电场仿真

SF6气体作为绝缘介质广泛应用于各电压等级气体绝缘设备中，但SF6气体温室效应严重、高气压使用条件下易液化，因此为了节能减排和降低液化温度的需要，必须对SF6气体绝缘介质加以优化和替代，以降低SF6的用量，同时降低其液化温度。针对上述问题，项目组提出利用SF6/N2混合气体和干燥空气分别作为绝缘介质用于不同电压等级气体绝缘设备中，研制了这两种环保气体的分解组分检测装置，建立了基于气体分解组分分析的环保气体绝缘设备故障诊断方法。通过系列研究、验证和实际工程应用，解决了纯SF6气体绝缘介质温室效应严重、易液化的难题，取得了以下技术创新：针对超/特高压环保气体绝缘设备，构建了宽温范围(-50～100℃)、精密控温的多功能气体绝缘特性试验系统，获取了宽温范围内压力、混合比例对SF6/N2混合绝缘气体绝缘性能的协同效应特性，提出了不同温度下SF6/N2混合气体最优比例、压力配置方法和绝缘性能综合评判准则，提升了气体绝缘设备在宽温范围内的绝缘性能。针对中低压环保气体绝缘设备，提出了常规气压下干燥空气绝缘开关设备气固复合绝缘结构的优化设计方法，结合电场仿真和试验数据获得了不同电场均匀度、气体压力、以及电极间隙下的干燥空气的绝缘耐压特性数据，设计了可拆卸式屏蔽型套管，攻克了高压导体、绝缘气体与绝缘材质三介质交界处易发生电场畸变的难题，实现了环保气体绝缘环网柜电场均匀化、尺寸紧凑小巧化设计。研制了SF6/N2混合气体和干燥空气两种环保气体的分解组分紫外光谱检测装置，揭示了SF6/N2和干燥空气在典型局部放电条件下的分解特性，提取了有效表征设备局部放电状态的特征组分，建立了基于气体分解组分分析的环保气体绝缘设备局部放电状态评估方法。 成果获授权发明专利17项、实用新型专利11项；发表高水平学术论文32篇，其中SCI论文19篇、EI论文10篇。对于“电力设备用SF6/N2混合气体性能及检测关键技术研究与应用”，中国电机工程学会鉴定该成果整体技术达到国际领先水平；对于“NISELA系列环保气体绝缘开关设备”，中国机械工业联合会鉴定该成果整体技术达到国际同类产品水平。项目成果已在武汉特高压交流试验基地1100kV GIL试验段、文昌局、琼海局、澄迈局、儋州局和海口局等得到了现场试验验证，并在黑龙江、内蒙古东部、宁夏等电力公司，以及许继集团等成套电力设备制造企业进行了应用，有效提升了特高压气体绝缘设备在极寒条件下的适用性和经济性，SF6使用量减少了70~80%，气体分解组分检测及分析技术在气体绝缘设备状态监测与故障诊断领域的应用取得了丰硕成果，社会经济效益巨大。

中低压电缆广泛应用于各种配电网，在安装运行过程中，电缆及其中间接头容易出现缺陷，对其绝缘造成破坏。为了研究不同缺陷对中间接头电场强度的影响，本文在SolidWorks中建立了 35kV XLPE 电缆本体和中间接头的三维物理模型，设计了电缆中间接头的气隙、杂质、割伤、划伤四种典型缺陷模型，并在CST Stdio三维电磁场软件中进行三维电场仿真，通过对比得出不同缺陷对电场强度的影响规 律。结果表明这四种缺陷都会导致不同程度的电场强度畸变，甚至导致绝缘击穿引发严重故障，为今后35 kV 电缆中间接头故障的预防及原因分析提供参考。

飘挂物引起变电站内设备闪络故障已经成为电力系统跳闸事故的重要原因之一，严重威胁电力系统安全稳定。由于飘挂物引起变电站线路闪络过程难以被监测，本文利用某500kV变电站220kV母线跳线闪络故障建立三维仿真模型，通过研究不同位置、不同形状以及不同材料飘挂物下落过程中间隙电场分布情况，给出了长空气间隙飘挂物跌落引起闪络的特点和机理。同时研究飘挂物下落位置跟造成闪络所需最短长度的关系，给变电站内线路飘挂物防护提供理论指导。