邵千秋答辩PPT.ppt

报告人 邵千秋指导教师 司马文霞教授指导研究生 刘春香 金属颗粒对环氧树脂绝缘件沿面电场分布影响规律的仿真研究 1 国内外研究现状 背景意义及本文主要工作 采用板板电极时金属颗粒对绝缘子沿面电场分布影响的comsol仿真 采用棒板电极时金属颗粒对绝缘子沿面电场分布影响的comsol仿真 采用板板电极时球形金属颗粒运动规律的comsol仿真 结论 2 1 背景意义及本文主要工作 直流输电更适合我国能源分布不均的国情直流输电缺少可靠的直流断路器直流断路器中金属颗粒影响很大 易造成断口绝缘系统沿面闪络 背景意义 主要工作 采用板板电极时金属颗粒对绝缘子沿面电场分布影响的comsol仿真采用棒板电极时金属颗粒对绝缘子沿面电场分布影响的comsol仿真采用板板电极时球形金属颗粒运动规律的comsol仿真 3 2 国内外研究现状 直流断路器的发展史沿面放电金属颗粒对沿面放电的影响 4 2 1直流断路器的发展史 基于机械开关的机械式高压直流断路器 基于电力电子器件的全固态高压直流断路器 整合前两者优点的混合式高压直流断路器 优点 稳定 通态损耗小 缺点 电弧 优点 开断时间短 无弧光 缺点 通态损耗高 集合前两者优点 克服前两者缺点 5 2 2沿面放电 体积电导模型 切向场强模型 法向场强模型 表面电荷积聚模型 表面电荷极性 Chalmers认为施加正极性电压 表面电荷极性由正变负 汪沨认为施加哪种极性电压 就积累哪种极性的表面电荷 6 齐波从金属颗粒造成的局部放电进行了研究 得到存在金属颗粒时的局部放电发展存在电晕放电 电晕放电和沿面流注放电共存以及沿面流注放电这3个主要阶段的结论 陈济通过ANSYS三维仿真 研究了不同长度的圆柱形金属颗粒对GIS绝缘子表面电场强度的影响 得到颗粒长度增加 电场强度减小的结论 施健详细分析了球形金属颗粒在电场中的荷电过程 并给出了金属颗粒能够感应出的最大表面电荷密度为 贾江波从力学分析的角度研究了GIS中金属颗粒的运动过程 但没有分析运动的金属颗粒对GIS绝缘子沿面放电的影响 2 3金属颗粒对沿面放电的影响 7 3 板板电极 颗粒对绝缘子沿面电场分布影响的仿真 圆柱形金属颗粒长度和直径的影响球形金属颗粒直径的影响颗粒位置的影响 主要仿真内容 8 3 1仿真几何模型 上下平板电极为铜电极 上电极电压 50kV 下电极为地电极 中间绝缘材料为填充有30 的环氧树脂 相对介电常数为4 5 正方体区域内为SF6气体 相对介电常数为1 0021 压强0 4MPa 9 3 2圆柱形颗粒直径和长度对沿面电场分布的影响 圆柱形颗粒直径影响的原因分析 颗粒等同于一个尖端 曲率半径 颗粒表面电荷密度 电场畸变 圆柱形颗粒长度影响的原因分析 颗粒长度 两板间有效绝缘距离 电场强度 颗粒感应电荷 电场畸变 10 3 3球形颗粒直径对沿面电场分布的影响 球形颗粒直径影响的原因分析 球形颗粒直径 既相当于圆柱形颗粒直径 又相当于圆柱形颗粒长度 电场畸变先 后 11 3 4颗粒位置对沿面电场分布的影响 圆柱形颗粒位置影响的原因分析 绝缘子表面积累有正电荷 阴极附近的三结合点处电场强度被增强 颗粒距阴极很近时 颗粒感应电荷 电场畸变 12 球形颗粒位置影响的原因分析 和颗粒形状为圆柱形时类似 4 棒板电极 颗粒对绝缘子沿面电场分布影响的仿真 圆柱形金属颗粒长度和直径的影响球形金属颗粒直径的影响颗粒位置的影响 主要仿真内容 13 4 1仿真几何模型 上下电极为圆柱形 材质均为铜 上电极电压 20kV 下电极为地电极 中间绝缘材料为填充有30 的环氧树脂 相对介电常数为4 5 球形区域内为20 SF6 80 N2 相对介电常数为1 0053 压强0 6MPa 14 4 2圆柱形颗粒直径和长度对沿面电场分布的影响 圆柱形颗粒直径影响的原因分析 和电极结构为平板电极时类似 颗粒等同于一个尖端 曲率半径 颗粒表面电荷密度 电场畸变 圆柱形颗粒长度影响的原因分析 颗粒长度 沿Z方向增加了一部分金属 增加的这一段金属在原来电场的作用下感应出电荷 此部分电荷使颗粒 气体 固体三结合点处的电场畸变 15 4 3球形颗粒直径对沿面电场分布的影响 球形颗粒直径影响的原因分析 球形颗粒直径 既相当于圆柱形颗粒直径 又相当于圆柱形颗粒长度 两者影响因素相当 故电场小幅波动 16 4 4颗粒位置对沿面电场分布的影响 圆柱形颗粒位置影响的原因分析 颗粒与Z轴的距离 颗粒附近的外加电场 颗粒表面感应电荷 感应电荷畸变电场 17 球形颗粒位置影响的原因分析 和颗粒形状为圆柱形时类似 只是由于颗粒形状为球形 故对电场的畸变作用较圆柱形颗粒小 5 板板电极 球形金属颗粒运动规律的comsol仿真 直径0 5mm 1 0mm 2 0mm的球形颗粒从不同位置进入流道后的运动规律的仿真仿真结果分析 主要研究内容 18 5 1仿真几何模型和颗粒受力分析 流道尺寸200 50 30 材料为环氧树脂浇注材料 气流从X 100平面流入 初速度为5mm s 其余尺寸和前述相同 直径0 5mm 1 0mm 2 0mm的颗粒从X 100平面不同坐标点进入 19 球形颗粒受到重力 球形颗粒受到电场力 球形颗粒受到气体曳力 5 2仿真结果 气体流速分布 无颗粒时流道电场分布 20 5 2仿真结果 释放点坐标 100 0 15 释放点坐标 100 0 10 释放点坐标 100 10 15 直径0 5mm直径1 0mm直径2 0mm 21 5 3仿真结果分析 颗粒直径越大 铜质颗粒在上下极板附近运动时 偏离原来运动轨迹的程度越小 因为铜质颗粒在上下极板附近运动时 受电场力影响最大 电场力产生的加速度和颗粒的直径成反比 金属颗粒初速度方向与圆柱形环氧树脂绝缘件轴线垂直时 直径越大的颗粒在上下极板间运动的速度越小 与绝缘件的最短距离越小 且直径0 2mm的颗粒与绝缘件发生多次碰撞 故颗粒直径越大 运动颗粒对绝缘件沿面电场的畸变越大 22 6 结论 采用板板电极或棒板电极结构 固定圆柱形金属颗粒直径增加 绝缘子表面电场模和电场各分量最大值均减小 且减小趋势减缓 长度增加 绝缘子表面电场模和电场各分量最大值均增加 采用板板电极结构 固定球形颗粒直径增加 绝缘子表面电场模和电场法向分量最大值先减小后增加 采用棒板电极结构 固定球形颗粒直径增加 绝缘子表面电场模和电场各分量最大值小幅波动 采用板板电极结构 固定圆柱形或球形金属颗粒离阴极很近时 绝缘子表面的电场模和电场各分量最大值均远大于金属颗粒处于其他位置时候 包括离阳极很近 的数值 采用板板电极或棒板电极结构 固定圆柱形或球形金属颗粒所处的位置离电极较远时 随着颗粒位置的变化 绝缘子表面电场模和电场各分量最大值变化均较小 23 6 结论 颗粒直径越大 铜质颗粒在上下极板附近运动时 偏离原来运动轨迹的程度越小铜质颗粒初速度方向