特高压直流套管气-固界面长时闪络放电特性及其影响因素

胶浸纸(resin-impregnated paper,RIP)干式套管内部的SF_(6)气体与环氧树脂浸纸电容芯体组成的气-固界面是套管内部易发生放电的绝缘薄弱点。该文搭建闪络放电特性实验平台,测试套管环氧浸纸试样和芯体模型在不同表面状态、微粒影响下的表面电荷分布,揭示多种因素对表面电场及闪络特性的影响机制。同时,对套管芯体缺陷试样长时局部放电至闪络放电发展过程进行试验验证。结果表明:高压侧区域套管气-固界面存在高分散性的纤维凸起,运行过程中吸附微粒,在直流电压作用下电荷积聚和电场畸变引发微弱起始局部放电;长期的电压作用使电荷积聚加剧,电场畸变程度进一步增大,局部放电频次和幅值逐步增加,最终导致贯穿性闪络放电。该研究可为胶浸纸套管芯子表面处理工艺的优化,以及长期直流下闪络放电的抑制措施的制定提供理论和实验依据。

550 kV环氧树脂浸纸多出线套管抗震性能研究

为评估550 k V环氧树脂浸纸多出线套管的抗震性能,对该型套管进行了有限元分析。根据产品设计绘制三维实体模型,模态分析计算此套管的固有频率,对套管施加静态端子拉力、自重力及等效风载荷,计算静态载荷及响应谱情况下套管的最大位移,并对静力载荷与地震载荷进行工况组合,分析在静态载荷和地震载荷综合情况下套管主要零部件的位移及应力。分析数据显示,该多出线套管计算安全系数完全满足AG5地震水平要求,应力最大位置为芯体上部卷制管位置,后期设计时应充分考虑提高卷制管壁厚及刚度,提高该套管的安全系数。

载流条件下环氧胶浸纸套管温度分布及绝缘特性

为研究环氧胶浸纸套管内部温度分布及对应的绝缘性能,构建了套管温升与绝缘性能同步测试回路,获得了不同电流下套管芯体温度分布及热点温度对套管绝缘性能的影响规律。结果表明:载流条件下套管油端芯体最大直径处存在由于热量累积导致的局部热点;在与套管绝缘材料接触的热点温度<100℃时,绝缘介质中松弛极化损耗现象明显,tanδ随频率变化曲线存在损耗“峰”和“谷”,曲线随着温度增加向高频方向平移,当热点温度>120℃时,绝缘介质中电导损耗作用突出,tanδ随频率变化曲线在对数坐标系中呈直线下降趋势;热点温度>140℃将损坏套管内部绝缘,恢复常温后tanδ和电容量急剧增加,绝缘电阻大幅下降;当热点温度>200℃时,套管内部将产生大量气体,芯体开裂,tanδ突增而电容量突降。该研究可为套管优化设计、试验及运行状态评估提供参考。

特高压直流换流变压器阀侧套管高环温强电流下轴径向的温度分布规律

为准确评估高环温、强电流下胶浸纸换流变压器阀侧套管的热性能,通过夏季负荷高峰期?800k V特高压直金华站换流变压器的运行温度测量,及双12脉动阀组换流变压器侧电流频谱特征的仿真分析,设计了模拟90℃换流变压器油温和50℃阀厅空气温度的高环温强电流下的套管热点温度试验测量系统;利用轴径向测温法掌握了胶浸纸换流变压器阀侧套管芯体温度分布特征;建立用于热点温度暂态值计算的指数函数模型,提出了基于热时间常数的IEC套管稳态温度修正方法。该研究结果可为特高压胶浸纸换流变压器阀侧套管电热耦合优化设计及运行工况下热性能的考核和评估提供方法及理论指导。

特高压干式油气套管内绝缘结构的优化设计

针对使用经典解析公式设计套管电容芯子的局限性,改进了套管的传统等裕度设计方法。以特高压干式油气套管为研究对象,考虑杂散电容和温度对套管芯子电场分布的影响,建立了套管芯子改进等裕度设计方法的数学模型。在此基础上,联合有限元电热耦合计算和粒子群优化算法对该套管的内绝缘结构进行了优化设计。根据以上优化设计结构,试制了油气套管样机,并进行了全部型式试验,结果表明,提出的改进等裕度设计方法可实现油气套管芯子径向场强、轴向场强和极板间局部放电裕度的均匀分布,且芯子局部放电裕度值由0.925提升到1.155,验证了改进等裕度设计方法的实用性。

1000kV交直流环氧树脂胶浸纸绝缘穿墙套管现场安装工艺

本文结合国家电网输电线路防灾技术实验室的1000kV交直流环氧树脂胶浸纸绝缘穿墙套管的结构特点,提出现场吊装工艺,详细介绍现场配重、起吊、重心调整、就位后套管旋转对孔等主要过程,并分析吊装过程中存在的问题及解决方法。

应用三维电磁–热–流耦合场分析法计算换流变压器干式套管的温度场分布

换流变压器阀侧干式套管主绝缘材料为环氧树脂/皱纹纸复合材料,散热能力较差,随着输送功率的提高,套管载流量的升高,发热问题已成为制约换流变干式套管安全稳定运行的瓶颈。该文以400k V换流变干式套管为研究对象,采用三维电磁–热–流耦合场分析方法,考虑了热辐射、热传导和对流传热的影响,计算分析了其三维温度场分布,得出了套管内部的温度分布规律。同时,为了验证所用仿真方法的准确性,对400k V换流变干式套管进行了温升试验,对比了测量点的仿真计算结果与温升试验结果,试验结果表明仿真结果与测量结果的差值低于8%,证明了该方法的合理性,可为换流变干式套管的设计提供计算依据。

换流变阀侧干式套管表带触指失效过程分析

在超、特高压电力系统中,换流变压器阀侧干式套管作为换流变压器连接换流阀的关键设备,其安全运行直接关系到电力系统的可靠性。近年来,国内外发生多起由于电接触失效而导致的套管过热和放电故障,因此有必要对套管载流连接结构的失效机理开展研究分析。该文以±500kV换流变阀侧套管的过热故障为例,计算分析套管在实际运行电流下表带触指的摩擦行程,采用扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)和能量色散光谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)对表带触指失效前后的表面和断面进行形貌分析和成分分析,提出表带触指在套管内的劣化机理。研究发现:铜导杆接触区域没有镀银是缩短触指寿命的主要原因,长期的机械磨损和SF6气体分解产物对触指的腐蚀是导致触指劣化的重要因素,相关结论可为套管电连接设计、选型和过热型故障分析提供理论依据。

典型缺陷条件下环氧胶浸纸套管绝缘特性分析

环氧胶浸纸套管具有电气性能稳定、防爆、体积小、重量轻等优点,已被广泛应用于变压器套管和穿墙套管,但其制造工艺复杂,易在生产过程中产生缺陷。为了获得套管缺陷对应的绝缘特征参数,分析了缺陷产生的原因,并在实际套管中进行缺陷模拟,包括套管内部绝缘纸干燥不良,芯体固化过程热应力集中导致的芯体微裂纹,材料脱气不良在芯体中产生气泡等。通过对比测量,研究了不同缺陷套管的绝缘电阻、介质损耗因数tanδ、电容、频域介电谱(frequency-domain dielectric spectroscopy,FDS)、极化和去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)等绝缘参数特征。结果表明,缺陷套管tanδ值均比正常套管大,绝缘电阻则较正常套管小,不同缺陷套管的极化电流具有不同的衰减率和稳定值。通过分析不同频段的FDS曲线和PDC变化规律,可有效区分不同套管缺陷。研究成果可为套管出厂试验和现场绝缘诊断提供参考。

温度对环氧胶浸纸套管FDS特性的影响

为研究温度对环氧胶浸纸套管频域谱特性的影响,以便更准确地将介电响应技术应用于套管受潮或老化状态评估,设计了不同温度下胶浸纸套管绝缘频域谱(FDS)测量试验,运用电介质极化理论对频域介电现象进行分析,并建立扩展Debye模型,利用遗传算法和内点法辨识各支路参数,通过模型参量变化分析温度对频域谱特性的影响规律。结果表明,随着温度的升高,低频区(10^(-3)~1 Hz)复电容实部随着温度的升高显著增大,介损和复电容虚部频谱曲线整体向高频方向移动;建立的6支路Debye模型与实测值基本相符,绝缘电阻R0随温度升高而减小,几何电容C_0基本不变;采用基于"频温平移因子"的主曲线技术可有效消除温度的影响,实现将已知温度下的频谱曲线折算到未知温度,扩展了频谱曲线的测量范围;频谱曲线的"平移因子"满足Arrhenius方程,利用"平移因子"计算得到的活化能约为31.92 kJ/mol。因此,利用频域介电谱法评估受潮或老化状态时必须考虑温度的影响,否则将导致评估结果失实。

水分对干式套管环氧浸渍纸材料介电特性的影响

干式套管电容芯子主绝缘为由皱纹纸经环氧树脂浇注而成的环氧浸渍纸。由于环氧树脂与皱纹纸分子链存在亲水性基团而易吸收水分,为了明确水分在两种材料中扩散特性及对其介电性能的影响,该文制备了环氧树脂和环氧浸渍纸绝缘样品,开展了水分扩散实验以及不同含水量下的介电特性测试实验。结果表明:纯环氧树脂中的水分扩散符合Fick扩散模型,而水分在环氧浸渍纸中的扩散特性可用Langumir模型来解释;对于纯环氧树脂,水分含量的减少仅导致介电谱曲线低频段(1mHz~1Hz)降低,对高频段(1Hz~5kHz)则基本无影响,对于环氧浸渍纸则表现为介电谱曲线损耗峰向低频方向移动;进一步地,论文提取两种绝缘介电谱曲线的特征参量,提出干式套管绝缘受潮状态评估的新方法。

受潮状态下环氧胶浸纸套管频域介电谱研究

为研究环氧胶浸纸干式套管在受潮状态下的绝缘特性,建立了环氧胶浸纸套管电容芯体绝缘性能测试装置。基于频域介电谱(FDS)方法,测试分析了环氧胶浸纸套管电容芯体在空气中自然受潮、烘干及在绝缘气体微量水分条件下的FDS曲线变化规律,结合工频介质损耗因数和电容量测量结果,提出了环氧胶浸纸套管受潮特征参量及受潮诊断方法。研究结果表明:随着受潮程度的增加,FDS曲线向高频方向移动,且套管在低频段出现tanδ负值及负峰值,严重受潮时套管工频介质损耗因数会明显增大;环氧胶浸纸套管在绝缘气体中的受潮程度远低于空气中受潮,工频下的tanδ和C变化量很小,可通过分析0.1 Hz下的tanδ值及FDS曲线整体变化规律判别套管是否受潮,为环氧胶浸纸套管出厂检测及现场检修提供参考。

干式直流套管极板边缘电场分布及优化方法

干式直流套管作为换流变、阀厅的重要组成部分,极板边缘的电场最大,局部放电最易从该处起始,进而引发绝缘失效,如何有效优化极板边缘处的电场已经成为提高干式直流套管运行可靠性的关键。为进一步确定干式直流套管极板边缘电场分布规律及优化方法,建立了双层电容屏套管芯体模型,分析了不同电容屏参数下传统经验公式的准确性,并对比了铝箔边缘半折边、敷设半导电绝缘纸、敷设非线性电导材料等方法对极板边缘电场的优化效果。结果表明,传统经验公式对极板边缘的最大电场估计偏小,且偏差基本不随d/Δt变化,约为7.5%。此外,极板边缘半折边方法可以使极板边缘曲率半径增大1倍,最大电场降低27.8%。极板边缘敷设环氧浸纸材料电导率10~100倍的半导电纸可以使极板边缘最大电场降低超过31.4%,且再增大半导电纸电导率,极板边缘最大电场几乎不再下降。极板边缘附着非线性绝缘材料方法是一种有前景的方法,可以使极板边缘最大电场下降达73.2%。

有限元数值计算技术应用于特高压穿墙套管三维电场模拟分析

±800kV特高压直流穿墙套管是我国±800kV特高压直流输电工程中的重要设备,亟需应用有限元数值计算技术对其关键部位进行三维电场模拟分析,确定传统结构设计的合理性并提供优化方案。为此在环氧浸纸电容式和金属屏蔽式2种技术路线下,分别讨论了特高压直流穿墙套管的结构特点和绝缘性能。应用有限元法仿真计算了金属屏蔽结构下穿墙套管的三维电场分布,重点分析了穿墙套管金属屏蔽表面及其相关附件电场分布特点,进一步对套管中间连接结构及支撑绝缘子的实际尺寸进行三维实体模型电场分析,并优化支撑绝缘子结构型式和尺寸。计算结果表明:对于金属屏蔽式芯体结构,高场强区域集中在金属屏蔽翻边位置及外部均压环表面,双层金属屏蔽芯体结构下穿墙套管复合绝缘子沿面电位及电场分布相对均匀,可实现套管紧凑型结构设计。该研究结果可为特高压穿墙套管的设计、研制及运行提供理论依据。

基于PDC法的干式套管用胶浸纸绝缘受潮状态评估

为了提取表征胶浸纸(RIP)绝缘受潮状态的特征参量,文中将时域介电响应技术应用于受潮状态评估,并利用极化/去极化电流(PDC)测量法对其进行深入研究。首先在实验室制备不同含水量的RIP绝缘样片并测试获得PDC曲线;然后引入遗传算法和内点法相结合的优化算法,利用Matlab获得扩展德拜模型参数;最后提取2个受潮状态特征参量,即最大时间常数分支的弛豫贡献系数A_(9)和稳定去极化电量Q_(d-5000)。研究结果表明:PDC曲线随含水量的增加整体向上移动;受潮造成RIP绝缘的直流电导率增加,绝缘电阻、吸收比和极化指数显著降低;建立的9支路扩展德拜模型等效电路参数对RIP绝缘受潮状态的反应较为灵敏,A_(9)与含水量呈线性拟合关系;去极化电量对含水量较为敏感,Q_(d-5000)与含水量呈指数拟合关系。

胶浸纸电容套管芯VPI技术研究

分析了胶浸纸电容套管芯用 VPI(真空压力浸胶 )工艺技术 ,比较了混胶和真空脱气的几种工艺方法 ,指出真空、压力对产品质量的影响。并通过有关技术指标说明 ,运用 VPI技术制造的无气隙绝缘制品发挥了油浸纸、胶粘纸电容套管芯的优点 ,同时又避免了两者的缺点 ,具有介质损耗低 ,介电强度高的性能。

油-油、油-SF_6胶浸纸电容式变压器套管的研制

介绍了额定电压为40.5kV～126kV油-油、油-SF6胶浸纸电容式变压器套管的设计原理和工艺流程;讨论了制造套管电容芯子的关键技术,给出了研制产品的技术参数并与国内外同类产品进行了水平对比,最后指出了该产品的主要性能及特点。

变压器高压油浸纸套管与环氧浸纸套管运行情况比较

对某电厂使用的变压器高压油浸纸电容式套管和环氧浸纸电容式套管的运行情况进行了比较,并对曾出现的故障类型进行了分析。历次电气试验表明:油浸纸电容式套管介质损耗和电容量均保持稳定,变化量一直在规程允许范围内;而环氧浸纸电容式套管在投运一定时期后,出现套管介质损耗因数及电容值增大的现象。最后指出,环氧浸纸绝缘套管的介质损耗因数普遍高于同等电压等级的油浸纸绝缘套管,当发现绝缘介质损耗因数和电容值发生较明显变化时,应加大测试密度,当变化量大于10%时,必须更换套管。

热效应对胶浸纸套管绝缘性能的影响及温度反演方法

为研究热效应对胶浸纸(resin impregnated paper,RIP)套管绝缘特性的影响,首先搭建串联RIP套管模型温升试验平台,进行不同载流条件下RIP套管模型的频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)测试和内部温度测量,然后建立扩展德拜模型研究热效应对RIP套管模型绝缘性能的影响,最后针对套管内部温度检测的难题,提出一种基于“介质损耗”的套管内部温度反演方法。结果表明:套管模型承载的电流最终体现为内部温度的变化;复电容实部C′(ω)和虚部C″(ω)在低频段(5 mHz~5 Hz)随载流量的增加而显著增大;扩展德拜模型参数对RIP绝缘内部温度变化较为敏感,根据“介质损耗”在不同频段的表现形式,提取介质损耗面积Sp和介质损耗斜率Kp作为反演RIP套管最高温度的特征参量,该特征参量与最高温度均存在拟合优度较高的二次函数关系,据此可实现RIP套管最高温度的间接测量。该方法为检测套管内部温度提供了一条新思路。

环氧树脂浸纸电容式变压器套管地震模拟振动台试验研究

介绍了环氧树脂浸纸电容式变压器套管模拟地震振动台试验。套管通过刚性支架固定于振动台面上,试验中进行了白噪声动态特性扫频及人工波抗震性能测试,评价了其整体抗震性能。试验结果表明:当法兰处三正交方向测点加速度幅值近似为1. 0g时,套管根部法兰最大实测应力为32. 84MPa,最小安全系数为2. 44,结果满足套管抗震要求。