计及温度的GIS盆式绝缘子气隙缺陷特性的研究

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电压等级的不断提高对电气设备的绝缘性能提出更高要求。目前,高压开关主要采用绝缘强度高、灭弧能力强的SF6气体作为绝缘介质,如断路器、隔离开关等。而气体绝缘金属封闭组合电器(GIS)是由众多间隔组装而成,各气室间经环氧树脂盆式绝缘子隔绝连接而成。随着GIS大量投运以及长期运行,各种缺陷引发的事故不可避免。在盆式绝缘子中,气隙缺陷导致的局部放电发展成故障的事故占绝大多数,带来了巨大的经济损失以及安全威胁。然而目前大多研究都是针对常温下气隙电场,在电器设备运行温度下的气隙电场研究较少。本文首先介绍了当今气隙放电的研究现状,认为如今使用的三电容模型忽略了温度对放电特性的影响,而近些年被越来越广泛使用的有限元分析法可以考虑众多的影响因素。对于超/特高压中所存在的气压较高、间隙稍长的气体放电现象,需要用流注理论解释。本文研究了气隙放电的流注理论,考虑了绝缘介质对放电的影响,并且分析了在电极间存在介质阻挡时的电荷衰减与产生。通过对电子来源分析得到电离系数与压强相关,而气体的压强往往与温度有关。此外还通过极化理论计算了气隙为球形或椭圆形时的均匀电场,都可得出气隙处电场明显高于绝缘材料处,易发生局部放电,导致事故发生。不同温度时绝缘材料的介电性能往往也发生变化,这在仿真中往往容易被忽略,变化过大时,很容易造成仿真结果与实验结果差距甚大。本文对环氧树脂在温度变化时的介电常数和介质损耗特性做了研究,得到介电常数随温度变化的规律曲线。此外,本文对空气以及SF6的击穿电压在温度变化时的特性做出了一些理论推导,得到体积不变的绝缘子内部气隙在温度变化时的击穿电压计算方法,也对SF6的击穿电压的计算做了推导。利用有限元方法在ANSYS中建立了800kV直流GIS带气隙的盆式绝缘子模型。基于该模型对绝缘子在常温工作时的电场进行了仿真,并通过将温度变为工作温度并将绝缘子按温度仿真结果分为3部分赋予不同的介电常数,大小不同的气隙位于不同位置来研究气隙附近和绝缘子沿面的电场强度变化规律。
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