直流GIS中金属微粒运动与微粒陷阱的研究
随着气体绝缘开关设备(GasInsulatedSwitchgear,GIS)的快速进步和中国电力输送能量的剧增，近年来，GIS变电站明显增多，并广泛应用于电力系统。虽然GIS的运行稳定性比较高，但GIS在生产、安装、运行等过程中不可避免的会产生金属微粒，微粒在电场力的作用下会发生运动，严重影响系统的绝缘性能。 与交流电压相比，直流电压下微粒的污染问题更严重，由于微粒受到单一方向的电场力，微粒在腔体之间做重复的碰撞运动，可能引发局部放电击穿，此外，盆式绝缘子附近的微粒会产生向盆式绝缘子运动的趋势，有的微粒会吸附在盆式绝缘子表面，引起盆式绝缘子表面发生局部放电，严重时引起盆式绝缘子闪络，导致闪络电压下降，极大的降低了设备的绝缘性能，危及系统的安全性。针对微粒污染问题，研究直流电压下微粒的运动特性及抑制措施具有重要意义，论文的主要研究内容如下： 首先建立与同轴圆柱在径向电场变化趋势一致的四分之一外壳试验模型，试验分析不同形状和不同数量微粒的运动轨迹及危害性，仿真分析铁球颗粒的运动轨迹，并根据铁球试验验证仿真模型的正确性和可行性，为GIS稍不均匀场微粒运动特性研究提供一定的基础；其次建立实际尺寸的GIS不均匀场模型，仿真分析不同因素对微粒运动特性以及微粒对盆式绝缘子的影响；最后分析微粒陷阱对电场分布、微粒运动及捕获特性的影响情况。 研究表明：在同轴圆柱电极中，无论微粒的形状如何变化，微粒的起跳电压和击穿电压都随着微粒尺寸的增大而升高，对于线性颗粒经历了站立、跳动、碰撞和贯穿性运动四种状态，A形片状颗粒外壳上做小幅度跳动并旋转摆动；微粒的起跳电压和击穿电压随着微粒数目的增加而降低；铁球颗粒运动经历起跳和碰撞两个阶段，根据铁球颗粒在z轴方向的位移变化情况试验验证了仿真模型的正确性和有效性。 在稍不均匀场中，球形微粒运动大都经历了水平滑动、起跳和碰撞三个阶段。当电压幅值、微粒初始位置、微粒材质、微粒半径改变时，微粒的运动轨迹也发生改变；微粒水平滑动的距离随着施加电压增大而减小；微粒初始位置与盆式绝缘子距离越近，微粒水平滑动的距离越短，相同时间下微粒的运动速度也越大；微粒半径和材料对微粒运动轨迹影响的原因基本一致，都是改变了微粒的重力；铝微粒运动表现出很大的随机性，相比之下铁球颗粒和铜颗粒的运动范围都较小；对于盆式绝缘子附近的微粒，起跳后在绝缘子表面爬升，之后与导体碰撞反弹在腔体内做谐振运动。 对于安装在外壳内表面的微粒陷阱捕获器，圆孔陷阱比矩形孔陷阱对陷阱底部电场畸变的影响大，矩形陷阱的宽、深及间隔变化都对电场有影响，其中陷阱底部平均场强随陷阱宽度近似呈正比增大，且随陷阱深度和间隔增大而减小；由于陷阱引起的电场畸变导致微粒运动轨迹发生改变，其中陷阱捕获器宽度比陷阱深度对微粒运动特性的影响更明显；基于以上规律，分析得到捕获值K随着陷阱宽度的增大而逐渐减小，因为陷阱宽度增大对场强的屏蔽作用降低，所以导致微粒捕获的概率下降，并且基于K值的临界位置与起跳点的距离增大；捕获值K随着微粒半径的增大而增大，且基于K值的临界位置与起跳点的距离减小。
气体绝缘开关设备;金属微粒;运动规律;绝缘性能;微粒陷阱
兰州交通大学
硕士
电力系统及其自动化
田铭兴
2021
中文
TM643
2021-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）