10kV触头盒污秽、局部缺陷状态下的电场仿真研究

摘要

随着我国电力系统的不断发展，开关柜以其结构简单、维护工作小、便于操作等优点大量应用于电力系统中。绝缘问题是电力设备安全稳定运行的关键影响因素之一。开关柜作为电力系统中重要的一员，研究其绝缘性能是十分必要的，而触头盒作为开关柜中重要的绝缘件，对可能导致其绝缘性能损坏的因素进行研究十分重要。
　　目前国内外对于高压绝缘损坏的研究主要集中在高压绝缘子，从多个角度出发，对引起绝缘子损坏的原因进行了分析。但对于开关柜内部触头盒绝缘损坏的研究却不多。本文提出对开关柜母线室建立三维模型，从电场的角度分析污秽和气泡缺陷这两种情况对触头盒的影响。
　　本文首先对污秽度的检测、污闪、气泡放电的国内外研究现状进行了介绍，分析了电场计算的理论基础，对本文使用的仿真软件ANSYS进行了简单的介绍，同时详细介绍了有限元法计算电场的过程。
　　本文借助有限元分析软件ANSYS，建立开关柜母线室三维立体模型，对触头盒表面存在干污秽、湿污秽、干燥带、局部污秽这几种可能导致触头盒绝缘损坏的情况进行了详细的分析，分析了在这几种情况下触头盒表面电位与电场强度的变化情况。仿真结果表明:干污秽对触头盒表面电场强度影响较小，对触头盒性能没有影响;湿污秽导致触头盒表面最大电场强度是正常情况时的1/10，但泄露电流却为正常时的107倍;干燥带导致其边缘处电场强度是正常情况时的5倍。
　　其次分析了触头盒存在气泡缺陷时的电场分布情况，对不同位置、不同大小的气泡缺陷分别进行了详细的研究，分析它们对电场强度的影响。结果表明越靠近开关柜柜壁的位置，气泡缺陷内部电场畸变越大，越容易引起气泡内部气体放电。
　　最后对触头盒在标准雷电冲击耐受电压下的绝缘性能进行了分析，选取两种具有代表性的情形进行分析，分别对开关柜母线室施加三相冲击和单相冲击。结果表明，雷电冲击增加了触头盒表面电场强度，并使触头盒内部局部区域电场强度达到空气击穿场强。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 开关柜绝缘损坏研究现状

1．2．2 气泡放电模型研究现状

1．3 论文的主要研究内容

第2章 电场数值分析计算

2．1 电磁场数值解法

2．2 ANSYS有限元分析软件

2．3 ANSYS有限元法理论基础

2．3．1 电磁场基本理论——麦克斯韦方程组

2．3．2 一般形式的电磁场微分方程

2．3．3 电磁场中常见边界条件

2．3．4 三维有限元方法基本理论

2．4 本章小结

第3章 存在污秽触头盒电场仿真分析与验证

3．1 开关柜母线室计算模型建立

3．2 结果分析

3．2．1 正常情况

3．2．2 触头盒表面全覆盖污秽

3．2．3 触头盒表面存在局部污秽

3．3 测量验证

3．3．1 工频电场测量原理简介

3．3．2 测量工具简介

3．3．3 测量方法说明

3．3．4 结果对比

3．4 本章小结

第4章 存在局部气泡缺陷触头盒仿真分析

4．1 气泡局部放电

4．1．1 局部放电的特征

4．1．2 局部放电的分类

4．2 气泡缺陷对电位的影响

4．3 气泡缺陷对电场强度的影响

4．3．1 不同大小气泡缺陷对电场强度的影响

4．3．2 不同位置气泡缺陷对电场强度的影响

4．4 电压等级对缺陷处电场的影响

4．5 本章小结

第5章 污秽与缺陷状态雷电冲击分析

5．1 触头盒表面存在20mm宽干燥带

5．2 触头盒内部存在半径为3mm气泡缺陷

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间科研成果