基于表面轮廓曲线优化的直流GIS/GIL盆式绝缘子设计方法

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作者 王靖瑞 公衍峰 +3 位作者 刘智鹏 刘芳 赵晓博 李庆民 《高压电器》 北大核心 2025年第3期87-95,共9页

绝缘子沿面绝缘是直流GIS/GIL绝缘系统的薄弱环节,由于常规交流绝缘子设计准则不再适用于直流工况,研制新型直流GIS/GIL盆式绝缘子对提升直流管道装备可靠性具有重要意义。该研究将直流GIS/GIL中金属微粒的危险运动行为影响纳入管道电... 绝缘子沿面绝缘是直流GIS/GIL绝缘系统的薄弱环节,由于常规交流绝缘子设计准则不再适用于直流工况,研制新型直流GIS/GIL盆式绝缘子对提升直流管道装备可靠性具有重要意义。该研究将直流GIS/GIL中金属微粒的危险运动行为影响纳入管道电极表面场强控制范畴,明确绝缘子初始状态与直流叠加雷电冲击复合电压下沿面场强控制标准,并建立表面电荷积聚与复合电压耦合作用下绝缘子沿面场强考核模型。进一步提出基于表面轮廓曲线优化的直流盆式绝缘子设计方法,依托Bernstein方程开展绝缘子表面轮廓曲线重构,建立轮廓曲线几何控制系数的概念及定义,支撑开展盆式绝缘子优化设计;以绝缘子沿面法向场强(En)与切向场强(Et)最小化为目标,利用粒子群算法进行几何控制系数寻优分析并开展直流绝缘子设计。新型直流绝缘子结构可使凸侧与凹侧的法向场强较交流绝缘子分别降低45.4%和53.0%,法向场强分别降低1.4%和7.5%,复合电压下两侧切向场强分别为7.34、8.33 kV/mm,可满足绝缘需求。该研究可为直流GIS/GIL盆式绝缘子研制提供指导与参考。 展开更多

关键词 直流gis/gil 盆式绝缘子 轮廓曲线优化 复合电压 切向场强 法向场强

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直流GIS/GIL中金属微粒诱发沿面闪络的机理研究与抑制策略综述

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作者 卢武 杨华 +3 位作者 张俊 杨晨 王耀港 王哲铭 《高电压技术》 北大核心 2025年第3期1010-1024,共15页

直流气体绝缘金属封闭开关和传输设备(gas-insulated switchgear/gas-insulated transmission line,GIS/GIL)因其体积小、传输容量大、运行稳定等优点,已被视为中国新型电力系统布局中的关键装备。然而,当前直流GIS/GIL的研发应用仍面... 直流气体绝缘金属封闭开关和传输设备(gas-insulated switchgear/gas-insulated transmission line,GIS/GIL)因其体积小、传输容量大、运行稳定等优点,已被视为中国新型电力系统布局中的关键装备。然而,当前直流GIS/GIL的研发应用仍面临挑战,其在长时间运行过程中易受到金属微粒的影响而产生电场分布畸变,进而引起绝缘子表面电荷积聚甚至引发沿面闪络,导致其耐压水平显著低于交流GIS/GIL,对于金属微粒诱发沿面闪络的机理认识与防护治理迫在眉睫。因此,围绕当前直流GIS/GIL中金属微粒诱发的表面电荷积聚至沿面闪络阶段性过程的发展机制及其抑制调控方法等研究进行了梳理,总结了金属微粒在直流GIS/GIL腔体内的典型运动行为,并探讨了其对表面电荷积聚及沿面闪络过程的影响及作用机理。针对当前机理和调控手段研究所面临的挑战,提出了金属微粒影响下表面电荷积聚至沿面闪络阶段化研究路线,通过多参量阈值界定的闪络发展模型指导调控策略,旨在深化对高压直流条件下绝缘子沿面闪络机制的理解,推动GIS/GIL气固界面闪络调控理论体系的发展,并为直流GIS/GIL的绝缘设计提供理论基础。 展开更多

关键词 直流气体绝缘金属封闭开关和传输设备 沿面闪络 金属微粒 电荷积聚 调控策略

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直流GIS/GIL绝缘子沿面绝缘性能提升方法研究进展

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作者 李庆民 王昌柱 +3 位作者 武文琪 边亚琳 任瀚文 王健 《高电压技术》 北大核心 2025年第3期987-1009,共23页

直流气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear, GIS)和气体绝缘输电线路(gas insulated transmission line,GIL)具有体积小、通流容量高、适用范围广等优点,是构建新型电力系统、实现双碳目标的重要支撑。尽管GIS/GIL等气体绝缘装备... 直流气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear, GIS)和气体绝缘输电线路(gas insulated transmission line,GIL)具有体积小、通流容量高、适用范围广等优点,是构建新型电力系统、实现双碳目标的重要支撑。尽管GIS/GIL等气体绝缘装备获得了广泛应用,绝缘子沿面绝缘故障仍然是造成设备失效的重要原因,故障两大重要来源是绝缘子表面电荷积聚和金属微粒或粉尘吸附。为此着眼于气-固界面电荷输运关系,修正了绝缘气体离子密度连续性方程并分析了电场调控的重要性,梳理了国内外学者通过绝缘子结构优化、本体材料改性和表面材料改性的技术手段,总结了调控界面电荷、优化沿面电场和抑制粉尘吸附方面的研究成果,并进一步提出亟待解决的关键问题和重要技术瓶颈。针对绝缘子结构优化研究,在电场仿真准确及优化算法先进的基础上,还须发掘闪络电压与沿面电场矢量及放电路径的泛函表征关系,以确定合适的最优化目标函数;针对绝缘子本体及表面材料改性,须开发新型改性材料的规模化制备工艺及精确掺杂与稳定涂覆技术,关注改性材料长时服役稳定运行下的耐热性能与绝缘性能,并提出长时可靠粘附而又抑制粉尘附着的高粘度、低表面能涂层的设计方法。上述问题的有效解决,可为处理直流GIS/GIL的沿面绝缘问题提供有效支撑。 展开更多

关键词 直流gis/gil 电荷积聚 粉尘吸附 几何结构优化 材料改性

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时变温差工况下直流GIL/GIS盆式绝缘子动态电场畸变抑制 被引量：8

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作者 杜伯学 姚航 +1 位作者 梁虎成 董佳楠 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期2851-2859,共9页

为了优化时变温差工况下直流GIL/GIS盆式绝缘子的沿面电场分布,基于表层电导梯度材料(σ-SFGM)设计了以室温(RT)电场均化为目标的RT-SFGM绝缘子与兼顾不同温度梯度(GT)条件的GT-SFGM绝缘子。迭代优化后,RT-SFGM绝缘子的涂层厚度从导体... 为了优化时变温差工况下直流GIL/GIS盆式绝缘子的沿面电场分布,基于表层电导梯度材料(σ-SFGM)设计了以室温(RT)电场均化为目标的RT-SFGM绝缘子与兼顾不同温度梯度(GT)条件的GT-SFGM绝缘子。迭代优化后,RT-SFGM绝缘子的涂层厚度从导体到外壳梯度减小,而GT-SFGM绝缘子的凸面涂层厚度则呈现U型梯度分布。室温条件下,均匀绝缘子的凹面高压三结合点处电场畸变严重,相同位置处的RT-SFGM绝缘子与GT-SFGM绝缘子电场强度分别下降了53.3%和49.5%。随着高压导体温度的上升,绝缘子最大电场位置逐渐向接地外壳附近转移。在40℃温差条件下,GT-SFGM绝缘子的电场畸变抑制效果明显优于RT-SFGM绝缘子,最大电场强度下降59.2%。在负荷加载与负荷波动工况下,GT-SFGM绝缘子的电场变化率分别仅为7%与13.1%,可实现时变温差工况下绝缘子直流电场分布的稳定控制。 展开更多

关键词 直流 gil/gis绝缘子 表面电导梯度材料 时变温差 电场均化

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基于X射线短时照射的高压直流GIS/GIL绝缘子表面电荷主动消散方法 被引量：16

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作者 汪沨 梁芳蔚 +2 位作者 钟理鹏 陈赦 谢亿 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第14期3147-3151,共5页

直流气体绝缘开关装置及气体绝缘输电管道(GIS/GIL)绝缘子长期运行过程中会积聚大量表面电荷,易引起绝缘子异常闪络。近年来国内外学者开展了大量卓有成效的工作,深刻揭示了绝缘子表面电荷的积聚和消散机理,但GIS/GIL不打开罐体条件下,... 直流气体绝缘开关装置及气体绝缘输电管道(GIS/GIL)绝缘子长期运行过程中会积聚大量表面电荷,易引起绝缘子异常闪络。近年来国内外学者开展了大量卓有成效的工作,深刻揭示了绝缘子表面电荷的积聚和消散机理,但GIS/GIL不打开罐体条件下,绝缘子表面电荷的快速消散问题一直没有解决。该文首次提出基于X射线短时照射的绝缘子表面电荷主动消散新方法,试验研究发现X射线照射30s即能使空气中绝缘子表面电荷几乎完全消散。对基于X射线照射的绝缘子表面电荷消散机理进行了探讨,认为X射线可能通过促进气体侧电荷沿传导及绝缘子表面电荷脱陷而实现其快速消散。由于X射线能够穿透GIS/GIL金属罐体,相关实验结果为GIS/GIL不打开罐体条件下实现绝缘子表面电荷快速消散提供了可能途径,对进一步推进直流GIS/GIL工程化具有重要意义。 展开更多

关键词 直流gis/gil 绝缘子 表面电荷 X射线 主动消散

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直流GIS/GIL盆式绝缘子表面电荷主导积聚方式的转变机理 被引量：19

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作者 罗毅 唐炬 +2 位作者 潘成 林生军 王忠强 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第23期5039-5048,共10页

构建气体侧传导(包含气体载流子产生、扩散、漂移、复合等输运过程)、绝缘材料体传导和表面传导共存条件下盆式绝缘子表面电荷积聚仿真模型,研究了三种参数变化条件下表面积聚特性。仿真表明,当气体中离子对生成率和绝缘子体电导率改变... 构建气体侧传导(包含气体载流子产生、扩散、漂移、复合等输运过程)、绝缘材料体传导和表面传导共存条件下盆式绝缘子表面电荷积聚仿真模型,研究了三种参数变化条件下表面积聚特性。仿真表明,当气体中离子对生成率和绝缘子体电导率改变时,绝缘子表面电荷极性会发生改变。在此过程中,表面电荷积聚主导途径会在气体侧传导和绝缘子体传导之间转变。根据净电荷值的规律分别定义离子对生成率和体电导率改变时积聚途径改变的临界值,由于电场分布的差异导致上表面及下表面的临界离子对生成率不同,临界体电导率为5.76×10-18S/m。当绝缘子表面电导率增大时,表面传导对电荷积聚的影响逐渐增大,可以推测出表面电导率足够大时,电荷积聚主导机理会转变为表面传导。该研究有助于理解表面电荷的积聚机理,并能够为抑制电荷积聚提供新的思路。 展开更多

关键词 直流gis/gil 表面电荷积聚 离子对生成率 表面电导率 体电导率

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GIS回路电阻特性研究 被引量：5

7

作者 高凯 卢有龙 +3 位作者 徐鹏 许乐然 夏昊天 关永刚 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期66-72,共7页

GIS回路中导电接触状态关系到GIS的安全运行。文中通过对GIS回路电阻特性的研究,指出了通过直流法测量回路电阻来评估GIS回路接触状态的不足,发现直流法在测量回路电阻时存在一定随机性,且直流法通流时间短、电流幅值小、没有交流电动... GIS回路中导电接触状态关系到GIS的安全运行。文中通过对GIS回路电阻特性的研究,指出了通过直流法测量回路电阻来评估GIS回路接触状态的不足,发现直流法在测量回路电阻时存在一定随机性,且直流法通流时间短、电流幅值小、没有交流电动力的影响,与实际运行时的设备状况相差较大,不能准确反映GIS回路接触的真实情况,也不能用于对GIS回路电接触劣化程度进行准确评估。为了探究实际运行中导体发热和电动力产生的振动等因素对电接触的影响,文中在GIS设备中通过交流电流进行温升试验,并利用交流法计算了温升过程中回路电阻。通过数据对比发现:交流法得到的回路电阻可以有效区分不同接触状态;回路电阻大小与导体温度和通过电流大小有密切关系。电流越大回路电阻测量初始值越小。研究表明,运行中GIS回路电接触状态与导体温度、电流大小、电流类型以及通流时间等都有关系。 展开更多

关键词 gis 回路电阻 交流法 直流法 电接触

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ZF9-252 GIS电气设备在福州电网应用中二次控制回路存在问题及解决方法 被引量：1

8

作者 王俐 《电力系统保护与控制》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期101-104,共4页

西安西开电气的室外GIS在福州电业局新投产的220kV变电站投入使用,在安装调试过程中发现由于开关专业与继电保护专业在认识上存在的差异从而使其二次控制回路功能上存在不完善的地方,如直流控制回路和交流电机回路之间的配合、非全相控... 西安西开电气的室外GIS在福州电业局新投产的220kV变电站投入使用,在安装调试过程中发现由于开关专业与继电保护专业在认识上存在的差异从而使其二次控制回路功能上存在不完善的地方,如直流控制回路和交流电机回路之间的配合、非全相控制回路问题,可能会导致开关刀闸误分合,本文将这些地方一一指出并提供了一些解决办法,同时也提出了一些可以进一步优化和改进的地方,可供其他单位安装调试时参考和借鉴。 展开更多

关键词 gis 直流控制回路 交流回路 非全相保护 辅助触点

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直流GIL三支柱绝缘子界面电荷多自由度测试与反演算法

9

作者 刘智鹏 胡琦 +1 位作者 李玄 李庆民 《高压电器》 2025年第9期128-135,共8页

直流GIL三支柱绝缘子气—固界面容易积聚电荷,引发放电或炸裂击穿等故障,是绝缘系统的薄弱环节。然而,三支柱绝缘子形状不规则,曲面轮廓复杂,目前尚缺乏有效的表面电荷测量方法。研究针对三支柱绝缘子的复杂曲面轮廓,搭建了一套可实现... 直流GIL三支柱绝缘子气—固界面容易积聚电荷,引发放电或炸裂击穿等故障,是绝缘系统的薄弱环节。然而,三支柱绝缘子形状不规则,曲面轮廓复杂,目前尚缺乏有效的表面电荷测量方法。研究针对三支柱绝缘子的复杂曲面轮廓,搭建了一套可实现电位全方位测量的空间五自由度机械装置,完成了对绝缘子表面电位全方位的自动测量,总测量点数为15120个,空间采样率为0.25 mm^(-2)。进一步通过调整边界条件以及采用维纳滤波处理,提出了适用于非对称复杂曲面结构的表面视在电荷反演优化算法。同种干扰条件下的模拟算例表明,相较于传统的表面视在电荷法,优化算法计算结果的均方根误差降低了12.2%,有效提升了算法的抗干扰能力。基于提出的测量—反演方法,研究了不同温度条件下直流三支柱绝缘子表面电荷积聚情况,发现温度梯度会导致三支柱绝缘子支腿区域同极性电荷的幅值与分布范围显著增大,表面电荷密度可超过60μC/m^(2)。 展开更多

关键词 直流gis/gil 三支柱绝缘子 表面电荷 多自由度测量 反演算法

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交直流气体绝缘管道输电装备微粒污染治理措施研究进展 被引量：9

10

作者 常亚楠 王健 +3 位作者 李庆民 李志坚 何金 边亚琳 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期91-100,110,共11页

气体绝缘输电设备内微粒污染物是造成设备故障的主要原因之一,随着设备电压等级的升高,微粒诱发的绝缘故障占设备总故障的比例越来越大,探索高效的微粒抑制措施,对降低设备故障率、保障设备安全稳定运行具有重要意义。文中对交直流GIS/... 气体绝缘输电设备内微粒污染物是造成设备故障的主要原因之一,随着设备电压等级的升高,微粒诱发的绝缘故障占设备总故障的比例越来越大,探索高效的微粒抑制措施,对降低设备故障率、保障设备安全稳定运行具有重要意义。文中对交直流GIS/GIL中微粒污染治理措施研究进展进行梳理,首先概述了气体绝缘设备中抑制微粒的基本原理,从微粒启举抑制、微粒运动调控和绝缘子表面微粒吸附抑制3方面阐述了如何降低微粒对设备绝缘的潜在威胁;进一步归纳总结了现有的微粒治理方法,对其优势和不足进行了评价,提出了该领域有待解决的关键问题,以期为管道输电装备的设计制造和安全运行提供参考。 展开更多

关键词 交直流gis/gil 微粒 微粒陷阱 电极覆膜 治理措施 综述

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温度梯度下电荷行为与直流沿面闪络的关联性 被引量：6

11

作者 何顺 郑易谷 +4 位作者 林川杰 孙兆臣 陈庚 屠幼萍 何金良 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期3597-3604,共8页

现有的直流沿面闪络模型仍存在一些值得探索的不足之处,无法对一些直流沿闪现象进行完备的解释。为得出更完善的结论有必要对影响直流沿闪的关键因素进行研究。针对温度这一关键因素,利用电-热多物理场仿真方法,研究了温度梯度下,固体... 现有的直流沿面闪络模型仍存在一些值得探索的不足之处,无法对一些直流沿闪现象进行完备的解释。为得出更完善的结论有必要对影响直流沿闪的关键因素进行研究。针对温度这一关键因素,利用电-热多物理场仿真方法,研究了温度梯度下,固体绝缘内部电荷及表面电荷积聚的现象。结果表明:在直流电场作用下,高压电极处电荷的注入会使高压电极附近的表面电势上升,当高压电极温度升高后,具有高电势的区域将随着体内与表面电荷的注入,高压电极处较高的表面电势逐渐向地电极扩张,该效果可视为高压电极向地电极的延伸,减小了沿面有效绝缘距离,从而降低了固体绝缘的沿闪电压。这些结果验证了"近似失效绝缘区"的概念。文中验证的"近似失效绝缘区"的概念能够用于解释直流作用下不明诱因的沿面闪络现象,对于今后高压直流绝缘设备设计研发具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 温度梯度 直流沿面闪络 表面电荷 电荷积聚 gis gil

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振动诱发金属微粒弹跳对圆盘绝缘子表面电荷积聚的影响 被引量：4

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作者 王文渠 高宇 +2 位作者 赵慧存 苑晓晨 王欢 《绝缘材料》 CAS 北大核心 2022年第11期63-70,共8页

绝缘子上积聚的表面电荷是影响直流GIS/GIL绝缘性能的关键因素,金属微粒对表面电荷的积聚具有重要影响。在GIS/GIL的运行过程中,设备振动诱发金属微粒弹跳从而改变电荷的积聚行为,威胁设备的绝缘安全。因此,研究振动诱发的金属微粒弹跳... 绝缘子上积聚的表面电荷是影响直流GIS/GIL绝缘性能的关键因素,金属微粒对表面电荷的积聚具有重要影响。在GIS/GIL的运行过程中,设备振动诱发金属微粒弹跳从而改变电荷的积聚行为,威胁设备的绝缘安全。因此,研究振动诱发的金属微粒弹跳对表面电荷积聚的影响具有重要意义。本文以126 kV圆盘绝缘子为试样,搭建了非周期振动发生装置,测量了振动条件下线形金属微粒的运动轨迹及绝缘子表面电荷的积聚情况,分析了启举方式和微粒最终位置对绝缘子表面电荷积聚的影响。结果表明:微粒以先滚动后启举的方式比直接启举的方式导致表面电荷积聚更明显,并且微粒最终静止在交界区比静止在平面区积聚更多电荷。 展开更多

关键词 直流gis/gil 表面电荷 线形金属微粒 振动

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