±800kV特高压直流换流站阀厅金具表面电场计算

为分析特高压换流站阀厅金具表面电场分布情况,采用静电场有限元数值方法进行了求解。首先以某±800kV特高压高端阀厅为研究基础,建立3D实体模型。然后根据阀厅设备的电气参数,通过PSCAD仿真得到阀厅设备在额定功率和轻载运行时的电位波形。最后采用静电场瞬时加载法,选取典型的数值进行加载求解,得到各种运行工况下阀厅内部金具设备场强分布云图和最大值分布规律,并对场强最大的金具进行优化设计。计算结果表明,在当前设计方案及配置条件下,阀厅内部高压侧设备连接及屏蔽金具表面场强较低,完全满足特高压直流阀厅内部电场控制要求;低压侧部分设备的屏蔽金具表面场强较高,接近甚至超过起晕场强,需要重点关注,并建议将D侧支柱绝缘子均压环管径增大至100mm。研究结果为特高压阀厅金具的设计规划提供了可靠支撑,具有重要的借鉴价值。

特高压交流输电线路瓷绝缘子串电位和均压环电场分布计算模型的简化

特高压交流输电线路绝缘子串电位和均压环表面电场分布计算有限元模型具有模型尺寸大、结构复杂、媒质种类多的特点。为保证计算精度,需全面分析相关因素的影响,以合理简化计算模型,提高计算效率。该文建立了特高压交流输电线路瓷绝缘子串的三维静电场有限元全模型和简化模型,全面分析了杆塔、导线、连接金具、联板及相间作用等因素对电位和电场分布的影响,最后验证模型简化的合理性。全模型和简化模型计算结果对比表明,将三相导线控制在一定长度、对杆塔合理简化、省略联板和金具并且只建立单相绝缘子串模型的简化方法可行,用简化模型代替完整模型进行绝缘子串电位和均压环表面电场分布的分析能够减小计算规模,提高绝缘子串和均压环参数优化配置分析效率。

复合绝缘子HTV硅橡胶材料老化特性的研究

针对在役复合绝缘子的老化问题,笔者分别对实验室电晕老化和现场自然老化的HTV硅橡胶材料的憎水性、泄漏电流、表面微观形貌以及化学成分等特性进行了对比研究。结果表明,电晕老化与现场老化造成材料特性变化的规律呈现一致性:电晕老化造成材料憎水性下降,且提高电晕老化强度(电压和时间)则导致憎水性恢复变慢,甚至不能完全恢复;现场老化材料的憎水性随年限不断下降,由HC1级(2年)降至HC5级(15年)。老化还造成样品的表面电阻率下降,引起表面泄漏电流增加;老化造成硅橡胶材料降解,表面缺陷增加,孔洞增加并加深,甚至产生裂纹,同时生成强极性基团等,从而引起硅橡胶机械及绝缘性能不断下降。

电晕放电老化对高温硫化硅橡胶材料陷阱特性的影响

随着运行年限的增加,在役复合绝缘子的老化现象逐渐凸显,严重影响电力系统的安全。为此,首先针对在不同电晕强度(电压和时间)下老化后的高温硫化(HTV)硅橡胶试样,研究了材料表面陷阱特性、表面微观形貌(SEM)和元素特性(XPS)的变化规律,然后分析了不同年限的在役复合绝缘子伞裙材料的陷阱特性。研究表明,随着电晕电压或老化时间的增加,电子和空穴陷阱密度不断增加,最后趋向饱和水平。SEM和XPS分析结果表明,老化后材料表面出现大量孔洞等缺陷,强极性基团数量增加,分别作为物理和化学陷阱对陷阱特性产生影响。对于现场复合绝缘子伞套材料,其电子和空穴陷阱密度也呈现随运行时间增加而增长的类似规律,其中空穴陷阱密度规律性好,重复性强,有望成为一种评价复合绝缘子材料老化的新型定量表征参数。

油浸层压纸板在低场强下空间电荷的积聚特性

换流变压器油纸绝缘系统中大多采用较厚的层压纸板,但目前有关较厚纸板的空间电荷积聚特性的研究较少。为此,利用脉冲电声法(PEA),研究了低场强(<5kV/mm)较厚纸板(0.5～2mm)中电荷的积聚特性,以及水分质量分数和温度因素对油浸层压纸板空间电荷积聚特性的影响,并采用热刺激电流法(TSC)研究了不同厚度油浸纸板空间电荷积聚特性的差异。研究发现,层压纸板中的水分质量分数对空间电荷的积聚影响显著,当质量分数在0.9%～3.5%范围内时,空间电荷随着水分质量分数的增加而线性增加;温度对空间电荷的影响也很明显,当纸板温度升高到333K时,其相同时间内积聚的空间电荷密度峰值是273K时的4倍。纸板厚度对其电荷积聚的影响规律和机理还需要进一步研究。

含针尖缺陷的XLPE电缆绝缘击穿行为的频率依赖特性研究

研究了在20～300 Hz 频率范围内含针尖缺陷的电缆绝缘试样在变频电压和阻尼振荡波电压作用下的击穿特性,变频击穿采用连续升压和逐级升压两种方式.结果表明：连续升压下的变频击穿电压、逐级升压下的变频击穿电压和阻尼振荡波击穿电压分别在240 Hz、80 Hz 和170 Hz 附近出现最大值.电压形式和电场频率对含针尖缺陷电缆绝缘击穿特性的影响来源于空间电荷的注入及分布特性的差别,这种差别不仅导致击穿电压的不同,还导致击穿的微观路径产生显著变化.

介质阻挡电晕放电用于聚丙烯薄膜的表面改性

聚丙烯薄膜浸渍特性是电力电容器的关键问题之一。为了改善聚丙烯薄膜的浸渍特性,采用低温等离子体技术对薄膜表面进行了改性研究。首先基于介质阻挡电晕放电原理制作了低温等离子体发生装置,研究了其放电的电学特性。然后利用该装置产生低温等离子体,应用于聚丙烯薄膜的材料表面改性处理。通过测量材料表面处理前后的表面化学元素、微观形貌和表面静态水接触角的变化,分析了等离子体处理对材料表面改性的影响。结果表明:聚丙烯薄膜经过等离子体改性处理后,表面的极性含氧基团数量增加到10%,静态接触角降低了30%,材料表面粗糙度和浸渍特性都有较大提高;其电学特性也发生了变化,处理之后聚丙烯薄膜的交流击穿电压提高了约12%。

直流输电线路下方建筑物附近离子流场的计算

直流输电线路下方建筑物附近电场分布复杂,基于Deutsch假设计算建筑物附近的离子流场在理论上会造成较大的误差,同时无法考虑风速的影响。基于上流有限元方法计算直流模拟试验线路下方房屋模型附近的离子流场,采用新型的迭代收敛控制技术,保证了迭代收敛过程的稳定性。计算结果与试验数据进行对比,得到了很好的验证。结果表明上流有限元方法适用于直流线路下方建筑物附近离子流场的计算。考虑风速的影响,计算建筑物附近离子流场,发现风速对建筑物附近合成场强以及离子流密度的影响很大,因此在计算直流输电线路下方建筑物附近电磁环境时,必须考虑风速对离子流场的影响。

DGA中三比值缺码研究初探

三比值法的011编码没有给出对应的故障类型。在收集整理油中溶解气体分析(DGA)数据的基础上,将011编码的数据与编码空间中相邻的4个编码数据进行对比分析。分析发现,故障气体含量的对数值之间存在线性关系,进而利用线性回归和假设检验的方法对线性关系进行了研究。研究表明,甲烷、乙烷、乙烯的气体含量之间存在较明显的线性关系,而氢气与烃类气体含量的线性关系略微偏弱。利用线性分析的结果,并结合故障气体含量,对011编码所反映的故障类型从定性的角度进行了初步探讨。

亲水性时静态接触角算法及在硅橡胶憎水性检测中的应用

为了提高亲水性时静态接触角计算的准确性,提出了一种考虑水珠体积和憎水性的静态接触角算法。基于Young-Laplace方程产生水珠边缘曲线,同时在其上叠加一定的噪声来模拟水珠边缘提取时的误差,研究了接触角≤90°、水珠体积<200μL且接触线长度≤1cm时,水珠体积和接触角对圆拟合算法和椭圆拟合算法准确性的影响,同时分析了噪声含量对2种算法准确性的影响。研究结果表明:噪声对椭圆拟合算法准确性的影响大于圆拟合算法,随着接触角的增大,噪声的影响减弱;随着水珠体积的增加,圆拟合算法的误差明显增大,椭圆拟合算法的误差略有增加;接触角≤15°时应选择圆拟合算法;接触角>15°而≤70°且水珠体积≤7μL时应选择圆拟合算法,接触角>15°而≤70°且水珠体积>7μL时应选择椭圆拟合算法;接触角>70°且≤90°时应选择椭圆拟合算法。将2种算法应用于不同憎水性的硅橡胶试样静态接触角的测量,结果验证了分析结论。所提出的静态接触角算法可有效提高硅橡胶材料处于亲水性状态时静态接触角计算的准确性。

温度梯度场下电缆本体脉冲电声法空间电荷测量声波纠正

采用脉冲电声(PEA)法测量电力电缆本体空间电荷时会因电缆筒柱形结构和温度梯度场的作用而使PEA声波在电缆本体中的传播声速发生变化,导致空间电荷测量波形幅值的衰减和采样时间的变化。为此,首先研究了温度梯度场下交联聚乙烯(XLPE)电缆本体PEA测试信号的纠正问题。实验研究发现:PEA系统中声波沿XLPE电缆绝缘径向传至压电传感器时,不仅会受到与切片试样中相同的吸收衰减和散射衰减,而且会因电缆的圆柱型结构而导致声波辐射面扩大并发生扩散衰减,扩散衰减与声波所在位置的半径的平方根成反比;温度梯度场下声速沿电缆本体绝缘径向呈线性分布,且温度越高,声速就越低。然后将电缆本体中声波衰减因子离散成1个传递矩阵,针对试样处在常温和温度梯度场下的不同情况,分别在频域下获取了整个电缆本体绝缘中的空间电荷恢复方程;同时为解决不同温差下以时间为横坐标来比较空间电荷的位置分布的困难,采取将时间轴转换为对应的试样厚度方向的距离来进行比较。纠正结果表明该纠正方法是有效的。

基于IEC60060-3标准的变压器感应式操作冲击电压产生方法研究

以IEC60060-3标准为基础,针对变压器感应式振荡型操作冲击电压的产生方法进行研究。在理论上分析了用变压器产生振荡型操作冲击电压的产生方法,列出了回路中元件参数的计算公式。根据公式计算的波头时间、波尾时间和频率值得到元件参数,计算机仿真结果表明所产生的波形符合IEC60060-3标准的规定,且计算公式能够准确地反映回路元件参数值与波形参数之间的关系。在仿真的基础上,在实验室采用哈弗莱RSG481冲击电压发生器对一台单相双绕组110kV变压器低压侧进行输入,在其高压侧产生感应式振荡型操作冲击电压,试验结果表明采用该方法可方便迅速、高效地在被试变压器高压侧产生符合IEC60060-3标准的振荡型操作冲击电压。

特高压交流输电线路复合绝缘子和均压环场强影响因素

1 000 kV特高压交流输电线路复合绝缘子和均压环表面电场分布数值仿真研究具有媒质种类多、几何结构复杂、计算量大等特点。为保证计算精度,需全面分析相关因素的影响,以合理简化计算模型,提高计算效率。通过建立特高压交流输电线路双联复合绝缘子的三维静电场有限元全模型和简化模型,研究了导线、杆塔、金具、联板等因素对复合绝缘子和均压环表面电场分布的影响,验证了模型简化的合理性。全模型和简化模型计算结果对比表明,将三相导线控制在一定长度,对杆塔合理简化、省略联板和金具的简化方法可行,用简化模型代替完整模型进行复合绝缘子电位分布、电场分布以及均压环表面电场分布的仿真研究,可有效降低计算规模,提高特高压交流输电线路绝缘子和均压环参数优化配置分析效率。

振动法检测支柱绝缘子缺陷的研究

高压支柱式瓷绝缘子是发电厂和变电站的重要组成设备,在电网中有大量应用。近年来,支柱绝缘子在电网运行时因断裂导致的各类事故时有发生,对电网的安全运行构成了严重威胁。笔者从"4·10深圳停电"的典型案例说起,论证了采用振动法检测支柱绝缘子缺陷的可行性,设计实验对比检测完好和破损的支柱绝缘子,从中发掘振动检测的规律,并与传统的超声波检测进行应用对比,进一步证实了振动法检测支柱绝缘子缺陷不仅可行,而且高效,为这一检测技术的后续研究和推广提供了支持。

减少Kerr效应法在油纸绝缘结构中直流电场测量误差的方法

Kerr效应法是液体电介质中电场测量的有效方法,但利用该方法在油纸复合绝缘结构中的直流电场准确测量一直是电介质中电场测量的难点。为此,基于Kerr效应法搭建了一套在线非接触式的液体电介质中光学电场测量系统,分析了引起测量系统误差的主要原因,提出了减小测量误差的方法。通过加长电极和边缘绝缘包覆处理,可将电极边缘效应相对误差减小至1.3%;通过光学器件光学特性的标定,修正了器件非理想因素的误差;通过对激光器噪声的统计分析,合理选取了交流调制电源的频率,提高了测量系统的信噪比,可将激光管同频噪声干扰所导致的直流电场测量相对误差减小到0.86%,交流电场测量相对误差减小到1.6%。经过试验测定,整个测量系统直流电场强度测量灵敏度可达到20V/mm,总体相对误差<5.4%。

振动频谱法在架空输电线路张力检测中的应用

采用振动频谱法实现了架空输电线路导线张力的间接测量。首先,对线路微风振动理论进行了分析,并对导线张力与其振动频谱关系理论模型进行了研究;进而研发了线路振动检测系统,将其从结构上分为振动检测与通信子系统,便携式信息采集子系统和上位机综合分析系统,并对各子系统进行了性能优化以提高系统稳定性;搭建了线路张力检测系统,并对该系统传进行了校准;最后,对架空线路进行了实测,并对所得数据进行了分析。结果表明,所开发的振动检测系统能够稳定、准确地测量线路振动信号,振动频谱法能够较好地估计线路张力,有望成为传统应力测试方法的一种有效替代。

一类分数阶电力电容器动力学建模与数值分析

针对整数阶电力电容器绝缘设计中电场分布不均匀的问题,提出了一种分数阶电场优化模型.该模型基于分数阶微积分算子理论,设计了含10 kV并联电力电容器的分数阶链型等效分抗电路拓扑结构,进而采用ABM（Adams-Bashford-Moulton）预估校正算法对模型进行了频域转换.当分数阶阶次取0.1～0.9且最大误差分别为2dB和3dB时,通过数值模拟得到等效电路中电容内部各等效点的电位值.仿真结果表明,当确定了波特图的最大误差时,随着分数阶阶次的增加,电容内部的电场分布趋于均匀,各点电压的相位值在同一时间逐渐增大,并展现出良好的空间关联性.

不同模型下变压器绕组漏磁场及短路力的比对研究

变压器抗短路能力不足,严重影响了电网的运行安全,因而针对变压器绕组抗短路能力开展抗短路校核工作很有必要。目前在变压器绕组的理论建模方面,较多使用的是二维轴对称分区模型,少量也有使用具体的线饼模型。为了对比两种模型的仿真结果,文中首先分析了分区模型和线饼模型的特点,然后以一台220 k V三绕组的电力变压器为例,在ANSYS中计算和比较了这两种模型下绕组中的漏磁场及短路电动力的分布情况,结果显示两种模型计算有一定差异,但整体分布趋于一致。因此在精度要求不高的情况下,可以用分区模型代替线饼模型进行绕组漏磁场分析。

激光功率对选择性激光烧结尼龙12密度和绝缘性能的影响

选择性激光烧结技术(SLS)发展迅速,技术成熟度高,可以打印任意复杂形状的结构,而传统注塑工艺很难制备某些具有复杂结构的绝缘件,因此SLS技术在制作复杂的绝缘结构方面具有显著优势。然而不同的烧结工艺参数对烧结件的性能具有较大影响。研究了不同激光功率下尼龙12烧结件密度和绝缘性能的变化规律及成因。选取不同的激光功率进行测试,以烧结件的密度、击穿场强、电导率和相对介电常数为指标,综合选取最优的激光功率。分析了尼龙12在烧结过程中的热氧化降解机理,烧结件的热氧化降解是导致烧结件性能劣化的主要原因。结果表明:在激光功率变化范围内,烧结件的密度和绝缘性能呈先提升后稳定再劣化的规律;最优的激光功率为9 W,对应的扫描速度为3000 mm/s,扫描间距为0.1 mm,此时尼龙12烧结件的密度为1.0106 g/cm^(3),直流击穿场强为81.57 kV/mm,电导率为4×10^(-13)S/cm。

半导体纳米粒子改性变压器油的绝缘性能及机制研究

磁性导电纳米粒子可以提高变压器油的导热和绝缘特性,但其分散性极易受到磁场的影响,不利于变压器油性能的改善。利用半导体纳米粒子对变压器油进行改性,测量了改性前后变压器油的工频击穿特性、雷电击穿特性和局部放电特性,可知半导体纳米粒子不仅可以使变压器油的工频和雷电击穿电压提高至未改性变压器油的1.2倍,而且可以改善变压器油的局部放电特性。由于现有的电子捕捉理论无法解释这种现象,利用热刺激电流(thermally stimulated current,TSC)法对改性前后变压器油中的陷阱特性进行了测试,结果表明:纳米粒子的加入增加了变压器油中的浅陷阱密度,提高了变压器油对电荷的消散和输运能力,从而能够改善变压器油的绝缘性能。