摘要：在直流电压和温度梯度作用下,直流气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission line,gil)中盆式绝缘子内部易积聚空间电荷,引起局部电场畸变。因此,研究直流电压下盆式绝缘子内空间电荷积聚特性,对提高直流gil的绝缘性能具有重要意义。以直流gil盆式绝缘子为研究对象,基于2维双极性载流子模型,建立了电-热-流-电荷多物理场耦合模型,研究了不同温度分布、不同电压等级和不同极性电压下盆式绝缘子内空间电荷分布特性和电场分布规律。仿真结果表明:仿真模型能够有效地模拟盆式绝缘子内空间电荷和电场分布,在盆式绝缘子工作条件下,空间电荷主要积聚在金属与绝缘材料界面处,最大电荷密度为156.59 mC/m^(3),在一定程度上造成设备内部电场畸变。绝缘子在复杂工况下的空间电荷仿真可以解决电力设备难以直接测量空间电荷分布的难题,研究方法和结果可为直流gil的绝缘优化设计和可靠运行提供理论支撑。

摘要：气体绝缘输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,gil)中设置上提式微粒陷阱是目前最常用的微粒抑制措施,能有效捕捉微粒并限制其运动。为使微粒陷阱捕获效果达到最佳,提出了直流电压下微粒陷阱捕获效能的有限元计算方法,研究分析了不同结构参数对上提式微粒陷阱的电场分布特性和捕获效率的影响;以此为基础,提出了上提式微粒陷阱优化设计的约束条件,结合混沌粒子群算法,联合调用COMSOL及MATLAB对微粒陷阱的结构进行优化。结果表明:一定范围内陷阱的提升高度及厚度越大,栅格的宽度越小,对内部电场的屏蔽效果越好;增大陷阱的厚度,提升高度、长度以及分布角,选取适当范围的挡板与栅格的宽度比有助于提高微粒陷阱的捕获率;优化设计后的上提式微粒陷阱可达74.16%,较优化前提升53.36%,并通过缩比装置的微粒捕获试验验证了仿真计算规律的有效性。该研究结果和优化方法可有效提升陷阱对微粒的抑制作用,为直流gil及GIS母线微粒陷阱的结构设计提供技术支撑。

摘要：直流气体绝缘金属封闭输电线路(gil)中的运动金属微粒会极大降低gil的绝缘强度,故而需要采取微粒陷阱等措施加以限制。本文针对直流gil中金属微粒陷阱开展研究,首先搭建了封闭式以及半封闭式同轴圆柱电极实验平台,并构建了对应的三维仿真模型;然后通过仿真计算优化了陷阱参数,据此提出了微粒陷阱设计依据“捕捉参数”-Pcap,并对比了不同参数的微粒陷阱捕捉效果;最后根据微粒运动规律提出了针对性陷阱布置策略,并用实验进行了验证。实验结果表明:金属微粒被捕捉的概率随捕捉参数增大呈现增大趋势,当Pcap值为0.8左右时捕捉概率趋于稳定;直流电压下绝缘子附近金属微粒的落点具有很强的集中性,在微粒落点集中区域进行针对性陷阱布置,可以缩短捕捉时间,取得良好效果。因此,研究结果可以为工程中微粒陷阱的设计及使用提供一定的指导。

摘要：在直流电压和温度梯度作用下,气体绝缘输电管道的三支柱绝缘子表面及内部容易积聚电荷,引起局部电场畸变,易诱发三支柱绝缘子沿面闪络和支腿炸裂。通过建立直流三支柱绝缘子电-热-流多物理场的电荷积聚模型,研究了不同运行电流下直流三支柱绝缘子的电场畸变特征。在最大允许电流下,三支柱绝缘子的表面切向电场强度主要集中在支腿底部,最大切向电场强度可达2.87 kV/mm,而三支柱绝缘子金属嵌件-环氧界面的电场强度可达5.96 kV/mm。直流三支柱绝缘子支腿底部特别是与金属嵌件的交界面,是电场畸变的薄弱环节,在优化设计时需重点考虑温度梯度下支腿底部和金属嵌件的表面电场均匀分布。该研究结果可为高压直流气体绝缘输电管道三支柱绝缘子研发提供参考。

摘要：直流气体绝缘金属封闭输电线路(gil)可解决特殊地理环境下输电走廊空间限制问题,为构建“双碳”目标下中国未来能源结构提供装备基础。文中回顾了中国在直流gil方面的研究进展,包括表面电荷及金属微粒动力学与抑制理论、导体表面形貌诱发的微电离理论等关键科学问题,以及绝缘件设计、微粒捕捉器设计等技术创新。此外,简要介绍了近年来中国在直流gil的装备研发及设备评价标方面的进展。文中内容为未来直流gil的研发及应用提供了参考。