Insulation characteristics of triple mixtures of c-C_4F_8/N_2/CO_2 under lightning impulse voltage

This paper has researched the insulation characteristics of 10% c-C4F8/N2/CO2 mixtures under lightning impulse voltage by experiment. It is shown that the positive and negative lightning impulse breakdown voltages of 10%c-C4F8/N2/CO2 gas mixtures rise linearly as the electrode gap distance and gas pressure increase and under the same conditions, the positive lightning impulse breakdown voltage of the gas mixtures is always higher than the negative lightning impulse breakdown voltage. As the gas mixtures have a little higher liquefied temperature than SF6 and the comprehensive GWP is about 5% of SF6, and the positive and negative lightning impulse breakdown voltages can both reach 60% of SF6, 10%c-C4F8/N2/CO2 gas mixtures can be applied as insulation gas in electrical equipment such as C-GIS, GIT, GIL and so on.

干燥空气绝缘开关柜中应用的固封极柱绝缘结构设计及优化

为了实现气体绝缘开关柜的绝缘介质由SF6向干燥空气等环保型气体转变,开发一种结构小型化、绝缘水平满足要求的干燥空气绝缘开关柜中使用的固封极柱是亟需解决的问题。文中分析了40.5 kV SF6固封极柱置于干燥空气绝缘开关柜中的相间及对地电场分布,结果显示灭弧室动、静端盖板以及绝缘拉杆附近的气—固沿面电场严重超标,易造成沿面闪络。依据气—固复合绝缘理论,采取增加均压屏蔽网、改进绝缘壳体外观结构、重新设计绝缘拉杆等措施进行电场优化。通过仿真分析,优化设计后的固封极柱灭弧室端盖附近沿面最大场强由3.4 kV/mm降至2.03 kV/mm,绝缘拉杆沿面最大场强由4.1 kV/mm降至1.7 kV/mm。对优化前后的固封极柱进行了局部放电和雷电冲击耐压试验,局部放电试验的起弧电压由35 kV提升到62 kV,雷电冲击耐压试验的峰值耐受电压由145 kV提升到218 kV,证明了优化方案的可行性,为后续40.5 kV及更高电压等级的类似固封极柱的研发及优化提供了有关参考。

1200 kV雷电冲击电压标准测量系统

目前,冲击电压测量系统溯源所需的国家计量标准系统额定电压只有700 kV,无法满足3500 kV及以上的特高压电器的溯源需求。对研制的1200 kV电阻分压器进行结构分析,并对建立的1200 kV冲击电压测量系统进行性能测试及改进,在700 kV电压范围内与已有的700 kV冲击电压国家标准测量系统进行比对校准,在700 kV至1200 kV电压范围进行线性度实验。对1200 kV标准冲击电压测量系统进行了不确定度评定,评定结果表明研制的1200 kV雷电冲击电压标准测量系统的试验电压、波前时间、半峰值时间的测量误差均在国际标准IEC 60060及国家标准GB/T 16927允许范围内,将我国的冲击电压国家标准测量系统额定电压等级提高至1200 kV。

66kV干式变压器雷电冲击试验故障分析

本文中作者针对研发的一台66kV等级干式变压器雷电冲击试验过程出现的故障进行了研究,通过有限元仿真方法复现了试验故障原因,并通过仿真数据优化设计方案后,使得产品顺利通过了试验验证,证明了仿真分析的有效性及准确性。

不均匀积污绝缘子雷电冲击闪络特性

自然条件下,绝缘子呈现不均匀积污状态,对绝缘子的雷电冲击闪络电压有较大影响。为此,该文以XP-70和LXY-70绝缘子为研究对象,在重庆大学雪峰山能源装备安全国家野外科学观测研究站进行不均匀积污绝缘子在预加交流电压后的雷电冲击闪络试验,并对其闪络特性进行分析。试验结果表明,在不均匀积污条件下存在非常明显的极性效应,且出现了极性反转现象。在相同等值附盐密度(ESDD)下,随着不均匀积污比(T/B)的减小,预加交流电压作用下的泄漏电流随之减小,而绝缘子串的闪络电压呈现上升趋势。此外,通过超高速摄像机拍摄的不均匀积污绝缘子的闪络过程发现,不均匀积污绝缘子下表面会率先形成非连续的局部电弧,局部电弧沿面快速发展最终导致闪络。最后,建立了普通瓷绝缘子和玻璃绝缘子的雷电冲击闪络电压梯度方程,并对其进行验证,结果表明计算值与试验值的相对误差在±6.56%之内。

航空电磁超材料雷电冲击放电特性

随着航空电磁超材料在飞行器雷达天线罩的推广使用,其雷电防护问题亟待解决。针对方框型电磁超材料,使用冲击电压发生器、高速摄像机、普通摄像机,针对电磁超材料板的U50%冲击电压及放电路径开展试验,研究不同接地方式、不同电压极性的组合间隙及沿面放电特性。试验结果表明:方框型超材料沿面放电形貌受正、负极性电压的影响不大,表现为不规则的折线形放电路径,放电主通道并不唯一,同时存在流向另一接地位置的次级放电通道,越靠近放电附着点区域,次级放电通道越多,整个沿面放电形貌呈网状分布;雷电冲击电压下存在多条沿面主放电通路,组合间隙击穿前电磁超材料表面会产生沿面自放电通路,其沿面自放电通路为最终沿面主放电通路之一;组合间隙冲击放电流注发展过程的放电特性主要与电压极性相关,正极性冲击电压下由高压棒电极产生向下发展的下行流注,电磁超材料表面只有较弱的起晕;负极性冲击电压下分别产生对向发展的上、下行流注;雷电冲击电压下电磁超材料表面大量金属微结构单元阵列会产生上行流注和沿面自放电通路,其容易将雷电主放电通道引向超材料天线罩,导致分流条屏蔽失效。

电力变压器振荡型雷电冲击耐压试验及局部放电检测技术

振荡型雷电冲击电压产生效率高,被IEC60060-3标准推荐作为电力变压器现场雷电冲击耐压试验波形。该文研究了振荡型雷电冲击的产生原理,明确了试验回路中波前电阻、波尾电阻和调波电感等电路参数对振荡型雷电冲击电压波形参数的影响。基于粒子群算法,提出了振荡型雷电冲击调波优化算法,通过测量变压器频响曲线获得阻抗参数,提取冲击发生器和试验回路参数,快速得到最优的调波电路参数,从而获得满足标准要求的振荡型雷电冲击电压波形。在220 kV变压器开展了振荡型雷电冲击耐压试验,所提波形优化方法仅在运行1 min、迭代200次之后收敛到最优解,节省了原本需要1h的波形调试工作。试验结果表明,在振荡型雷电冲击试验同时开展局部放电测量,可以实现对变压器故障的早期诊断和绝缘状态的全面评估。

交流GIS用盆式绝缘子三交区绝缘结构设计研究

以提高盆式绝缘子三交区绝缘能力为出发点,从三交区构成、异物运动特性及典型放电现象分析了三交区结构设计缺陷导致异物聚集并诱发盆式绝缘子沿面闪络的原因。通过电场仿真,研究接地屏蔽电极、盆式绝缘子法兰处厚度及接地屏蔽电极与母线筒体法兰距离对低电位三交区电场强度的影响,给出高电位三交区电场随盆式绝缘子底部倾斜角度、三交区宽度的变化规律,提出接地屏蔽电极高压侧防止树脂贯通破坏厚度的计算方法及三交区电场校核判据。结果表明:合理的高、低电位三交区结构设计可有效抑制异物聚集诱发的盆式绝缘子沿面闪络。

紧凑型配网设备振荡冲击耐压试验系统的设计研究

传统的集成式车载冲击电压发生装置多采用双指数冲击电压波形,体积和重量都非常庞大,难以直接用于数量众多的配网设备的现场试验,而振荡型冲击电压波形由于具有产生效率高、调波简单的优点,适用于配网设备的现场冲击耐压试验。为此,研制了紧凑型配网设备振荡雷电冲击耐压试验系统,系统硬件部分采用模块化设计,具有体积小、重量轻和现场使用方便的优势。软件部分采用平板电脑控制,操作简单方便,具有信号采集、处理和一键生成试验报告等功能,能够实现对现场冲击耐压试验过程的在线可视化显示。并针对研制的配网设备振荡冲击耐压试验系统进行了相关性能测试试验,测试结果均满足要求。系统可以产生满足配网设备现场试验的振荡雷电冲击电压波形,能够有效的解决配网设备现场冲击耐压试验困难的问题。

真空灭弧室内部屏蔽罩间隙雷电冲击击穿特性的面积效应

随着真空灭弧室电压等级的提升,其内部屏蔽罩间隙的尺寸增加将产生击穿面积效应,这将成为制约真空灭弧室绝缘性能的关键因素之一。本文研究了真空屏蔽罩间隙在不同间距条件下雷电冲击击穿特性的面积效应,实验中采用了三种直径的典型屏蔽罩结构,直径分别为40、60和80 mm,电极材料为不锈钢。结果表明,在恒定间距条件下,随着有效面积的增加,真空屏蔽罩间隙的绝缘强度呈下降趋势,并且下降速度逐渐增大。当间距增大时,一方面任意有效面积下屏蔽罩间隙的击穿电压显著提升;另一方面,由于有效面积的增大对击穿电压的削弱作用逐渐降低。本文的研究结果不仅可以指导真空灭弧室内部屏蔽罩间隙的绝缘设计,也可以为具有不同电极结构真空间隙的绝缘评估提供理论依据。

低漏磁电抗器冲击特性和温度特性研究

干式空心电抗器能够改善电力系统电能质量、提升电流稳定性,但在工作时漏磁较大,对周围环境造成不良影响。为解决电抗器漏磁过大的问题,本文提出一种新型多单元串并联环形低漏磁电抗器拓扑结构,在进行原理分析的基础上,对试品分别进行工频耐压试验、温升试验、雷电冲击试验和最大短时电流试验,结果表明该试品性能达到了相关国家标准要求,能够应用于实际电网中。

直流叠加冲击电压时GIS母线闪络特性

GIS母线残余电压和合闸的操作冲击电压共同作用可能会造成GIS母线发生闪络,开展GIS母线有直流电压情况下叠加冲击电压试验,是研究提高GIS母线绝缘水平的必要方法。文中通过搭建直流叠加冲击电压试验回路,研制1100 kV串联550 kV GIS母线试验平台,开展直流叠加雷电或操作冲击电压试验,结果表明:单独±2400 kV雷电冲击电压或单独±1800 kV操作冲击电压作用时,母线均未发生闪络;负极性直流叠加负极性冲击电压作用时,550 kV GIS母线段多次发生闪络,负—负极性叠加比单独冲击电压作用时闪络电压更低,负—负极性叠加的闪络电压比其他极性组合叠加的闪络电压更低,其中-450 kV直流叠加-2400 kV雷电冲击电压时,与单独-2400 kV雷电冲击电压作用时比较,叠加的雷电冲击闪络电压幅值大约下降28.5%。

棒–板长空气间隙在低气压下雷电冲击特性及电压校正

文中在人工气候室内对0.5～2.0m的棒-板空气间隙雷电冲击50%放电电压U50与气压P的关系进行了系统的试验研究,分析了P对雷电冲击U50的影响,得到了U50与间隙距离d之间的关系.研究结果表明:0.5～2.0m棒-板空气间隙的U50与P之间满足幂函数关系,其幂指数即气压对U50影响的特征指数n与电压极性有关;当d＜1.0m时,n与d关系较密切,当d＞1.0m时,n与d关系不明显,且U50与d基本呈线性关系.提出了棒-板长空气间隙雷电冲击U50的海拔高度校正方法,并得到海拔每升高1km,正、负极性的U50分别下降8.7%和8.0%.

7200kV/480kJ冲击电压发生器的输出电压特性

介绍了国家电网公司特高压直流试验基地户外冲击试验场的7200kV/480kJ冲击电压发生器的结构特点,并对该冲击电压发生器的雷电冲击电压、标准操作冲击电压、500μs和1000μs长波头操作冲击电压的输出特性进行了试验研究。试验结果表明:雷电冲击输出电压幅值达到了6271kV,标准操作冲击电压的棒板间隙耐受电压和击穿电压分别达到了3844和4845kV。表明该冲击电压发生器可以满足±800kV特高压直流输电技术和更高电压等级输电技术的试验要求。

长空气间隙放电特性研究综述

为获得长空气间隙在不同间隙距离、不同电压类型、不同电极结构下的放电规律,介绍了国内外长空气间隙放电特性研究的代表性成果,分析了棒-板和棒-棒间隙在不同间隙距离、不同冲击电压波前时间下的放电特性,给出了典型的放电特性曲线。对美国、日本和中国开展的输变电杆塔间隙试验结果进行了分析,介绍了线路和变电站相-地和导线相间空气间隙试验结果,对比了不同塔型结构条件和波形条件的影响。研究表明随间隙距离的增大,棒板间隙临界放电电压对应的波前时间逐渐增大;塔宽对杆塔间隙操作冲击下的放电电压有明显的影响;随着操作冲击电压的升高,海拔对操作冲击放电电压降低的作用减小。该综述是对目前国际上典型间隙和输变电间隙放电特性研究成果的总体分析,可为绝缘设计提供依据。

超/特高压直流输电线路塔头间隙冲击放电特性研究

目前国内外规划和建设了多个超/特高压直流输电工程,其中输电线路杆塔塔头的空气间隙距离是影响工程设计的重要参数之一。在工程设计中,既需要选择合适的间隙距离以耐受可能出现的各种过电压,保证系统安全稳定运行,又要尽可能减小塔头尺寸以降低工程造价。利用±1000kV模拟塔头进行试验,得到了±1000kV杆塔典型空气间隙的操作冲击和雷电冲击放电特性曲线,并与±500和±800kV杆塔塔头的空气间隙研究成果进行对比分析,同时结合750kV交流杆塔塔头和正方形塔窗的操作冲击特性进行了讨论和分析。试验结果表明:±500、±800和±1000kV杆塔塔头的50%放电电压与间隙距离的关系曲线具有良好的延续性;当间隙距离增加时,操作冲击放电特性曲线开始出现饱和的趋势,而雷电冲击电压则与间隙距离保持较好的线性关系;导线的尺寸和分裂形式以及均压环等对塔头空气间隙的放电特性影响较小。

一种防止10kV架空绝缘导线雷击断线用新型串联间隙金属氧化物避雷器

研制了一种由高压穿刺电极和避雷器本体构成的纯空气间隙金属氧化物避雷器。高压穿刺电极与绝缘导线穿刺接触引出高电位,当感应雷或直击雷产生足够高幅值的过电压作用于绝缘导线时,避雷器间隙击穿,避雷器本体释放雷电能量抑制工频续流起弧,达到保护绝缘导线免于断线的目的。通过对该避雷器进行大量的雷电冲击放电试验,确定了间隙距离和安装位置。

高海拔超高压绝缘子串雷电冲击伏秒特性

绝缘子串雷电冲击伏秒(V-s)特性曲线对于输电线路防雷设计和并联间隙装置设计具有十分重要的意义。为深入了解该特性,在特高压工程技术(昆明)国家工程实验室对220kV 14片XP-70瓷绝缘子串以及与其干弧距离长度相同的复合绝缘子、500kV 28片XP-70瓷绝缘子串进行了雷电冲击V-s特性试验。试验表明:绝缘子串V-s特性与其干弧距离成正比关系,和材质无关;瓷绝缘子串闪络时,电弧从绝缘子串高压端逐片向上爬升,但在接地端会短接最后2～5片绝缘子,而复合绝缘子则在高压端和接地端之间直接形成放电通道,并可能有次要发展通道存在。

110～500kV复合绝缘子的雷电闪络特性

为研究复合绝缘子的雷电冲击闪络特性，在110kV、220kV和500kV电压等级下对复合绝缘子进行了大量的试验。利用Matlab分析试验数据，得到了不同电压等级绝缘子50％雷电冲击电压与干弧距离的关系曲线，拟合出了110-500kV绝缘子50％雷电冲击电压与干弧距离的关系表达式，通过逐步提高冲击电压的峰值研究并绘制出了110kV绝缘子的伏秒特性曲线，为复合绝缘子的选型提供了参考。

带过冲和振荡雷电冲击波形的参数提取研究

针对1989年IEC 60060-1 Ed.2.0关于测量带过冲和振荡雷电冲击波形的争议问题,介绍了试验电压因子、局部滤波法以及基于双指数函数模型的曲线拟合,并对照其他方法说明了它们的优越性。论述了2008年IEC 60060-1 Ed.3.0关于带过冲和振荡雷电冲击波形的数值处理程序,对于该处理方案,指出了在实际应用中存在的波形不连贯和定义模糊的问题。最后采用TDG1.12中的解析波形作为对象实现该程序,进行波形处理、参数提取和结果分析,还对波形参数的参考数据提出了建议。