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特高压变压器油箱防爆措施及改进研究

全球能源互联网 2023年第1期6卷 64-70页

作者：卢理成董弘川国网智能电网研究院有限公司北京市昌平区102209 国网经济技术研究院有限公司北京市昌平区102209

特高压变压器发生内部故障时如压力不能及时泄放,极易造成油箱变形甚至爆裂,进而导致燃爆事件。分析了变压器常用的防爆保护装置及其优缺点,提出了一种基于爆破片的新型压力泄放装置,并通过真型燃爆试验和动态等效试验对爆破片型压力泄... 详细信息

特高压变压器发生内部故障时如压力不能及时泄放,极易造成油箱变形甚至爆裂,进而导致燃爆事件。分析了变压器常用的防爆保护装置及其优缺点,提出了一种基于爆破片的新型压力泄放装置,并通过真型燃爆试验和动态等效试验对爆破片型压力泄放装置的有效性进行了验证。试验结果表明:在变压器内部高燃爆能量电弧故障下,爆破片型压力泄放装置动作速度和泄放效率均优于压力释放阀,可有效避免变压器燃爆事故。

关键词：变压器防爆压力释放阀爆破片真型试验

SF_(6)直流穿墙套管金属微粒产生过程模拟及沿面闪络特性研究

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中国电机工程学报 2023年第7期43卷 2848-2857页

作者：杨卓栋齐波董浩张一杨霄罗远卢理成李成榕新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 国网智能电网研究院有限公司北京市昌平区102211

穿墙套管是特高压直流输电工程中不可替代的关键装备。在SF_(6)气体绝缘直流穿墙套管内,部件间的相互摩擦会产生大量金属微粒,这是引发其内绝缘失效的主要原因之一。因此,研究金属微粒的产生过程和形貌特征,进而研究其对闪络的影响具有... 详细信息

穿墙套管是特高压直流输电工程中不可替代的关键装备。在SF_(6)气体绝缘直流穿墙套管内,部件间的相互摩擦会产生大量金属微粒,这是引发其内绝缘失效的主要原因之一。因此,研究金属微粒的产生过程和形貌特征,进而研究其对闪络的影响具有重要意义。该文计算某特高压工程中昼夜温差与风致振动工况下触指的振动幅值和频率,开展触指磨损实验,基于磨损产物进行金属微粒吸附实验以及闪络电压测量实验。结果表明:脉动风作用下的触指磨损程度较大,是金属微粒的主要来源;在粘着磨损以及磨粒磨损的耦合作用下,产生的微粒基本处于微米级,材料包括铝、银、锌和铜,大微粒多为片状,小微粒多为椭球状;在库仑力的作用下,微粒主要在绝缘支柱法向电场较大的表面吸附;附着微米级金属微粒可以使得环氧闪络电压下降20%。该研究结果可为金属微粒对绝缘特性影响的研究提供选型参考。

关键词：微米级金属微粒风致振动触指磨损粒径分布微粒特征闪络电压

充油密封容器内电弧对燃弧压力产生特性的影响

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高电压技术 2023年第9期49卷 3876-3886页

作者：种芝艺卢理成周远翔武炬臻刘永李宇航国家电网有限公司北京100031 国网智能电网研究院有限公司北京102209 清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084 国网经济技术研究院有限公司北京102209 山东电力设备有限公司济南250022

变压器在超、特高压输电系统中占有重要地位,变压器油箱内部电弧放电产生的过压使得变压器爆燃发生成为可能,严重威胁电网的安全稳定运行。为了探究大电流条件下电弧特征参量对燃弧故障压力产生过程的影响规律,基于自主建立的首个变压... 详细信息

变压器在超、特高压输电系统中占有重要地位,变压器油箱内部电弧放电产生的过压使得变压器爆燃发生成为可能,严重威胁电网的安全稳定运行。为了探究大电流条件下电弧特征参量对燃弧故障压力产生过程的影响规律,基于自主建立的首个变压器网侧升高座电弧故障真型模拟试验平台,开展了不同油箱模型、电弧电流与电极间隙等条件下电弧故障真型模拟试验。实现了对升高座筒体上压力数据的采集,获得了不同电流与电极间隙距离的升高座内部压强时域变化曲线。基于试验研究,揭示了大电流下电弧特征对故障燃弧放电压力产生影响的物理机制,提出了升高座内部压力峰值与电弧放电功率之间的关联数理模型,给出了升高座防爆设计的试验和理论依据,推动了变压器防爆设计技术的发展。

关键词：变压器升高座工频交流电弧真型模拟试验电弧功率电弧能量压力产生特性

特高压直流穿墙套管绝缘支柱在高地震烈度下的机械应力仿真

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电网技术 2023年第7期47卷 2994-3000页

作者：杨卓栋齐波卢理成杨霄张一董浩刘京喜阎法强李成榕新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 国网智能电网研究院北京市昌平区102211 中材高新材料股份有限公司山东省淄博市255039

特高压直流穿墙套管由于其结构细长,在地震中极易受损,然而其内部支柱绝缘子的受力情况未见报道。此外,新型陶瓷材料作为高机械强度的绝缘材料,具备替代环氧材料的应用潜力。为此,该文首先设计了3种基本形状的陶瓷绝缘支柱。其次,通过... 详细信息

特高压直流穿墙套管由于其结构细长,在地震中极易受损,然而其内部支柱绝缘子的受力情况未见报道。此外,新型陶瓷材料作为高机械强度的绝缘材料,具备替代环氧材料的应用潜力。为此,该文首先设计了3种基本形状的陶瓷绝缘支柱。其次,通过有限元法计算了9级地震烈度下纯SF_(6)气体绝缘直流穿墙套管中绝缘支柱的应力分布,基于静力法分析了绝缘支柱的受力情况。最后,对比了新型陶瓷支柱与现有环氧支柱的裕度。结果表明:陶瓷支柱中凹线形结构的应力最小,分布最均匀。应力主要在顶部和底部金属嵌件附近的圆弧位置处集中,分别由竖直方向和水平方向的载荷引起,最大应力为105.1 MPa。由于新型陶瓷材料具备了优异的机械强度,地震工况下陶瓷支柱的裕度显著大于环氧支柱,为2.85。因此,相比于环氧支柱,陶瓷支柱可以提供更好的机械支撑,可以为高烈度地震区中SF_(6)气体绝缘设备内部的绝缘支柱的选择和研制提供参考。

关键词：特高压直流穿墙套管绝缘支柱高地震烈度机械应力陶瓷

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交直流复合电压下油中局部放电的起始过程

高电压技术 2012年第5期38卷 1163-1171页

作者：周远翔沙彦超聂德鑫伍志荣邓建刚卢理成清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084 西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 国网电力科学研究院武汉430074 国家电网公司特高压建设部北京100031

换流变阀侧绕组同时承受交流、直流、交直流叠加、极性反转等多种特殊电压形式,其许用场强却未得到同等关注。因此,采用针-板、板-板典型电极模型和脉冲电流法及宽频带电流传感器检测法,研究了变压器油在交流、直流、交直流复合电压条... 详细信息

换流变阀侧绕组同时承受交流、直流、交直流叠加、极性反转等多种特殊电压形式,其许用场强却未得到同等关注。因此,采用针-板、板-板典型电极模型和脉冲电流法及宽频带电流传感器检测法,研究了变压器油在交流、直流、交直流复合电压条件下的局部放电起始过程;总结了该起始电压随电压类型变化的规律曲线,为换流变许用场强的提出奠定了基础。试验结果表明:针-板电极模型下局放起始电压基本只与交流、直流、复合电压的幅值有关,而与电压类型、复合电压分量所占比例无明显关系;板-板电极模型中,复合电压下交流局部放电起始电压受直流分量的影响很小。通过高速摄像仪记录复合电压下局部放电引发击穿的全过程并估算出了放电增长速率约为1.8km/s;利用扫描电镜观测放电通道表面形貌特征,进而采用表面能谱分析法检测其主要元素含量由高至低依次为C、O、Cu、Si。最后通过复合电压下油中局部放电产生随机分布气泡的仿真模型算出,气泡使局部放电场强严重畸变,不均匀系数f达1.6。

关键词：变压器油交直流复合电压不同电压比例局部放电放电速率表面形貌特征放电波形电场仿真

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高密度电工纸板关键介电特性及性能评价方法

电工技术学报 2020年第14期35卷 3075-3086页

作者：高春嘉齐波李成榕卢理成张书琦新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 国家电网有限公司北京100031 中国电力科学研究院有限公司北京100192

高密度电工纸板作为电力/换流变压器等大型电力设备的主要绝缘材料,其性能直接影响电力设备甚至电网系统的安全稳定运行。为解决高密度电工纸板的绝缘性能参差不齐、缺少性能评价及纸板遴选方法等实际问题,该文搭建电工纸板关键介电特... 详细信息

高密度电工纸板作为电力/换流变压器等大型电力设备的主要绝缘材料,其性能直接影响电力设备甚至电网系统的安全稳定运行。为解决高密度电工纸板的绝缘性能参差不齐、缺少性能评价及纸板遴选方法等实际问题,该文搭建电工纸板关键介电特性测试平台,选取相对介电常数、体积/表面电阻率等关键介电特性,针对五种国内外主流绝缘件供应商提供的高密度电工纸板进行完整测试,并获得温度、水分等外界条件对其影响规律,进行量化关系拟合和物理解释,测试结果表明:①随着纸板温度和水分含量的增加,纸板的相对介电常数增加,最大增幅可达55.85%,不同种类纸板受外界因素影响程度差异较大,最大可达22.05%;②随着纸板温度和水分含量的增加,纸板的体积/表面电阻率逐渐降低,最大降幅可达98.25%,且不同种类纸板性能受外界因素的影响程度同样存在巨大差异,最大可达94.32%;③同一种类纸板的不同批次试样之间的介电特性差异明显;④利用电工纸板常规理化性能的测试结果对不同种类纸板之间的介电特性差异进行分析。该文利用测试所得多维度、多指标、多环境变量的电工纸板介电特性数据,建立基于介电特性的高密度电工纸板性能评价方法,横向比较了不同绝缘纸板产品的介电特性,对电力设备绝缘结构的设计和绝缘材料的遴选提供数据支持和技术参考。

关键词：高密度电工纸板介电特性理化特性影响因素评价方法

±800 kV特高压直流穿墙套管故障分析及设计改进

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高电压技术 2019年第9期45卷 2928-2935页

作者：刘杉宋胜利卢理成梁曦东刘泽洪清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084 国家电网有限公司直流建设部北京100086 国家电网有限公司北京100086

溪浙工程金华站的某型±800k V穿墙套管在夏季运行时内部发生了闪络。找出特高压直流穿墙套管支撑绝缘子发生闪络的原因,并改进套管的设计对于提高套管的可靠性非常重要。为此对该支套管进行了解剖,并分析其故障原因。研制了1套SF6环境... 详细信息

溪浙工程金华站的某型±800k V穿墙套管在夏季运行时内部发生了闪络。找出特高压直流穿墙套管支撑绝缘子发生闪络的原因,并改进套管的设计对于提高套管的可靠性非常重要。为此对该支套管进行了解剖,并分析其故障原因。研制了1套SF6环境下实际绝缘子缩比试验系统,验证无污染物和局部放电时套管支撑绝缘子绝缘裕度充裕。解剖分析指出套管内弹簧触指结构部件相对移动等原因产生细微金属颗粒,是故障发生的主要原因。试验发现抑制内部局部放电后,支撑绝缘子绝缘裕度很大。研究并改进了套管内部的设计,取消了1支支撑绝缘子,并优化了连接装置的设计。改进后的±800kV特高压套管投入运行,具有超过2年的稳定运行业绩。由这次事故所获得的经验教训全部在我国自行研制±1100k V特高压直流穿墙套管时采用,取得了很好的效果,套管通过了型式试验。

关键词：穿墙套管气体绝缘支撑绝缘子沿面闪络金属微粒

油纸绝缘在直流局部放电发展不同阶段中介电特性变化规律

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高电压技术 2014年第3期40卷 868-877页

作者：沙彦超周远翔张灵聂德鑫邓建钢卢理成清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084 国网电力科学研究院武汉430074 国家电网公司北京100031

为研究油纸绝缘在直流电压下长期局部放电发展的过程,采用脉冲电流法对典型油纸绝缘缺陷模型在80℃环境温度中进行了200 h的直流耐压试验,根据其统计分布的明显变化将直流局部放电划分为5个阶段;利用Novocontrol宽频介电阻抗谱仪对直流... 详细信息

为研究油纸绝缘在直流电压下长期局部放电发展的过程,采用脉冲电流法对典型油纸绝缘缺陷模型在80℃环境温度中进行了200 h的直流耐压试验,根据其统计分布的明显变化将直流局部放电划分为5个阶段;利用Novocontrol宽频介电阻抗谱仪对直流局部放电发展不同阶段的绝缘纸板的介电常数、体电导率及介质损耗因数的频谱特性进行测量,并通过X射线衍射仪及红外光谱分析仪对直流局部放电发展不同阶段的绝缘纸板的聚集态及表面官能团进行测定。研究结果表明:绝缘纸板介电常数频谱随加压时间会呈现下降趋势,主要原因是绝缘纸板纤维素分子在直流电场作用下其结晶度上升,分子排列逐渐规则,导致分子间距减小,使得纤维分子转向逐渐变得困难,引起绝缘纸板极化率下降;体电导频谱随加压时间增加而逐渐增加,这是由于绝缘纸板的结晶度的增加而导致纤维素分子间电子云重叠,电子在分子间迁移率增加,在外施电场作用下电子的运动更加容易,从而致使绝缘纸板电子电导增加;介质损耗因素随加压时间增加而逐渐减小,这是由于决定绝缘纸板介质损耗因数tanδ的纤维素分子葡萄糖基上含有极性基团—CH2OH,在电场和温度场的共同作用下,其在有氧环境中逐渐被氧化生成羰基基团,进而极性基的数量明显减少造成的。

关键词：换流变压器油纸绝缘直流局部放电统计特征谱图介电特性电导特性介损频耗结晶度氧化反应

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直流预压对油纸复合绝缘局部放电特性的影响

高电压技术 2015年第3期41卷 937-946页

作者：金福宝周远翔沙彦超黄猛刘泽洪卢理成清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084 华北电力科学研究院北京100045 国家电网公司北京100031

为了研究直流预压对油纸绝缘交流局部放电特性的影响,对预压不同时间、不同幅值直流电压以及去极化后重复加压情况下的油纸绝缘交流局部放电特性,不同预压时间和去极化后的油纸绝缘材料的空间电荷特性进了研究。研究结果表明,随着预压... 详细信息

为了研究直流预压对油纸绝缘交流局部放电特性的影响,对预压不同时间、不同幅值直流电压以及去极化后重复加压情况下的油纸绝缘交流局部放电特性,不同预压时间和去极化后的油纸绝缘材料的空间电荷特性进了研究。研究结果表明,随着预压直流电压幅值的增大和预压时间的延长,放电起始电压和熄灭电压减小;随着重复加压次数的增多,放电起始电压先上升后下降,但均低于未预压下局部放电起始电压。分析表明预压直流30min后油纸绝缘空间电荷分布达到平衡状态,预压时间越长,去极化后油纸绝缘材料残余空间电荷数量越多;同时长时高幅值预压会使得与高压电极接触的绝缘纸板表面电荷分布均匀,从而改善油纸绝缘内部的电场分布,进而影响油纸绝缘的局部放电特性。

关键词：直流预压油纸绝缘局部放电起始电压熄灭电压空间电荷