气体绝缘金属封闭输电线路的仿真与试验研究

摘要

在“十三五”电力发展的规划中，国家将特高压建设作为国家创新战略重点，提出要大力建设大型水电、核电和城市智能电网等项目。然而在电力的输送方面，常规的输电方式难以满足要求。例如，对于建设大型水电站，由于新规划的超大型水电工程选址多位于高原地区的深山峡谷中，要将电能送出比较困难;对于建设核电项目，由于核事故的特殊性，所以核电在传输过程中必须绝对保证安全，常规的输电方式完全不能满足要求;对于建设城市智能电网，随着城市土地可用面积越来越小，并且城市用电量逐年上升，而架空线受到可用面积的限制，电缆受到输电容量的制约。
　　气体绝缘金属封闭输电线路（简称GIL）作为一种传输能力强、电阻损耗低、安全环保、抗震能力强等优点的电力设备，在上述领域具有不可替代的作用。
　　论文以GIL理论知识为基础，分别进行了绝缘、动热稳定和温升三个部分参数的理论分析与设计计算，建立了GIL的仿真模型，并借助于有限元分析软件Comsol进行了仿真，最后通过试验验证设计计算及仿真模型的正确性。
　　论文的研究内容主要包括以下几方面:
　　(1)建立GIL三维绝缘仿真模型，利用有限元软件Comsol中的“静电场”物理量，对非同轴圆柱部分导体表面电场强度、绝缘件内部的电场强度、绝缘件表面的切向场强进行仿真研究，并求解得GIL的导体内径和壳体外径;
　　(2)建立GIL一维力学简化模型，利用Comsol软件中的“梁”物理量，对GIL的长度的固有频率进行仿真计算，从而避免导体发生共振现象;
　　(3)建立GIL二维电磁简化模型，利用Comsol中的“磁场”物理量及其瞬态求解器，对发生最大电动力的时刻及其大小进行仿真研究;
　　(4)建立GIL二维温升模型，利用Comsol中的“共轭传热”物理量及其瞬态求解器，对GIL温升模型中导体与壳体的温升最大值进行仿真研究;
　　(5)GIL仿真模型的试验验证。通过对GIL样机进行绝缘试验、动热稳定试验和温升试验，获知试验结果与仿真结果相近，说明在GIL研发过程中使用有限元软件进行分析是可靠的，并且可以获得性能更优、结构更合理的产品。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 GIL主要参数的设计计算与选择

2．1 GIL气体间隙的绝缘强度计算

2．1．1 同轴圆柱电场强度的计算

2．1．2 同轴圆柱电场强度的校核

2．2 GIL短路暂态的电动力数值计算

2．2．1 GIL固有频率的计算

2．2．2 GIL动热稳定的计算

2．2．3 GIL导体应力校核

2．3 GIL热平衡的计算

2．3．1 热量传递的形式

2．3．2 GIL热平衡方程

2．3．3 GIL壳体耐烧穿校核

2．4 本章小结

第三章 GIL模型的建立与仿真计算

3．1 GIL三维模型的建立及其静电场仿真

3．1．1 GIL三维绝缘模型的建立

3．1．2 静电场仿真边界条件的设定

2．2．3 仿真计算结果的分析

3．2 GIL二维模型的建立及其短路瞬态的电磁仿真

3．2．1 GIL固有频率仿真

3．2．2 GIL二维电磁模型的建立

3．2．3 瞬态电磁仿真边界条件的设定

3．2．4 仿真计算结果的分析

3．3 GIL二维模型的建立及其传热的仿真

3．3．1 GIL二维温升模型的建立

3．3．2 导体与壳体电阻损耗的仿真计算

3．3．3 GIL瞬态温升模型的仿真计算与分析

3．4 本章小结

第四章 GIL试验验证

4．1 绝缘试验

4．1．1 试验标准

4．1．2 试验条件与试验方法

4．1．3 试验内容与结果

4．2 短时耐受电流和峰值耐受电流试验

4．2．1 试验标准与试验方法

4．2．2 试验内容与结果

4．3 温升试验

4．3．1 试验标准与试验方法

4．3．2 试验内容与结果

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢