通过提高c-C4F8/N2混合气体的气体压强或增大绝缘距离可以实现替代SF6的目的。考虑到c-C4F8在放电中的碳析出问题,应避免混合气体用于频繁放电的设备中。

两种政府信息资源元数据的分析与比较及其对我国的启示

本文在分析政府信息管理领域对元数据的应用需求的基础上,较为详细地介绍了GILS与DC—Government这两种政府信息资源元数据,并从性质与功能、语义结构、句法结构以及扩展性等四个方面对二者进行了分析与比较,并由此出发对建立我国电子政务信息资源的标准化描述机制提出了几点建议。

国内政府信息资源元数据研究综述

从政府信息资源元数据研究的新发展、两种主要政府信息资源元数据的深入研究、我国政府信息资源元数据标准化现状等几个方面,对目前国内政府信息资源元数据研究作一综述,以期对从事相关研究领域的学者以启示。

考虑非弹性随机碰撞与SF_6/N_2混合气体影响的直流GIL球形金属微粒运动行为研究

针对直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal enclosed transmission line,GIL)金属微粒污染物问题,研究球形金属微粒在其中的运动行为,采用贴合实际情境的同轴圆柱电极结构,建立直流GIL内球形金属微粒运动模型:纳入SF6/N2混合气体动力学参数,利用流体力学理论分析微粒运动过程中混合气体阻力的影响;同时考虑金属表面粗糙度影响,利用弹性力学中的碰撞理论分析金属微粒与导体及外壳的非弹性随机碰撞,实验结果验证了模型计算的可靠性。利用模型对微粒运动轨迹进行仿真分析,并根据微粒运动的分布情况提出微粒活跃度的概念,研究表明:微粒在导体与外壳间的谐振频率与微粒半径、SF6占比、绝缘气压呈负相关;微粒活跃度与随机反射角、电压幅值呈正相关,而随着微粒半径变化存在极大值。

对GILS的认识研究

对GILS的定义、查询技术及其与DC的异同进行了阐述 。