摘要：±800kV换流变阀侧套管是实现特高压换流变压器与阀塔电气连接的重要设备,主要针对其内外绝缘结构进行设计分析。讨论了换流变套管的实际运行环境和承受的电压、电流波形特征;利用等裕度法设计套管主绝缘结构,通过有限元法对其电、热、力多物理场进行模拟分析;对换流变套管从空心复合绝缘子、套管均压罩、套管尾部3方面进行了设计和分析;建立了换流变套管三维电场仿真计算模型,在实际运行环境下对其外绝缘性能进行计算分析。研究结果表明:套管主绝缘宜采用电容式结构,且套管芯子轴向场强最大值为0.62 kV·mm-1,额定运行条件下最热点温度为85℃,套管端部应装配苹果型均压罩;套管空心复合绝缘子的绝缘距离设计为7 490mm,且尾部的绝缘距离设计为3110mm。该计算结果可为±800kV高压直流输电工程用换流变套管绝缘结构设计提供一定的理论依据。

摘要：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。

摘要：±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。

摘要：针对1 100 kV交流特高压电压等级油–气套管的研制尚属首次,需解决套管主绝缘芯体材料研制、芯体主绝缘设计及优化、套管大电流导体载流结构设计等关键技术。该研究侧重于1 100 kV特高压油–气套管主绝缘结构优化设计分析计算,确保在高电压作用下电场分布合理,且承载大电流而不存在局部过热区域。基于此,建立了特高压油–气套管三维有限元工装配件仿真计算模型,优化设计了套管芯体主绝缘结构使其轴向场强约为0.715 kV/mm,径向场强最大值为4.25 kV/mm,均能满足控制要求。合理设计了套管中心载流结构及两端部均压装置的拓扑结构,且中心载流导体涡流损耗修正系数为1.822。依据优化设计结构研制了油–气套管样机及配套工装结构,顺利通过各项型式试验。该结构设计兼顾变压器出线结构与高压组合电器GIS电气连接配套工装的加工安装,模拟特高压油–气套管全电压、全电流实验布置环境且可对其进行长时性能评估试验,具有良好的工程应用指导价值。

摘要：高压换流变阀侧套管是实现换流变压器与阀塔电气连接的重要设备,文中主要针对其外绝缘结构设计进行讨论。研究内容主要分为3部分:讨论了换流变套管的实际运行环境和承受的电压、电流波形特征;对换流变套管从空心复合绝缘子、套管均压罩、套管尾部3方面进行了设计和分析;建立了换流变套管三维电场仿真计算模型,在实际运行环境下对其外绝缘性能进行计算分析。研究结果表明:套管主绝缘宜采用电容式结构,且套管端部应装配苹果型均压罩;套管空心复合绝缘子的绝缘距离设计为7 490 mm,且尾部的绝缘距离设计为3 110 mm;在实际运行环境下,端部均压罩最大场强出现在下端面,其值为2386 V·mm^(-1)。文中的计算结果可为高压直流输电工程用换流变套管外绝缘设计提供一定的理论依据。

摘要：直流稳态和极性反转是换流变压器出线装置两种典型的运行状态,且环氧浸纸、变压器油、油浸纸板等介质的电性能参数具有较强的场变、温变非线性。温度梯度条件下,其电性能参数的改变将影响复合绝缘的直流稳态和极性反转电场。基于此,为较准确模拟复合绝缘结构在考虑温度分布条件下的直流稳态场和极性反转瞬态场,建立了换流变出线装置复合绝缘结构全模型,应用RBF神经网络与NSGA-Ⅱ混合算法对换流变出线装置进行了结构优化,对优化后的出线装置在工频电压、极性反转电压下进行了电场校核计算。结果表明温度梯度条件下较等温条件下的场强过冲现象更加显著,套管尾部、直型屏障的场强过冲系数分别达到65%、45%。以上研究成果可为换流变压器出线结构的设计提供参考。

摘要：为了研究特高压SF6气体绝缘套管内屏蔽结构的电场分布特性并制定合理的结构设计方案,通过对特高压SF6气体绝缘套管进行有限元电场分析,研究了边缘效应和结构参数对内屏蔽电极表面电场的影响。在此基础上,针对仅通过控制电极表面电场进行内屏蔽结构设计的局限性,研究了SF6局放起始电场强度对内屏蔽结构设计的影响。结果表明:内屏蔽电极边缘外形对电极边缘电场强度影响较大,而对电极中部电场强度影响较小,因此进行内屏蔽结构设计需要考虑边缘效应对电极表面电场的影响,将边缘外形设计和电极尺寸设计分开进行;此外,边缘外形对边缘SF6局放起始电场强度影响较大,在进行边缘外形设计时需要综合考虑表面电场强度和局放起始电场强度的影响。

摘要：直流稳态和极性反转是换流变压器阀侧套管出线装置复合绝缘的典型运行状态,且绝缘介质具有较强的场变、温变非线性,因此温度梯度下,其电性能参数的改变将影响复合绝缘的直流稳态和极性反转电场。该文将有限元法用于定量分析电场、温度两个非线性因素对电场分布的影响。通过试验确定单一绝缘介质电导率与场强、温度的非线性函数关系。提出计及场强、温度非线性的有限元迭代算法,并通过存在解析解的同轴绝缘结构验证该算法的准确性。建立了-400 kV换流变压器出线装置复合绝缘结构全模型,分析了场强、温度对其直流稳态场、极性反转瞬态场的影响规律。结果表明,线性与非线性条件下得到的电场分布规律存在一定差异,且场变非线性对局部高场强区域有一定的抑制作用,而温变非线性可使高温区场强降低,低温区场强升高。在极性反转过程中,温变非线性可使复合绝缘出现畸变较严重的局部高场强区。该文提出的非线性电场有限元迭代算法及电场模拟结果可为换流变压器出线装置的设计提供参考。

摘要：针对直流气体绝缘设备电场分析及结构设计时气体侧模型的选择问题,以高压直流气体绝缘穿墙套管用环氧浇注绝缘子为研究对象,建立了直流电压下环氧浇注绝缘子的电场计算模型。其中,对气体侧分别采用离子迁移模型和线性模型,在直流电压下对环氧浇注绝缘子的表面电场进行了计算及分析。研究了不同气体电离率、外施电压、体积电导率等条件下两种模型对计算结果的影响及相互替换的条件,给出了直流电压下气体侧模型的选择建议。结果表明:离子迁移模型得到的绝缘子表面电场计算结果受气体中空间电荷不均匀分布的影响,随场强的变化呈现出较强的非线性;线性模型用以匹配离子迁移模型计算结果的气体电导率取值与气体电离率成正比,与外施电压等级成反比;当外施电压等级较高、绝缘子体积电导率较大时,固体侧电流在绝缘子表面电荷积聚过程中起主要作用,离子迁移模型与线性模型得到的计算结果差异较小。这时,线性模型计算时间更短,更适用于环氧浇注绝缘子的结构优化设计。

摘要：管型母线因其良好的载流性能与可靠的机械连接特性被广泛应用于高压电站中,在特高压交流电站中,管形母线末端的屏蔽方式问题日渐突出,研究其屏蔽结构对特高压交流电站的设计具有重要意义。针对1 000 kV特高压交流长治站在带电试运行过程中硬铝管母线高压并联电抗器侧末端出现的电晕问题,使用有限元方法建立三维仿真模型,仿真计算了管母末端的电位和电场分布,找出了引起电晕放电的原因,并在此基础上研究了几种屏蔽方式的效果和可行性,提出了管母末端采用直径250 mm的半球形封盖板结构和于管母上方加装管径300 mm的均压环相结合这一合理的屏蔽方式。该屏蔽方式明显改善了管母末端的电场分布,使管母高压电抗器侧末端附近的场强最大值降低至1 390 V/mm,较原结构场强最大值降低了44.4%,满足局部控制场强的要求,有效抑制了管母末端的电晕放电。研究方法已经成功应用于特高压交流长治站中,并对类似结构电力设备的设计具有借鉴意义。