摘要：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。

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,笔者主要针对其绝缘性能研究现状进行综述性讨论。首先分析了高压换流变压器套管运行条件苛刻、电场分布复杂的典型特点,并详细梳理了换流变套管的发展及国内外研究现状,最后凝练提出了换流变套管具有价值的研究方向。综述性研究表明:大电流及高电压运行环境为换流变套管绝缘结构设计提出了更高要求,其长期承受交直流叠加、极性反转电应力作用,因此环氧浸纸复合材料绝缘性能、换流变套管发热模型建立、换流变套管主绝缘结构设计、出线装置非线性电场模拟均为具有前景的研究方向。综述分析结果可为高压直流输电工程用换流变套管绝缘设计提供一定技术支撑,并为高端换流变压器套管国产化研制及工程应用指出研究方向和理论指导。

摘要：高压干式直流套管运行中内部径向电场、温度场分布是表征套管性能的重要参数,关系着套管芯子的长期安全稳定运行。套管中心导杆欧姆发热和绝缘介质焦耳发热是芯子内部存在温度梯度分布的主要原因,且绝缘介质电导率与温度密切相关,而直流条件下电场分布又取决于电导率,因此高压直流套管电场与温度场的计算是一个相互耦合的过程。鉴于此,首先建立套管芯体圆柱模型,并进行半解析理论公式推导,实现了电场和温度场的解耦计算。在此基础上,提出了有限元电热耦合模型和计算流程,并将电热耦合理论模型与有限元模型在实际套管结构下的电场、温度场计算结果进行对比,两者吻合较好,证明了有限元电热耦合模型的有效性。进一步将有限元模型推广到与实际套管芯子结构相同的圆锥模型,计算了某干式直流套管芯子内部电场、温度场分布,并对芯子外轮廓结构进行了优化设计。优化目标为在额定运行条件下,套管最热点温度接近90℃,且套管径向场强最大值约为3.5 kV/mm,分布较均匀。最后对该干式直流套管样机进行了温升和电性能试验,证明了优化设计方案的可行性。提出的电热耦合理论、有限元模型,以及电热解耦计算方法和芯子优化设计流程可以为高压干式直流套管的研制提供参考。

摘要：750kV输电线路拉西瓦-官厅段位处西北高海拔地区,其耐张塔中相绕跳转角处的间隔棒线夹上电晕放电严重,对周围产生了可听噪声及无线电干扰的污染。为了对绕跳转角处形式和间隔棒结构进行优化,解决该处电晕放电问题,运用三维有限元法建立了750kV耐张塔模型,计算了绕跳转角处间隔棒的电场分布,结果表明中相绕跳由于转角陡、跳线成形差,对转角处间隔棒屏蔽作用较弱,因而导致该处间隔棒线夹上场强高达3540V/mm。针对该问题,提出了增大绕跳转角、增大间隔棒线夹曲率半径和加装屏蔽环或屏蔽球等优化方案,并进行了计算和比较,分析结果表明在间隔棒线夹上安装屏蔽球较为方便可行,能将间隔棒线夹表面最大场强降低至约2200V/mm,可有效抑制间隔棒的放电现象。该研究可为今后超、特高压线路绕跳形式、防晕间隔棒的设计提供研究经验和思路。

摘要：750 kV变电站内高压电抗器多采用笼式分裂导线与管母连接,该结构形式较为复杂,容易发生严重的电晕放电,既造成功率损耗,又给周围环境带来可听噪声和无线电干扰,因此有必要对高压电抗器出线结构采取一定的防晕措施。采用三维有限元法,对750 kV变电站高压电抗器出线回路进行仿真计算,得出其三维电位及电场强度分布规律,计算笼式出线各分裂导线表面的电场强度分布情况,分析不同屏蔽环配置对其分布的影响,提出高压电抗器笼式出线结构的屏蔽环配置建议。研究成果有效改善了750 kV高压电抗器笼式出线结构的均压特性,已在甘肃白银750 kV变电站的设计和建设中得到应用。

摘要：随着高电压、大电流输电要求的提出,对盆式绝缘子运行性能需在电-热-机多物理场耦合模拟方面进行深入分析,并依据多物理场耦合模拟结果优化设计其结构。首先通过试验获取了盆式绝缘子本体材料电-热-机性能参数。基于以上试验数据,提出了电-热-机多物理场有限元法计算方法,该算法流程将介电常数、介质损耗角正切、导热系数和热膨胀系数与温度非线性关系考虑进单一物理场计算中,进一步建立盆式绝缘子三维有限元模型开展电场、温度场和应力场的解耦计算。应用RBF神经网络对电-热-机多物理耦合场模拟数据进行学习,从而实现盆子最优化结构参数的非线性设计,获得盆式绝缘子最优结构参数。针对盆式绝缘子的应用结果表明:电-热-机多物理场有限元法计算方法可有效实现盆式绝缘子解耦模拟;盆子本体最大电场强度值同样位于中心导体附近,其最大场强为11.85 kV/mm;6 300 A载流量下最高温度在中心导体与环氧材料的界面处其值为97℃,盆子中间部位发生位移最为显著且应力集中区域主要出现在盆式绝缘子法兰侧。该研究结果可有效指导高电压等级盆式绝缘子结构设计,对于GIS/GIL设备中盆式绝缘子的故障诊断及其模式识别具有一定理论指导价值。

摘要：应用有限元法计算分析了500kV线路绝缘子的电压分布。计算模型充分考虑了绝缘子、导线、杆塔以及周围环境因素的影响,按照彼此的实际尺寸建模,计算结果给出了500kV线路绝缘子带均压环和不带均压环时的电压分布。这种方法可为输电线路用绝缘子的优化设计提供有效的计算工具。

摘要：单支撑绝缘子是气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中重要的绝缘支撑结构,其性能优劣影响着GIS运行的可靠性和稳定性。该文开展了1100kV GIS用单支撑绝缘子的结构优化研究,选取绝缘子表面合成电场强度、绝缘子表面切向电场强度、金属嵌件表面合成电场强度作为性能指标,分析绝缘子伞裙和金属嵌件各自的关键结构参数对性能指标的影响规律,采用自适应变异的粒子群算法进行整体优化。在此基础上,提出了基于贝塞尔曲线的绝缘子表面轮廓描述方法,选取整体优化后电场畸变严重的绝缘子伞裙底部圆角结构开展局部精细化优化。优化结果与原始结构相比,金属嵌件表面电场强度下降24.2%,绝缘子表面合成电场强度下降25.6%,绝缘子表面切向电场强度下降22.6%。该文提出的参数整体优化和贝塞尔曲线局部精细化优化的分步优化方法,使特高压GIS用单支撑绝缘子的绝缘性能得到了显著提高,优化结果能够为GIS单支撑绝缘子的结构设计提供参考。

摘要：500kV紧凑型输电线路部分均压环由于结构设计和安装方式不合理,电晕现象严重,需要对其结构进行优化和改造以抑制电晕放电。为此,使用紫外成像仪沿线观测导线和杆塔金具,找出了有明显电晕现象的均压环,确定了放电位置和强度,运用三维有限元方法建立了紧凑型直线塔模型,计算了该均压环的电场分布,分析了其球头和环体产生电晕的原因,提出了均压环的结构优化方案,将环表面最大场强由3868V/mm降低至2475V/mm。根据优化方案制造的新均压环挂网运行后的结果表明,球头和环体无电晕,防晕效果显著。该研究可为今后超、特高压线路防晕金具的设计、制造和安装提供研究经验和思路。

摘要：盆式绝缘子广泛应用于高压组合电器（GIS）设备中,是实现中心导体与接地法兰间电气隔离的重要绝缘件。论文试验分析了盆式绝缘子用材料的绝缘性能,并通过电热耦合分析流程获取了盆式绝缘子的电热场分布,计算得到了最热点温度与载流量之间的关系。应用理论模型获取了盆式绝缘子的发热曲线,并用该曲线对盆子绝缘事故进行了分析。研究表明：盆子本体材料绝缘性能参数与温度具有较为显著的非线形关系;基于有限元法（FEM）的涡流场和谐波场分析方法能有效计算工频条件下中心导杆和盆子本体的发热;电场强度最大值出现在盆子与中心导体交界面处,其值为6.033 MV/m;且温度最高点位于盆子中心导体侧附近,其值为82℃;当载流量高于1.5倍额定值时,出现了温度骤然上升的热击穿现象。论文提出的电热耦合计算流程为盆式绝缘子设计方案的电热性能校核提供了途径,同时可为其现场维护及事故分析提供一定的理论指导。