特高压GIL绝缘子用微米氧化铝-氧化硅共混环氧复合材料的性能研究

特高压气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)电压等级高、输送容量大,对绝缘子耐受电、热、力综合作用能力的要求更高。本研究通过分别掺杂微米级氧化铝、氧化硅和氧化铝-氧化硅共混填料的方式制备了环氧复合材料,对共混体系力学、热学和电气性能等进行测试分析。结果表明:随着氧化铝填料体积占比的提高,复合材料的综合力学性能提升,微米氧化铝/环氧复合材料综合力学性能最佳。掺杂两种填料有助于提升共混体系的导热和耐电弧性能,但会略微降低玻璃化转变温度和增大热膨胀系数,当氧化铝和氧化硅填料体积比为1∶1时,复合材料的耐电弧时间可达186.63 s,导热系数可达1.198 W/(m·K)。随着氧化硅填料体积占比提高,环氧复合材料的介电常数减小,电气强度升高,体积电阻率增大,介质损耗减小。微米氧化硅/环氧复合材料工频电气强度最高,可达36.63 kV/mm。

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。

一起500kVGIL管母支柱绝缘子故障分析

为了分析某换流站的一起500 kV GIL管母支柱绝缘子故障,对故障GIL开展解体检查、结构原理分析、重力影响分析、导体膨胀仿真计算、绝缘子浇注工艺分析、绝缘子装配工艺分析等。通过研究分析,确定了GIL故障原因为三支柱绝缘子铝质金属表面与绝缘体之间存在微小间隙缺陷,在生产、运输、安装、运行等过程中小间隙逐渐扩展、劣化,最终导致击穿放电。最后从强化生产工艺控制、提升出厂检测标准、提高运输过程管控要求、加强现场超声波带电局放测试几方面提出改进建议,为后续GIL生产、运输、运维等方面提供借鉴。

GIL内部金属微粒问题研究进展

GIL作为中国能源电力互联网建设中一种重要的新型输电设备,在许多大型工程中都得到了广泛的应用。但随着GIL应用日益增多,由金属微粒污染物造成的内部绝缘劣化问题也日渐突出,很有必要对GIL内部金属微粒运动行为与放电特性的机理开展深入研究。文中从金属微粒的形状与材质、金属微粒的尺寸与数量、金属微粒的存在状态、金属微粒受电场作用的大小与类型、绝缘子类型与表面状况5大角度对国内外研究工作进行了归纳总结,给出了典型金属微粒的受力分析模型及计算公式,论述了金属粉尘群的潜在危险,对比了固定金属微粒与自由金属微粒的运动规律,以及交流、直流、冲击等典型电压下金属微粒的运动变化,并依据GIL内部不同绝缘子类型对表面电荷积聚及沿面闪络机理进行了分析。

超特高压GIL三支柱绝缘子研究述评

大力发展超特高压GIL设备是“双碳”背景下解决中国大量输电需求的一个重要解决途径。但由于超特高压GIL应用历史较短,其关键性组件的可靠性还有待提高,特别是近年来GIL三支柱绝缘子闪络或击穿事故频发,面临着故障机理不明、优化方法不足、检测手段缺失等严峻现状。文中在简单介绍超特高压GIL三支柱绝缘子组成结构及类型的基础上,统计了近年来中国在运GIL工程中出现的相关故障,重点从材料选型、工艺改进、结构优化、试验与检测技术提升等多个角度,系统分析了当前超特高压GIL三支柱绝缘子在设计、制造、安装、运行及维护各阶段所存在的问题,梳理和提出了多样化的改进措施,并对后续研究给出了建议方向,可为超特高压GIL三支柱绝缘子的产品升级和故障率降低提供有益的参考。

苏通GIL综合管廊工程GIL管道专用运输机具研发

针对某特高压综合管廊过江输电项目,文中采用盾构管廊方式,管廊两侧分别设3相GIL输电管路,从江底穿长江主航道,两侧通过竖井和地面引接站与架空线路相连,在综合管廊路径长、走向复杂;内部作业空间受限,施工量大且工期紧的情况下,实现了采用过江管廊GIL的方式长距离输电。

长距离高落差GIL多参量集成监测研究与应用

针对气体绝缘金属封闭输电线路(Gas Insulated Transmission Lines, GIL)外壳振动、温度、应变等多参量通过分布光纤传感技术完成数据采集,并针对采集数据进行研究和应用。通过振动、应变、温度监测试验和数据分析,系统可准确测得光纤感知的振动、应变和温度数据,数据准确可靠。经测试系统测温精度≤±0.5℃,温度空间分辨率≤±0.6 m,定位精度≤±0.3 m;系统应变测量精度≤±20με;系统振动定位精度≤±2 m,振动定位精度≤±2 m。通过对GIL外壳振动、温度、应变等多参量进行集成监测研究,在减少传感设备数量的前提下探索GIL运行规律。

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。

基于ABAQUS的变电站GIL管廊基坑边坡稳定性分析

气体绝缘金属封闭输电线路综合管廊工程(gas-insulated rnetal-enclosed transmission lines,GIL管廊)以其安全、可靠的优势,广泛应用于城市变电站建设。GIL管廊安全施工的前提是保证开挖基坑边坡稳定。基于Mohr-Coulomb强度准则,采用ABAQUS模拟上软下硬地层GIL管廊土方开挖边坡地层变形情况,利用地应力平衡法和强度折减法确定边坡安全系数,验证工程支护方案的合理性,进而分析边坡失稳机理,为边坡地层变形预测、支护方案确定提供参考。结果表明,ABAQUS可以有效模拟强度折减;加固后边坡的最大位移减小60.5%,地面沉降不再出现,安全系数由原来的0.987提高至1.527,增大54.7%;上软下硬地层边坡开挖时,上部软弱土层形成按地层分布的多个潜在滑移面,下部岩层会以楔形体滑移模式对坡脚形成挤压作用。

基于有限元法的GIL感应电压仿真研究

GIL在运行过程中,不可避免的存在感应电压,为研究GIL外壳感应电压,本文以国内某工程GIL为案例,展示了GIL壳体以及抱箍的感应电压计算方法研究及三维有限元仿真分析,推导了相关有限元分析计算的公式,进行了三维有限元仿真计算。针对正常工况以及短路工况下的壳体及抱箍的感应电压,分别在频域以及时域进行了仿真分析。并通过实地测量GIL外壳感应电压,与理论计算值进行比对,验证了频域/时域分析有限元计算方法的准确性。(注:此成果由长江电力股份有限公司资助)。

基于Ansoft Maxwell的GIL三相交流稳态电动力仿真分析

为精确计算正常运行中气体绝缘母线(GIL)电动力数值,建立三相水平母线模型,通过有限元仿真软件Ansoft Maxwell对三相水平布置母线电动力进行了仿真计算,对仿真计算结果进行了分析,并与理论计算结果进行了比较,证明仿真计算结果与理论计算基本一致,为分析GIL正常运行下的电动力特性提供了一种可行的方法。

高落差GIL滑动支撑研究及优化设计

GIL因其输送容量大、安全可靠性高等特点,目前在水电、核电等领域应用广泛。文中结合国内某高落差GIL工程竖井段的具体敷设方式、运动机理、滑动支架卡涩原因分析,从滑动支架结构设计、GIL工程竖井段热胀冷缩、支架布置、结构仿真、力学仿真、载荷计算、补偿方案等方面详细阐述了GIL高落差竖井设计理念,为技术人员在其它GIL工程设计时提供参考。

110kV线路安全隐患整改中三相共箱GIL输电技术

三相共箱GIL相间距降低,导致短路电动力超出共箱GIL导电杆的振动幅度,损坏了GIL的绝缘部分,降低了供电线路的可靠性和安全性。技术人员为有效解决线路安全隐患,提出将110kV线路整改成三相共箱GIL敷设的技术方案。通过分析共箱GIL短路电动力大小和方向,运用短路电动力的计算方法和计算原理,进行参数、管道、气室和接地设计,为三相共箱GIL的机械强度设计提供指导,以望实现对线路安全隐患的整改,保障供电线路的安全性。

特高压GIL接人对断路器瞬态恢复电压的影响

由于特高压气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)的短路电流幅值大、短路时间长,其内部发生的过电压幅值较高,导致断路器的瞬态恢复电压(TRV)超过额定值。因此,对特高压GIL和断路器瞬态恢复电压的概述进行分析,并探讨特高压GIL接入对断路器瞬态恢复电压的影响。

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。

GIS/GIL绝缘子超声检测研究进展与展望

气体绝缘开关/气体绝缘输电线路(gas insulated switchgear/gas insulated transmission lines,GIS/GIL)绝缘子应力集中、密度不均匀和内部集中缺陷可能是目前威胁GIS/GIL设备安全运行的主要原因,急需研究其检测方法。为此分析了GIS/GIL绝缘子应力集中、密度不均匀和内部集中缺陷的原因和检测技术现状,系统总结了GIS/GIL绝缘子常用环氧复合材料超声检测技术的研究进展,包括纵波声速、检测深度、灵敏度、第一临界角和临界折射纵波渗透深度等超声传播特性,超声临界折射纵波的声弹性效应和声弹性系数、GIS/GIL绝缘子次表面应力临界折射纵波声程差检测法和热应力云图、三支柱绝缘子柱腿平行应力纵波反射法和垂直应力纵波穿透法等超声应力检测技术,GIS/GIL绝缘子内部缺陷纵波反射法成像、表面缺陷临界折射纵波法和界面缺陷纵波斜入射法等内部集中缺陷超声检测技术,以及盆式绝缘子纵波反射法密度云图等密度均匀性超声检测技术。该研究指出研发少峰高频高能超声探头、绝缘子全域超声快速成像、多结构多部位超声检测、去应力处理残余应力测量、密度与残余应力耦合理论等是未来超声检测广泛应用于GIS/GIL绝缘子亟待解决的关键技术和基础理论。

GIS/GIL滑动触头电连接部件过热故障机制仿真分析

近年来,气体绝缘输电设备中滑动触头电连接部件过热故障时有发生,严重影响了设备运行的可靠性,威胁了电网的稳定运行。为了研究滑动触头过热故障发生机理,选取气体绝缘输电设备电连接用弹簧触指为研究对象,建立了电、磁、热、流、力3维多物理场耦合模型。基于静态结构分析滑动触头插接过程中和发生热膨胀后弹簧触指的接触力并依此计算接触电阻,结合接触电阻电场分析计算得出导体发热功率,并代入热-流耦合中分析滑动触头的热场分布。研究结果表明:单一环弹簧的接触力为5.06 N,与规格参数误差为1.2%;当发生偏心等故障时触指温度可达108.25℃,并间接影响相邻触指的温度和内外SF6气体的流动;文中5%的触指发生劣化过热会造成26%的触指出现升温现象,与非故障区域的最大温差为20℃;温升导致的热膨胀会使触点处接触压力呈非线性变化,长期运行或偏心受力等原因引发的接触性能劣化将直接导致触头部分出现过热故障。论文研究可为弹簧触指劣化机理研究和滑动触头电连接部件过热故障分析提供理论依据。

GIL综合管廊工程全过程风险管控技术研究

GIL技术是输电技术发展的重要方向。GIL在传输能力、设备可靠性、运行安全性等诸多性能方面优于架空输电线路和电力电缆,其独特优势不仅为输电线路大跨度过江问题提供了一种全新的解决方案,在破解特殊地理环境、中心城市地下电网输电难题方面也同样具有广阔的应用前景。作为一种新型技术,工程前期的风险评估和把控,对建设方后期项目实施具有重要影响。借鉴风险管理的相关理论和风险评估技术,从产品本体、工程设计、施工安装、生产运维四个方面全过程分析GIL综合管廊工程可能存在的风险因素,进行技术评估和量化评价。并针对量化结果提出相应的预防控制措施,以降低未来工程风险的可能性及影响。

±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。