特高压电气设备的电场特性及绝缘性能的研究

论文摘要

随着我国首条1000 kV特高压交流试验示范工程的调试及试运行工作全面启动,发展特高压等级的输电电网,进行百万伏级特高压电器设备的开发研究十分必要。随着电压等级的升高,对特高压电器的绝缘性能提出了更高的要求。电场数值计算对于研究特高压电器设备的结构设计以及改善其绝缘特性,有着至关重要的作用。本文对特高压GIS隔离开关气室三维电场进行了分析计算。针对模型实际结构的复杂性,应用自定义网格划分控制工具的参数设置对模型进行网格划分,解决了智能剖分后的一系列问题。基于电场数值分析理论,采用有限元分析方法,对隔离开关的气室进行电场计算,获得其内部电场强度分布和内部绝缘部件表面电场强度的分布曲线,通过电场强度结果分析,得出隔离开关气室内电场强度较大的位置及电场强度值。最后,对计算结果进行绝缘校核,验证特高压隔离开关的绝缘水平。快速暂态过电压(VFTO)是GIS中特有的一种过电压,是隔离开关分合母线电容电流时产生的,具有上升时间短及幅值高的特点,并且工作气压下绝缘子沿面在VFTO作用下比雷电波作用下要危险得多。因而,本文研究VFTO作用下的盆式绝缘子的沿面电场分布。利用暂态数学模型,计算了VFTO作用下,盆式绝缘子的电位分布与电场强度分布。通过对盆式绝缘子暂态和静态电场计算结果的比较分析,说明以往对GIS及其相连设备的绝缘设计大部分是通过静电场计算,只考虑雷电冲击下与操作冲击下的电场特性是不准确的,应该考虑到暂态特性,高频下介电常数的非线性变化,考察盆式绝缘子的绝缘水平时,应以暂态电场计算的最大值为判据。从而为盆式绝缘子的绝缘结构设计提供理论参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 特高压输电建设的重要性
• 1.1.2 课题的背景和意义
• 1.2 特高压技术的国内外现状和发展趋势
• 1.3 数值计算国内外现状和发展趋势
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第二章 静电场有限元分析理论
• 2.1 静电场分析的理论基础
• 2.2 静电场有限元法基本原理
• 2.2.1 有限元法的发展
• 2.2.2 有限元的基本思想
• 2.2.3 ANSYS 有限元软件的介绍
• 2.3 运用有限元法求解三维静电场的原理
• 第三章 特高压GIS 隔离开关电场数值计算
• 3.1 特高压GIS 中隔离开关电场数值分析
• 3.1.1 特高压隔离开关模型的建立
• 3.1.2 特高压隔离开关模型的网格划分
• 3.1.3 特高压隔离开关的电场数值计算与分析
• 3.1.4 小结
• 3.2 特高压隔离开关电场计算的绝缘校核
• 3.2.1 SF6 气体击穿的绝缘理论的研究
• 3.2.2 绝缘校核
• 3.3 小结
• 第四章 VFTO 作用下盆式绝缘子暂态电场分析
• 4.1 快速暂态过电压VFTO 的计算
• 4.1.1 VFTO 的特性
• 4.1.2 GIS 及其相关元件的瞬态特性
• 4.1.3 VFTO 计算和波形的处理
• 4.2 暂态场计算的数学模型
• 4.2.1 复介电常数的引入
• 4.2.2 暂态数学模型的建立
• 4.3 VFTO 作用下盆式绝缘子的暂态电场分析
• 4.3.1 盆式绝缘子暂态场计算模型的建立
• 4.3.2 盆式绝缘子的暂态电场的计算
• 4.4 盆式绝缘子暂态与静态电场强度分布的比较
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢