直流GIL中金属微粒运动特性及覆膜条件下电场分布的研究

发布时间：2020-04-28 08:39

【摘要】：气体绝缘金属封闭输电线路(Gas insulated metal enclosed transmission line,GIL)对于解决中国可输电走廊紧张、高海拔大落差地区的电力输送等问题意义重大。在GIL运行过程中,由于机械碰撞、设备震动等原因,金属微粒出现在GIL内部的现象是不可避免的。一方面,微粒的存在使局部电场加强,设备耐压下降,另一方面,微粒在电场中感应带电并受电场力而运动,这是微粒劣化GIL系统绝缘性能的根源。因此,本文针对直流电压下,GIL不均匀场中球形金属微粒的运动进行研究,探讨影响金属微粒运动轨迹的因素;分析覆膜条件下,微粒表面的电场畸变情况,为微粒无害化措施提供理论指导。首先建立楔形平板电极系统模拟GIL中可能存在的不均匀场,理论分析球形金属微粒在其中的受力情况,建立微粒的运动模型,为GIL不均匀场中微粒运动轨迹的仿真做准备;其次开展楔形平板电极中微粒运动的仿真研究,建立微粒运动的三维仿真计算模型,模拟在楔形平板高压电极施加直流电压的作用下,球形金属微粒的运动轨迹,研究影响微粒运动轨迹的因素;最后开展覆膜条件下金属微粒表面电场畸变的研究,分别建立微粒位于裸电极表面和覆膜低压电极表面时的仿真模型,研究覆膜影响金属微粒电场力的机理,探讨薄膜厚度和材质对微粒表面电场分布的影响。研究表明:稍不均匀电场中,微粒运动分为水平滑动阶段、起跳阶段和碰撞阶段,微粒初始位置、所施直流电压幅值、粒径、材质变化时,运动轨迹将会发生变化,可以利用微粒运动规律的特点,合理的布置微粒陷阱,选择最有利的结构;微粒运动会引发周围电场畸变,对腔体内部整体电场分布影响不大。金属微粒位于裸电极表面,电场强度最大值出现在微粒顶端,且微粒会受到向上的电场力;微粒位于覆膜低压电极表面时,场强的最大值出现在金属微粒与PET薄膜之间,微粒所受电场力的方向存在向下和向上两种情况,电场力方向向下可能是低压电极表面覆膜条件下微粒起跳场强变大的一个因素;覆膜条件下,薄膜厚度、材质都会影响金属微粒表面电场分布,其影响不可忽视,在选择薄膜时,要注意薄膜材质和厚度,这些都会对覆膜效果产生影响。
【图文】：

敷设方式,隧道

图 1.1 GIL 在隧道中的敷设方式Fig. 1.1 laying mode of GIL in tunnel设备自 20 世纪六七十年代开始应用，经过近 50 年的发展，GIL 球范围内得到了广泛的应用，，具有广泛的应用前景[7]。理论上，，直流输电技术具有明显的优势，具有显著降低电能损耗、输电更长、没有交流磁场，环保性能较好等特点，然而实际上，直流滞后于交流输电技术的发展。尽管国内外学者已经相继开展直流究，但直流 GIL 被正式投入使用的案例较少，目前 GIL 设备主要系统中，除了直流输电系统中换流设备的成本较高以外[8]，直流是阻碍直流 GIL 技术发展的一个重要因素，直流 GIL 的绝缘优化的研究热点。来的相关设备运行案例表明，金属碎屑在电场中感应带电并在库这是微粒劣化 GIL 系统绝缘性能的根源[9]。据可靠统计，电气设是由于微粒存在而引起的局部放电产生的，局部放电进一步发展

金属微粒,绝缘故障,不均匀场

第 1 章绪论备绝缘设计的方法，因此研究削弱金属微粒危害性的措施，对提高 GIL 设备的运行可靠性具有非常重要的现实意义。GIL 管道采用同轴圆柱结构，内部电场分布属于稍不均匀场，本文通过仿真建立简化的楔形平板电极系统，模拟 GIL 设备中出现的不均匀场，对该稍不均匀电场中存在的自由金属微粒进行受力分析，对其具体运动过程进行研究，为探讨有效的防止金属微粒污染的措施提高理论指导，从而改善 GIL 设备的绝缘性能。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM75

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