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极端环境条件下输变电设备空气间隙绝缘特性研究现状及展望

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高电压技术 2023年第5期49卷 1892-1906页

作者：黄道春范建斌王平程玉洲刘勇阮江军孙勇邓永清武汉大学电气与自动化学院武汉430072 中国电机工程学会北京100761 华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071003 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司电力科研院广州510663

高压输变电设备空气间隙长期耐受工作电压、短时耐受过电压,受极端地理气象条件的单一或组合影响,可能发生绝缘失效故障,导致系统跳闸/闭锁,进而引发电网停运,在构建新型电力系统背景下对电网造成的冲击和影响将更加严重。文章分析了高... 详细信息

高压输变电设备空气间隙长期耐受工作电压、短时耐受过电压,受极端地理气象条件的单一或组合影响,可能发生绝缘失效故障,导致系统跳闸/闭锁,进而引发电网停运,在构建新型电力系统背景下对电网造成的冲击和影响将更加严重。文章分析了高压输变电设备运行面临的极端自然环境条件,综述了低气压(高海拔)、山火、沙尘条件下高压输变电设备空气间隙绝缘特性的研究进展,分析了存在的问题,在我国能源清洁低碳转型背景下,面向输变电工程外绝缘设计、绝缘失效风险评估及广域电网停电主动防御等方面的需求,提出了极端环境条件下高压输变电设备空气间隙绝缘特性方面尚需开展的研究工作。

关键词：极端环境输变电设备外绝缘空气间隙绝缘特性

极寒条件下纳米SiO_(2)改性变压器油的导热和绝缘特性

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高电压技术 2022年第9期48卷 3542-3550页

作者：罗子秋肖黎聂伟峰张静刘梦娜关伟民国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司武汉430074 国网呼伦贝尔供电公司呼伦贝尔021100 武汉大学电气与自动化学院武汉430072

提高极寒条件下变压器油的导热和绝缘特性,对保障变压器的冷启动和安全运行至关重要。为此系统研究了极寒条件下纳米SiO_(2)改性变压器油(45号)的导热和绝缘特性,对不同SiO_(2)体积分数(0.5%、1%和1.5%)和不同含水率(质量分数5.6×10^(... 详细信息

提高极寒条件下变压器油的导热和绝缘特性,对保障变压器的冷启动和安全运行至关重要。为此系统研究了极寒条件下纳米SiO_(2)改性变压器油(45号)的导热和绝缘特性,对不同SiO_(2)体积分数(0.5%、1%和1.5%)和不同含水率(质量分数5.6×10^(-6)、15.4×10^(-6)、23.0×10^(-6)和33.4×10^(-6))的纳米SiO_(2)改性变压器油(改性油)的导热系数、介电性能和击穿场强进行测量,并分析其对改性油绝缘特性的影响。试验结果表明:随着温度从30℃降低到–45℃,改性油的导热系数不断减小,相对介电常数呈线性增加,介质损耗因数先增大到峰值后减小。改性油的击穿场强受到水分和纳米SiO_(2)的综合影响:不同SiO_(2)体积分数改性油的击穿场强均随温度的降低先减小后增大,在–10~0℃取得极小值。当含水率均为15.4×10^(-6)时,SiO_(2)体积分数为0.5%的改性油绝缘性能较纯净油(未掺入SiO_(2))得到明显提升,击穿场强极小值提升14.7%;当改性油的含水率较低(质量分数≤5.6×10^(-6))时,纳米SiO_(2)的加入并不能提升变压器油绝缘性能;当改性油的含水率较高(质量分数>15.4×10^(-6))时,纳米SiO_(2)的加入可以大幅提高改性油的绝缘性能,含水率为33.4×10^(-6)时改性油击穿场强极小值较纯净油提升71.6%。

关键词：纳米SiO_(2) 改性变压器油极寒条件含水率导热绝缘特性

低温下C4F7N/CO_(2)混合气体的绝缘特性与参数配置

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高电压技术 2024年第2期50卷 832-841页

作者：陶子林郑宇高克利朱太云刘伟周文俊武汉大学电气与自动化学院武汉430072 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院合肥230000 中国电力科学研究院有限公司北京100192

为提出低温下满足液化温度和绝缘要求的C4F7N/CO_(2)混合气体的参数配置,研究了C4F7N/CO_(2)混合气体在低温下的绝缘特性。首先采用实验和计算得到了不同气压和混合体积比例下C4F7N/CO_(2)混合气体的液化温度,结果表明计算得到的液化温... 详细信息

为提出低温下满足液化温度和绝缘要求的C4F7N/CO_(2)混合气体的参数配置,研究了C4F7N/CO_(2)混合气体在低温下的绝缘特性。首先采用实验和计算得到了不同气压和混合体积比例下C4F7N/CO_(2)混合气体的液化温度,结果表明计算得到的液化温度与实验数据较为相符。其次开展不同温度下C4F7N/CO_(2)混合气体的工频击穿试验,获得了C4F7N/CO_(2)混合气体的击穿电压随温度的变化。结果表明:气体在液化阶段的击穿电压标准差为液化后的2~7倍,且液化后混合气体的绝缘性能出现显著下降。此时击穿电压只与温度有关,基本不受混合体积比例的影响。考虑混合气体设备的应用需求,分别以–25℃和–30℃为最低使用温度,提出了满足要求的C4F7N/CO_(2)混合气体参数配置方案,可为低温下C4F7N/CO_(2)混合气体的应用提供参考。

关键词： C4F7N/CO_(2)混合气体绝缘特性约化电场液化温度参数配置

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固体蓄热高温气体穿墙套管绝缘特性研究

中国电机工程学报 2020年第16期40卷 5392-5400页

作者：邢作霞赵鹏飞樊金鹏陈雷姜立兵沈阳工业大学辽宁省沈阳市110870 沈阳兰昊新能源科技有限公司辽宁省沈阳市110015

固体蓄热装置需要通过穿墙套管将66kV高压电源引入到内外温差近500℃的装置内,高温高压穿墙套管作为外部接引关键部件,其绝缘特性涉及设备运行安全,尤为重要。为适应此特殊情况,对穿墙套管结构进行改进设计,建立电热耦合模型,对SF6气体... 详细信息

固体蓄热装置需要通过穿墙套管将66kV高压电源引入到内外温差近500℃的装置内,高温高压穿墙套管作为外部接引关键部件,其绝缘特性涉及设备运行安全,尤为重要。为适应此特殊情况,对穿墙套管结构进行改进设计,建立电热耦合模型,对SF6气体作为散热介质的石英玻璃穿墙套管在66kV和300~800℃复杂工况下的绝缘特性进行仿真分析。结果表明,高温高压环境对穿墙套管绝缘性能的削弱主要位于套管端部,通过调节真空层的厚度可以改善。同时,经加温加压实验测试,证明高温高压穿墙套管可以实现高温高压绝缘。

关键词：固体蓄热高温高压绝缘特性电热耦合 SF6气体石英玻璃穿墙套管

低温下CFN/CO混合气体的绝缘特性与参数配置

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高电压技术 2023年

作者：陶子林郑宇高克利朱太云刘伟周文俊国网安徽省电力有限公司电力科学研究院中国电力科学研究院有限公司武汉大学电气与自动化学院

为提出低温下满足液化温度和绝缘要求的C4F7N/CO2混合气体的参数配置，研究了C4F7N/CO2混合气体在低温下的绝缘特性。首先采用实验和计算得到了不同气压和混合比例下C4F7N/CO2混合气体的液化温度，结果表明计算得到的液化温度能较好吻... 详细信息

为提出低温下满足液化温度和绝缘要求的C4F7N/CO2混合气体的参数配置，研究了C4F7N/CO2混合气体在低温下的绝缘特性。首先采用实验和计算得到了不同气压和混合比例下C4F7N/CO2混合气体的液化温度，结果表明计算得到的液化温度能较好吻合试验数据。其次开展不同温度下C4F7N/CO2混合气体的工频击穿试验，获得了C4F7N/CO2混合气体的击穿电压随温度的变化，发现气体在液化阶段的击穿电压标准差为液化后的2～7倍，且液化后混合气体的绝缘性能出现显著下降。此时击穿电压只与温度有关，基本不受混合比例的影响。考虑混合气体设备的应用需求，分别以-25℃和-30℃为最低使用温度，提出了满足要求的C4F7N/CO2混合气体参数配置方案，可为低温下C4F7N/CO2混合气体的应用提供参考。

关键词： C F N/CO 混合气体绝缘特性约化电场液化温度参数配置

典型断口结构下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体绝缘特性实验研究与仿真分析

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电工技术学报 2021年第17期36卷 3572-3580页

作者：辛昭昭姜旭霍鹏西安高压电器研究院有限责任公司西安710077 西安西电开关电气有限公司西安710077

环保C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体是目前最具潜力的SF6替代介质。为研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体绝缘特性及其与典型断口结构下电场的匹配关系,该文结合72.5kV开关产品隔离断口、同轴电极两种结构进行了样机设计,通过实验研究了雷电... 详细信息

环保C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体是目前最具潜力的SF6替代介质。为研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体绝缘特性及其与典型断口结构下电场的匹配关系,该文结合72.5kV开关产品隔离断口、同轴电极两种结构进行了样机设计,通过实验研究了雷电冲击电压下,不同充气压力、不同断口开距等对气体绝缘性能的影响,通过仿真计算获得了不同断口结构、不同断口开距下的电场强度分布变化。实验与仿真结果表明,隔离断口结构及同轴电极结构下,表压0.4MPa的20%C_(4)F_(7)N+80%CO_(2)混合气体、表压0.5MPa的16.7%C_(4)F_(7)N+83.3%CO_(2)混合气体,绝缘强度均可达到同等气压下纯SF6气体的80%以上。在隔离断口结构下,开距8mm、246kV施加电压(0.4MPa下50%击穿电压),计算断口间的最高电场强度为38.3kV/mm;在同轴电极结构下,间隙10mm、228.5kV施加电压(0.4MPa下50%击穿电压),计算同轴间隙间的最高电场强度为26.8kV/mm。为达到表压0.4MPa、开距6mm下纯SF6气体的绝缘水平,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的压力可增大至0.5MPa或断口距离增大至约8mm。该文最后还对C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的电场强度设计基准进行了探讨。实验研究与仿真分析结果验证了C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体工程应用的可行性,尤其对开关设备中应用C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体时的绝缘结构设计具有指导意义。

关键词： C_(4)F_(7)N/CO_(2) 绝缘特性典型断口仿真分析

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电热联合作用下交流油浸纸套管绝缘特性

高电压技术 2019年第8期45卷 2629-2636页

作者：王成智胡伟罗晓庆谢雄杰许佐明尹朋博国网湖北省电力有限公司武汉430077 中国电力科学研究院有限公司电网环境保护国家重点实验室武汉430074

为研究交流油纸绝缘套管实际工程运行中的绝缘特性,建立了套管电热联合试验平台,针对交流油纸绝缘套管,开展了不同油温和不同负荷条件下的绝缘参量特性试验。掌握了不同油温和不同负荷条件下交流油纸绝缘套管介质损耗因数、电容量、绝... 详细信息

为研究交流油纸绝缘套管实际工程运行中的绝缘特性,建立了套管电热联合试验平台,针对交流油纸绝缘套管,开展了不同油温和不同负荷条件下的绝缘参量特性试验。掌握了不同油温和不同负荷条件下交流油纸绝缘套管介质损耗因数、电容量、绝缘电阻及频域介电谱的变化规律,并根据电介质极化理论系统分析了参量变化规律机理。研究结果表明:变压器油温变化会引起油纸绝缘套管各绝缘性能参量的规律性变化。不同负荷对套管绝缘性能的影响主要集中于热效应上,承受的负荷变化最终体现为套管内部温度变化。相同油温条件,联合施加电压电流的套管在变化的负荷作用下,其绝缘性能相比于单一考核因素的绝缘性能更低。故开展电热联合作用下套管绝缘特性试验能更为准确地掌握套管绝缘性能,为套管状态评估和绝缘诊断提供有力支撑。

关键词：交流变压器套管负荷变化油浸纸绝缘电热联合试验绝缘特性

替代SF_6的环境友好混合气体c-C_4F_8/N_2绝缘特性

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高电压技术 2017年第2期43卷 414-419页

作者：张然王珏李璟任成燕严萍中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室北京100190

SF_6因具有良好的绝缘效果而被广泛地应用于电力系统中。但同时,SF_6也是一种温室气体,随着环境问题日益恶化,人们迫切需要找到替代SF_6的绝缘气体。为此,通过实验研究了环境友好气体c-C_4F_8及c-C_4F_8/N_2混合气体替代SF_6的可行性。... 详细信息

SF_6因具有良好的绝缘效果而被广泛地应用于电力系统中。但同时,SF_6也是一种温室气体,随着环境问题日益恶化,人们迫切需要找到替代SF_6的绝缘气体。为此,通过实验研究了环境友好气体c-C_4F_8及c-C_4F_8/N_2混合气体替代SF_6的可行性。通过调节电极间隙(1~6 mm)和气压(150~350 k Pa),测量了气体在不同条件下的击穿电压及击穿电流波形,得到了气体的绝缘特性并与SF_6气体进行了对比分析。实验结果表明:纯净的c-C_4F_8气体的绝缘强度约为SF_6的1.3倍,体积比为1:1的c-C_4F_8/N_2混合气体的绝缘强度约为与SF_6的0.9倍。通过计算,c-C_4F_8/N_2混合气体的液化温度可以达到电力系统使用要求。考虑到c-C_4F_8气体对于环境的影响较小,使用c-C_4F_8/N_2混合气体作为替代SF_6的绝缘气体,有着良好的应用前景。

关键词：环境友好气体 SF6 c-C4F8 c-C4F8/N2 绝缘特性直流击穿液化温度

C_(4)F_(7)N/CO_(2)二元混合气体雷电冲击绝缘特性研究

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高压电器 2021年第3期57卷 1-5页

作者：霍鹏姜旭张文兵张建陈志彬曹蕤辛昭昭西安西电电气研究院有限责任公司西安710075 西安西电开关电气有限公司西安710077

SF_(6)替代气体在电力设备中的应用研究越来越广泛,其中氟化腈C_(4)F_(7)N被认为是目前最具潜力实现SF_(6)替代的气体之一。文中结合隔离开关断口结构,研究了C_(4)F_(7)N/CO_(2)二元混合气体的雷电冲击绝缘特性。基于混合气体绝缘试验平... 详细信息

SF_(6)替代气体在电力设备中的应用研究越来越广泛,其中氟化腈C_(4)F_(7)N被认为是目前最具潜力实现SF_(6)替代的气体之一。文中结合隔离开关断口结构,研究了C_(4)F_(7)N/CO_(2)二元混合气体的雷电冲击绝缘特性。基于混合气体绝缘试验平台,重点分析了气体种类,电压极性、充气气压、电极距离、C_(4)F_(7)N占比对50%击穿电压的影响规律。试验结果表明:在研究范围内,50%击穿电压随着充气气压、电极距离和C_(4)F_(7)N占比的增大均呈升高趋势。当充气气压升高到100、150、200 k Pa时,对应50%击穿电压(20:80,15 mm)分别为109.7、152.9、179.6 kV;当电极距离为5、10、15 mm时,50%击穿电压(35:65,200 k Pa)分别为73.4、138.5、203.0 kV;当C_(4)F_(7)N占比为20%、35%和50%时,50%击穿电压(15 mm,200 kPa)分别为180.0、203.0、218.4 kV。

关键词： C_(4)F_(7)N 隔离开关雷电冲击绝缘特性环保气体