盆式绝缘子暂态电场仿真及其对沿面闪络影响分析

发布时间：2017-11-01 13:29

  本文关键词：盆式绝缘子暂态电场仿真及其对沿面闪络影响分析

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【摘要】：气体绝缘全封闭组合电器（gas insulated switchgear，GIS）以其体积小，抗干扰性能良好以及可靠性高等诸多优势，已大量投入应用于高压输电系统中。但实际GIS可能在生产、装配、运输或是运行过程中，，由于移动部件的机械磨损产生金属颗粒，当这些金属颗粒存在于绝缘性能比较薄弱的盆式绝缘子上时，在电压作用下会使局部电场被集中并且发生畸变，引发沿面局部放电或闪络，对GIS的安全运行造成危害。所以研究盆式绝缘子存在金属颗粒时的沿面电场分布对盆式绝缘子的绝缘特性及闪络具有重要意义。 本文依据实际800kV盆式绝缘子的产品结构，建立了800kV盆式绝缘子三维结构模型，采用有限元法对盆式绝缘子分别在雷电冲击电压、快速暂态过电压（VFTO）及工频电压作用下，存在大小形状不同，位置不同情况下的金属颗粒时的电场进行了计算和分析。此外，还考虑了与绝缘介质绝缘性能有关的相对介电常数的不等时，和绝缘介质存在各向异性时，两种不同情况下对盆式绝缘子电场分布的影响。给出了盆式绝缘子在不同情况下的电场分布和场强最大值，以及沿表面法向和切向场强的分布曲线，为了进一步分析金属颗粒的存在对盆式绝缘子闪络的影响程度，通过与不存在金属颗粒时的闪络场强作对比分析，为GIS的绝缘设计提供参考。 计算结果表明：在工频、雷电冲击电压与VFTO的分别作用下，金属颗粒的大小和位置的不同对盆式绝缘子沿面的最大电场强度的影响规律一致，即最大电场强度随金属颗粒所在沿面场强的增大而逐渐增大，而在盆式绝缘子的较大场强区域随着金属颗粒的增大先增大后减小。与不存在金属颗粒时的沿面闪络电场强度对比，存在金属颗粒的盆式绝缘子的沿面电场发生畸变且最大电场强度均超过了其沿面闪络电场强度，且VFTO较其他两种电压作用时的影响更大，由此可知金属颗粒的存在使盆式绝缘子沿面电场集中，由电场的法向和切向分布曲线可知沿面电场存在较大的法向分量，这些都是引发闪络事故的重要因素。另外对于介电常数不同时盆式绝缘子电场分布的趋势大致相同，但其最大电场强度随介电常数的增大而减小，考虑介质各向异性时，盆式绝缘子的电场分布与各向同性时相比有很大区别，且随着xx与zz的差距的增大，将导致盆式绝缘子的电场分布不均越严重。所以介质的各向异性也应是盆式绝缘子表面发生闪络的考虑因素之一。
【关键词】：盆式绝缘子 金属颗粒 沿面电场 各向异性 闪络
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM216
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 GIS 中的盆式绝缘子闪络故障的研究现状10-12
• 1.2.1 金属颗粒和污秽对盆式绝缘子绝缘性能的影响10-11
• 1.2.2 电场分布与所施电压的影响11-12
• 1.2.3 有限元法电场计算的国内外研究现状12
• 1.3 本文的主要研究内容12-14
• 第2章 三维电场有限元分析的基本原理14-18
• 2.1 有限元法的概述14
• 2.2 求解三维电场的有限元法原理14-16
• 2.3 SF6 气体沿面放电场强16-18
• 第3章 雷电冲击电压作用下存在金属颗粒时盆式绝缘子电场分析18-35
• 3.1 雷电冲击电压作用下 800kV 盆式绝缘子的数学模型18-20
• 3.1.1 盆式绝缘子计算模型的建立19
• 3.1.2 暂态电场数学模型的建立及边界条件19-20
• 3.2 表面存在金属颗粒时盆式绝缘子电场分析20-26
• 3.2.1 不同位置的金属颗粒对盆式绝缘子沿面电场的影响20-26
• 3.2.2 不同大小的金属颗粒对盆式绝缘子沿面电场的影响26
• 3.3 内部存在金属颗粒时盆式绝缘子电场分析26-30
• 3.4 工频电压作用下存在金属颗粒时盆式绝缘子电场分析30-34
• 3.4.1 表面存在位置不同的自由金属颗粒时盆式绝缘子电场分析30-31
• 3.4.2 表面存在不同大小自由金属颗粒时盆式绝缘子电场分析31-32
• 3.4.3 内部存在金属颗粒时盆式绝缘子电场分析32-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 VFTO 作用下存在金属颗粒时盆式绝缘子电场分析35-45
• 4.1 暂态电场计算的数学模型35-36
• 4.1.1 暂态电场频域数学模型的建立35-36
• 4.1.2 绝缘介质高频参数的确定36
• 4.2 表面存在自由金属颗粒时盆式绝缘子电场分析36-41
• 4.2.1 表面存在不同位置自由金属颗粒时盆式绝缘子电场分析36-41
• 4.2.2 表面存在不同大小自由金属颗粒时盆式绝缘子电场分析41
• 4.3 内部存在不同位置自由金属颗粒时盆式绝缘子电场分析41-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 绝缘介质特性对盆式绝缘子的电场影响45-56
• 5.1 介电常数的不同对盆式绝缘子电场的影响45-52
• 5.1.1 工频电压作用下介电常数的不同对盆式绝缘子电场的影响45-50
• 5.1.2 雷电冲击电压作用下介电常数的不同对盆式绝缘子电场的影响50-52
• 5.2 绝缘介质的各向异性对盆式绝缘子电场分布的影响52-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第6章 全文总结56-58
• 参考文献58-62
• 在学研究成果62-63
• 致谢63

【参考文献】

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本文编号：1127056