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。

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。

直流GIL中自由线形金属微粒的运动与放电特性

针对直流GIL中较常见且具有严重影响的自由线形金属微粒,搭建了贴合实际工况的封闭式同轴圆柱电极平台,同时使用高速相机和局放监测手段观测线形金属微粒的运动、局放与击穿行为。定量获得了微粒长度对站立与跳跃两种不同运动模式发生概率的影响;拍摄了站立线形微粒引起的电晕图像,同时监测、提取并统计微粒引起的局部放电情况;记录金属微粒引起的击穿图像,并基于流注理论分析了自由线形金属微粒引起的气隙击穿特性。研究表明:线形微粒的起动场强与微粒的长度基本无关,而与微粒的半径开方成正比,微粒越短,起动后越易达到跳跃运动状态,而微粒越长,越易保持站立状态;微粒引起的局部放电随着微粒长度的增大而更加剧烈;对于跳跃的自由线形微粒,其引起的微放电击穿间距随着微粒长度的增加而增加,击穿电压随着微粒长度的增加而降低。

750kV GIL在拉西瓦水电站应用需考虑的问题

气体绝缘输电线路(GIL)是高电压、大电流、长距离的电力传输设备,国内外已有近30年的运行经验。它具有电能损耗小、可靠性高、送电容量大、运行维护工作量小、使用寿命(50年)长、对环境无影响等优点。结合拉西瓦水电站的装机容量大、电压等级高、地形复杂、海拔高及高压出线无法采用架空线等特点,对电站出线段采用750kVGIL的必要性和合理性加以介绍,并提出下一阶段设计中应考虑和研究的问题。

应用于直流GIL中环境友好型气体的绝缘性能研究

直流气体绝缘金属封闭输电线路（gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL）可提高特高压直流输电线路走廊选择的灵活性,研究其中SF_6气体的替代气体具有十分重要的意义。该文在负极性直流电压和负极性雷电冲击电压下,通过实验研究了0.4-0.7MPa气压范围内的SF_6、SF_6/N_2和CF_3I/N_2气体的击穿特性以及圆柱形绝缘子在相应气体环境中的闪络特性。结果表明：随着气压升高,SF_6、SF_6/N_2和CF_3I/N_2气体的击穿场强基本上呈现线性升高趋势,但同气压下SF_6的击穿场强最高,SF_6/N_2次之,CF_3I/N_2最低;CF_3I/N_2混合气体中绝缘子闪络电压远低于在SF_6和SF_6/N_2环境中。研究表明,0.7MPa气压、混合比为2：8的SF_6/N_2气体绝缘性能与0.5MPa时SF_6气体绝缘性能相当,且全球变暖潜能值（global warming potential,GWP）可降低约80%,可应用于直流GIL;而CF_3I/N_2混合气体由于其绝缘性能远低于SF_6和SF_6/N_2气体,不适用于高压直流气体绝缘金属封闭设备。

直流GIS/GIL盆式绝缘子表面电荷主导积聚方式的转变机理

构建气体侧传导(包含气体载流子产生、扩散、漂移、复合等输运过程)、绝缘材料体传导和表面传导共存条件下盆式绝缘子表面电荷积聚仿真模型,研究了三种参数变化条件下表面积聚特性。仿真表明,当气体中离子对生成率和绝缘子体电导率改变时,绝缘子表面电荷极性会发生改变。在此过程中,表面电荷积聚主导途径会在气体侧传导和绝缘子体传导之间转变。根据净电荷值的规律分别定义离子对生成率和体电导率改变时积聚途径改变的临界值,由于电场分布的差异导致上表面及下表面的临界离子对生成率不同,临界体电导率为5.76×10-18S/m。当绝缘子表面电导率增大时,表面传导对电荷积聚的影响逐渐增大,可以推测出表面电导率足够大时,电荷积聚主导机理会转变为表面传导。该研究有助于理解表面电荷的积聚机理,并能够为抑制电荷积聚提供新的思路。

架空线—GIL混合系统短路电流分布特性研究

由于采用管道密封绝缘输电,GIL系统受地形、天气和外界环境干扰较小,采用架空线—GIL混合系统输电会变得越来越普遍。当混合系统短路故障时,其电流分布将异于正常输电线路。为了明晰混合系统短路电流分流问题,文中首先建立了架空线—GIL混合输电系统模型,通过开关闭合操作模拟设置输电侧导线发生接地短路故障,GIL管廊内三相导线电流的增强倍数在1.01~2.08倍之间,且当发生三相接地短路故障时的电流增强倍数最高;设置GIL管廊内部导线发生接地短路故障,GIL管廊内三相导线电流的增强倍数在1.05~21.58倍之间,同样,当发生三相接地短路故障时的电流增强倍数最高,为GIL输电系统的安全性设计提供了技术支撑。

基于X射线短时照射的高压直流GIS/GIL绝缘子表面电荷主动消散方法

直流气体绝缘开关装置及气体绝缘输电管道(GIS/GIL)绝缘子长期运行过程中会积聚大量表面电荷,易引起绝缘子异常闪络。近年来国内外学者开展了大量卓有成效的工作,深刻揭示了绝缘子表面电荷的积聚和消散机理,但GIS/GIL不打开罐体条件下,绝缘子表面电荷的快速消散问题一直没有解决。该文首次提出基于X射线短时照射的绝缘子表面电荷主动消散新方法,试验研究发现X射线照射30s即能使空气中绝缘子表面电荷几乎完全消散。对基于X射线照射的绝缘子表面电荷消散机理进行了探讨,认为X射线可能通过促进气体侧电荷沿传导及绝缘子表面电荷脱陷而实现其快速消散。由于X射线能够穿透GIS/GIL金属罐体,相关实验结果为GIS/GIL不打开罐体条件下实现绝缘子表面电荷快速消散提供了可能途径,对进一步推进直流GIS/GIL工程化具有重要意义。

双回线GIL感应电流快速释放装置控制策略研究

双回线气体绝缘输电线路(GIL)管廊段内部接地故障时故障点持续的感应电流可能导致管廊击穿。文中分析了双回线GIL管廊段内部产生感应电流、电压的机理和危害,结合双回线GIL管廊安装大差和小差的保护配置特征,提出通过判别GIL管廊段小差的动作行为、线路两侧运行状态和释放装置位置,实现GIL管廊段内部故障断路器切除后经延时感应电流快速释放装置自动合闸的控制策略,避免人工操作合闸。针对释放装置合闸不成功情况,采集故障线路大差保护的选相动作结果判别出故障相合闸失灵情况,提出合闸失灵告警策略和故障相合闸失灵联跳正常运行线的合闸失灵动作策略。根据所提合闸控制策略和合闸失灵策略开发自动控制装置并进行实时数字仿真(RTDS)试验,试验结果表明在不同工况下该控制系统均能可靠动作,从而尽可能地降低感应电流导致GIL管廊击穿的风险。

特高压直流GIL盆式绝缘子表面电荷分布特性仿真研究

为了满足大容量长距离输电的要求,近年来,中国加快特高压直流输电工程的建设,对气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission lines,GIL)的需求日益迫切。限制直流GIL实际投运的关键壁垒之一是绝缘子表面积聚的电荷会增加沿面闪络电压降低的概率,故研究特高压直流GIL盆式绝缘子表面电荷分布特性存在必要性。因此,基于SF_6气体中正负离子的输运方程,利用COMSOL Multiphysics建立了真型特高压直流GIL盆式绝缘子表面电荷积聚模型,分别研究了电压幅值和电压极性对绝缘子表面电荷分布特性的影响规律以及气固界面电荷对GIL试验单元空间电场分布的影响规律。从仿真结果可知,正负电荷在盆式绝缘子内外侧均有分布,但分布特性存在一定的差异,外施电压为-800 kV时,最大正负电荷密度分别出现在绝缘子的外表面和内表面,数值分别为+19.64μC·m^(-2)和-22.93μC·m^(-2);表面电荷的积聚程度和高场强区域面积均与电压幅值呈正相关;仿真结果还表明绝缘子沿面耐受电压具有极性效应,即负极性直流耐受电压较低。

三支柱绝缘子的设计与研究

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)是一种可以克服输电走廊复杂环境限制、实现城市中心大容量输电的高电压电力传输设备。GIL主要包括三支柱绝缘子、微粒捕捉器、壳体及导体等。三支柱绝缘子作为GIL的关键零部件之一,其电气性能及机械强度直接影响着GIL的运行稳定性。从GIL整体结构设计入手,详细论述了550 kV GIL三支柱绝缘子的优化设计过程,并以电磁场理论为基础对三支柱电场进行仿真解析。通过引入“电场面积”的概念,对比不同尺寸下三支柱沿面电场强度阶梯下的面积大小,得出最优结构。该设计解决了三支柱绝缘子沿面放电的问题,为GIL的开发及应用提供参考。

直流GIL中固-气界面电荷特性研究综述Ⅰ:测量技术及积聚机理

气体绝缘输电线路(GIL)是一种先进的输电方式,可满足特殊环境下的输电需求。然而,在直流电压下,GIL绝缘子表面存在显著的电荷积聚现象,极易引发沿面闪络,严重制约了GIL在直流工程中的应用。因此,开展直流GIL中固-气界面电荷特性的研究具有重要意义。在此背景下,本系列文章综述了多年来国内外有关直流GIL中固-气界面电荷特性的主要研究成果。本文综述Ⅰ首先总结了目前测量表面电荷的三种主要方法,介绍了基于数字图像处理技术的电荷反演算法;其次,从早期研究基础和目前研究现状两方面重点分析固-气界面电荷的积聚机理和仿真模型,并提出电荷积聚可能存在的两种模式:"基本"模式和"电荷斑"模式;最后,从固-气界面电荷的测量技术、仿真模型和机理研究三方面对未来工作给出了相关建议。

直流GIL中盆式绝缘子表面电荷分布特性研究

绝缘材料的表面电荷是诱发沿面闪络的重要原因。为了研究气体绝缘输电线路（gasinsulatedmetal-enclosed transmissionline,GIL）中盆式绝缘子表面电荷的积聚特性,搭建了一套高气压下绝缘材料表面电荷实验与测量系统,实现了密闭腔体内绝缘子表面电位的全自动测量。所设计的同轴圆柱电极结构模拟了实际的GIL,用静电探头法测量了直流电压下0.5MPaSF6气体中缩比型盆式绝缘子表面电位分布。根据表面电位分布,应用高分辨率的电荷反演算法计算了绝缘子表面实际的电荷密度分布,算法中考虑了静电探头的影响。实验结果表明,表面电荷分布可分为两类不同的形态,第一类为沿中心电极对称分布的同极性电荷,第二类为条纹状分布的异极性电荷以及点状分布的单极性电荷。分析认为气体电导、绝缘子表面电导以及绝缘子体积电导分别对不同形态的电荷分布起主导作用。表面粗糙处理可以抑制第二类电荷积聚,无法抑制第一类电荷积聚,研究结果可为直流GIL的设计优化提供参考依据。

SF_6/N_2混合气体中金属微粒对GIL盆式绝缘子表面电荷积聚特性的影响

在0.5MPa 20%SF_6/N_2混合气体中,利用静电探头和电荷反演算法测量并计算了金属微粒附着时盆式绝缘子的表面电荷分布,并研究电压类型和金属微粒长度对表面电荷分布影响。结果表明,金属微粒将加剧绝缘子表面电荷积聚并严重畸变金属微粒处电场。在直流电压下绝缘子表面电荷存在三种积聚形态,即同极性电极注入电荷、金属微粒附近双极性电荷及随机分布电荷,而在雷电冲击电压下绝缘子表面仅存在金属微粒附近双极性电荷及随机分布电荷。当金属微粒超过5mm时,直流电压下注入电荷区的存在将导致金属微粒附近积聚电荷量减少,雷电冲击电压下随机分布电荷的存在也将导致金属微粒附近积聚电荷量减少。

特高压换流站气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)地震响应分析

为研究特高压换流站气体绝缘金属封闭输电线路的抗震性能,以某特高压换流站550 kV交流滤波器的进线气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)为研究对象,考虑不同类型支架对GIL外壳的约束作用、GIL内部三支柱绝缘子与GIL外壳不同类型连接以及GIL内部导体接头处的滑移等,建立由内导体、三支柱绝缘子、外壳以及支架组成的GIL精细化有限元模型,在三向地震动输入情况下进行时程响应分析,研究GIL–支架体系的地震响应特征及抗震薄弱位置。结果表明:不同高度处活动支架沿管道轴向的平均加速度放大系数均超过2;八度罕遇地震作用下,GIL内部导体接头处位移超出48 mm限值且外壳平均应力峰值响应超出容许应力值;在九度罕遇地震作用下,GIL内导体平均应力响应超出容许应力值。GIL的抗震薄弱位置为竖向转角处的内导体接头及外壳。在设计时,应重点关注活动支架的动力放大作用,控制GIL内导体接头的位移和外壳的应力响应。

GIL中电极覆膜对金属微粒表面电场及受力的影响

研究气体绝缘金属封闭线路(gas insulation line,GIL)中电极覆膜后金属微粒的表面电场及受力对探究覆膜提高微粒起跳场强的原因具有重要意义。分别建立了裸电极和覆膜下微粒周围电场分布的计算模型,电场计算分析结果表明:裸电极下电场最大值在微粒顶端,受到向上的电场力;覆膜下电场最大值在微粒与薄膜之间,受到的电场力方向与其带电量有关,存在向下和向上两种情况。微粒与薄膜间的局部放电可能使覆膜下的微粒带电,当电场达到裸电极下微粒的起跳场强时,微粒仍然可能不带电但受到向下的电场力。因此,电荷量减小和电场力向下是覆膜提高微粒起跳场强的原因。

GIL内金属微粒在直流电压下的运动特性分析

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)以其输送容量大、占地面积小、传输损耗小等优点,在许多场合成为替代电缆和架空线路的首选方案。但GIL内部的金属微粒会在电场的影响下发生起跳和运动,严重威胁了GIL的绝缘性能。为更好地捕获金属微粒,掌握GIL内金属微粒的受力和运动特性是十分有必要的。文中首先忽略盆式绝缘子对GIL轴向场强的影响,分析了金属微粒在同轴圆柱间的受力和运动特性,使用金属微粒谐振频率表征金属微粒在直流电压下的活跃度,并分析了电压和微粒半径对金属微粒谐振频率的影响规律。然后考虑盆式绝缘子对GIL轴向场强的影响,得到了金属微粒的几种典型运动轨迹。最后针对金属微粒陷阱布置提出建议,认为在盆式绝缘子凸面侧下方布置金属微粒陷阱是必要的。

GIL设备安装工程安全风险及预控措施研究

苏通GIL综合管廊工程作为淮南-南京-上海特高压交流工程连接长江南岸与北岸的重要通道,其能否顺利建成投运,对于整个工程具有重大意义。以管廊内GIL设备安装工序为主线,从人、机、料、法、环多维度辨识、评估GIL设备运输、安装、试验等关键工序的风险,提出了针对性较强的安全防护措施。

直流GIL绝缘子表面电荷抑制方法的研究进展

绝缘子表面电荷的积聚是造成大型输电设备如直流气体绝缘输电线路(gas insulated transmission lines,GIL)绝缘性能下降的重要因素,研究如何有效抑制绝缘子表面电荷积聚具有重要的工程意义。而通过材料改性调控和抑制表面电荷积聚是目前较为普遍和有效的思路。该文从绝缘子表面改性、掺杂改性和其他改性3个主要的改性策略入手,综述了近年来通过材料改性调控表面电荷的最新研究进展,并对每种方法的优势和不足进行分析。最后,该文对未来通过材料改性来调控表面电荷积聚的研究方向进行展望。

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。