漏孔形态对GIS设备微水增长特性的影响
Impacts of Configuration of Leakage Orifices on the Characteristics of Water Growth in the GIS Equipment
- 高压电器 2025年 页码：1-19
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- 基金信息：兰州市科技计划项目(2025-2-43);国网甘肃省电力公司科技项目(SGGSKYHXJS2400289);甘肃省重点研发计划(24YFGA020);甘肃省自然科学基金(23JRRA829)
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中图分类号：-
网络出版：2025-11-19，
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樊新鸿,张正渊,王永奇等.漏孔形态对GIS设备微水增长特性的影响[J].高压电器,
FAN Xinhong,ZHANG Zhengyuan,WANG Yongqi,et al.Impacts of Configuration of Leakage Orifices on the Characteristics of Water Growth in the GIS Equipment[J].High Voltage Apparatus,
摘要
SF
6
气体泄漏是GIS设备最常见的故障之一，GIS泄漏发生时通常伴随内部水组分的增长。为了揭示不同漏孔形态对GIS设备微水增长特性的影响，选取了包含简单圆柱孔、台阶孔、锥形孔、直角孔及并排孔等7种漏孔形态，建立数值模型开展了多组分相变输运瞬态模拟。获得了GIS压力下降过程中不同漏孔内外部流场及水组分相变输运动态特性。结果表明，在相同的漏率规模下，漏孔结构越复杂，其出口位置羽流覆盖面积越小，外部冷凝水更容易进入漏孔内部；扩张型漏孔内会产生热力喉道等气动结构，该结构对液相水进入泄漏通道有明显的阻碍作用，从而导致扩张型漏孔较收缩型漏孔临界压力更低。
Abstract
SF
6
gas leakage is one of the most common faults of GIS equipment，and it is usually accompanied by the growth of internal water components. In order to reveal the influence of different leakage shapes on the micro-water growth characteristics of GIS equipment，seven leakage configurations（including cylindrical hole，sudden expansion/contraction holes，conical holes，right-angle holes and parallel holes）were selected，and transient simulations were conducted based on numerical models with multiple components and phases considered. The dynamic characteristics of water growth in different leaking holes were obtained. The results show that，under the same leakage rate scale，the more complicated the structure of the leak hole is，the smaller the plume coverage area at its outlet position is，and the external condensate water is more likely to enter the leak hole. Thermal throat will be produced in the expanded leakage，which obviously hinders the liquid water from entering the leakage hole，resulting in lower critical pressure of the expanded leakage than that of the contracted leakage.
关键词
Keywords
references
张 铎 ， 赵云学 ， 郑宇宏 ， 等 ． 1 100 kV GIS用SF 6 断路器的研究开发 [J ] ． 高压电器 ， 2013 ， 49 ( 10 )： 26 - 31 ．
ZHANG Duo ， ZHAO Yunxue ， ZHENG Yuhong ， et al . Development of 1 100 kV SF 6 circuit breaker for GIS [J ] . High Voltage Apparatus ， 2013 ， 49 ( 10 )： 26 - 31 .
袁镜江 ． 110 kV八达站GIS设备SF 6 气体微水超标原因分析及其临时处理方法 [J ] ． 电气开关 ， 2014 ， 52 ( 1 )： 89 - 91 ．
YUAN Jingjiang . Analysis of causes and interim measures of overstand and SF 6 gas micro-water of GIS equipment of 110 kV badaling substation [J ] . Electric Switcher ， 2014 ， 52 ( 1 )： 89 - 91 .
严文群 ． GIS中SF 6 气体水分含量测试结果分析 [J ] ． 高压电器 ， 2002 ， 38 ( 2 )： 58 - 60 ．
YAN Wenqun . Analysis of the test results of SF 6 gas moisture content in GIS [J ] . High Voltage Apparatus ， 2002 ， 38 ( 2 )： 58 - 60 .
陈小刚 ． GIS设备中SF 6 的微水含量检测系统的研究 [D ] ． 南京 ： 南京航空航天大学 ， 2010 ．
CHEN Xiaogang . Research on H 2 O concentration detecting system of SF 6 in GIS instruments [D ] . Nanjing ： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ， 2010 .
WANG H L ， SHEN J W . Quantitative Analysis for SF 6 and its Compositions in GIS [J ] . Advanced Materials Research ， 2010 ( 562-564 )： 1336 - 1339 .
冯颖姣 ， 沈建位 ， 黄晓霞 ， 等 ． GIS气室SF 6 气体微水密度在线监测实用技术 [J ] ． 电工技术 ， 2015 ( 4 )： 32 - 33 ．
FENG Yingjiao ， SHEN Jianwei ， HUANG Xiaoxia ， et al . On-line detection of micro water density in GIS chamber [J ] . Electric Engineering ， 2015 ( 4 )： 32 - 33 .
韩四满 ， 李秀广 ， 郭 林 ． 基于循环气体的GIS设备带电干燥装置研制与应用 [J ] ． 电工材料 ， 2021 ( 4 )： 31 - 34 ．
HAN Siman ， LI Xiuguang ， GUO Lin . Development and application of charged drying device for GIS equipment based on circulating gas [J ] . Electrical Engineering Materials ， 2021 ( 4 )： 31 - 34 .
左 稳 ， 依马木买买提·瓦阿甫 ， 单德帅 ， 等 ． 基于温升控制的GIS气室微水加热氮洗干燥研究 [J ] ． 机电工程 ， 2017 ， 34 ( 10 )： 1186 - 1191 ．
ZUO Wen ， Yimam Maimaiti Wafu ， SHAN Deshuai ， et al . Research on the drying-treatment of heating and nitrogen washing for GIS micro water in the air chamber based on the temperature rise control [J ] . Mechanical & Electrical Engineering Magazine ， 2017 ， 34 ( 10 )： 1186 - 1191 .
戴伟伟 ， 高 凯 ， 刘坚钢 ， 等 ． 基于GIS气室微水处理的热流固耦合仿真模型研究 [J ] ． 高压电器 ， 2018 ， 54 ( 7 )： 254 - 259 ．
DAI Weiwei ， GAO Kai ， LIU Jiangang ， et al . Research of heat-fluid-solid coupling simulation model based on the micro water treatment inside GIS gas chamber [J ] . High Voltage Apparatus ， 2018 ， 54 ( 7 )： 254 - 259 .
GAO Kai ， QIAO Xinlei ， DAI Weiwei ， et al . Analysis of factors influencing the internal insulation performance of GIS equipment based on multiphysics coupling [C ] // 2018 28th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (ISDEIV) ． [S.l.] ： IEEE ， 2018 ： 119 - 122 .
黄文宏 ， 章保东 ， 包其富 ， 等 ． 重质气体泄漏扩散模型研究综述 [J ] ． 浙江化工 ， 2009 ， 40 ( 7 )： 18 - 22 ．
HUANG Wenhong ， ZHANG Baodong ， BAO Qifu ， et al . A review of the heavy gas dispersion mathematical models [J ] . Zhejiang Chemical Industry ， 2009 ， 40 ( 7 )： 18 - 22 .
李香华 ， 王 军 ． 500 kV GIS 设备 SF 6 气体泄漏缺陷分析及处理 [J ] ． 水电与新能源 ， 2016 ( 4 )： 1 - 3 ．
LI Xianghua ， WANG Jun . Analysis and treatment of SF 6 gas leakage in 500 kV gas insulated substation equipment [J ] . Hydropower and Nwe Energy ， 2016 ( 4 )： 1 - 3 .
郭 程 ． GIS运行中的SF 6 气体管理与泄漏处理 [J ] ． 供用电 ， 2007 ， 24 ( 4 )： 40 - 42 ．
GUO Cheng . Management and leakage handling of SF 6 gas in operation of gas isulated switchgear [J ] . Distribution & Utilization ， 2007 ， 24 ( 4 )： 40 - 42 .
王红伟 ． 一起典型GIS设备漏气处理案例分析 [J ] ． 机电信息 ， 2015 ( 33 )： 58 - 59 ．
WANG Hongwei . Case analysis of a typical gas leakage treatment of GIS equipment [J ] . Mechanical and Electrical Information ， 2015 ( 33 )： 58 - 59 .
张 浩 ， 吴 凯 ， 管敏渊 ， 等 ． 一起GIS设备SF 6 气体泄漏故障的分析与处理 [J ] ． 浙江电力 ， 2016 ， 35 ( 9 )： 35 - 38 ．
ZHANG Hao ， WU Kai ， GUAN Minyuan ， et al . Analysis a nd treatment on a SF 6 gas leakage fault of GIS device [J ] . Zhejiang Electric Power ， 2016 ， 35 ( 9 )： 35 - 38 .
汤铭华 . GIS组合电器典型故障分析及改进 [D ] . 广州 ： 华南理工大学
TANG Minghua . Fault analysis and improvement of gas insulated substation [D ] . Guangzhou ： South China University of Technology ， 2013 .
姜宝林 ， 孙吉权 ， 许 亮 ， 等 ． 紫外线电离型SF 6 气体检漏仪 [J ] ． 现代仪器 ， 2005 ， 11 ( 4 )： 56 - 58 ．
JIANG Baolin ， SUN Jiquan ， XU Liang ， et al . Apparatus measuring SF 6 gas leak utilized ultraviolet radiation for generating ion [J ] . Modern Instruments ， 2005 ， 11 ( 4 )： 56 - 58 .
高树国 ， 郑爱全 ， 耿江海 ， 等 ． 应用激光成像技术检测SF 6 电气设备气体泄漏 [J ] ． 高压电器 ， 2010 ， 46 ( 3 )： 103 - 105 ．
GAO Shuguo ， ZHENG Aiquan ， GENG Jianghai ， et al . Application of laser imaging technology to detection of SF 6 leakage in electrical equipment [J ] . High Voltage Apparatus ， 2010 ， 46 ( 3 )： 103 - 105 .
胡连清 ， 刘卫东 ， 李哲文 ， 等 ． SF 6 气体红外成像检漏仪与定量检漏仪现场使用经验探讨 [J ] ． 高压电器 ， 2014 ， 50 ( 10 )： 126 - 130 ．
HU Lianqing ， LIU Weidong ， LI Zhewen ， et al . Discussion of on-site using experience of infrared image leakage detector and quantitative leakage detector for SF 6 gas [J ] . High Voltage Apparatus ， 2014 ， 50 ( 10 )： 126 - 130 .
黄 柏 ， 杨 帆 ， 邓剑平 ， 等 ． 基于累积帧间差分法和掩膜的SF 6 红外检漏视频定位算法研究 [J ] ． 电气技术 ， 2022 ， 23 ( 7 )： 104 - 108 ．
HUANG Bai ， YANG Fan ， DENG Jianping ， et al . Study of an accumulated interframe difference and mask based SF 6 leakage infrared video location method [J ] . Electrical Engineering ， 2022 ， 23 ( 7 )： 104 - 108 .
梁群锋 ． SF 6 红外检漏成像仪在GIS检修的应用 [J ] ． 电力设备管理 ， 2023 ( 13 )： 23 - 25 ．
LIANG Qunfeng . Application of SF 6 infrared leak detector in the maintenance of GIS equipment [J ] . Electric Power Equipment Management ， 2023 ( 13 )： 23 - 25 .
STEILL J D ， OOMENS J ， EYLER J R ， et al . Gas-phase infrared multiple photon dissociation spectroscopy of isolated SF 6 - and SF 5 - anions [J ] . Journal of Chemical Physics ， 2008 ， 129 ( 24 )： 244302 .
王 琦 ， 马江泓 ， 邱毓昌 ． GIS中SF 6 气体含水量超标原因分析 [J ] ． 华东电力 ， 2003 ， 31 ( 6 )： 82 - 83 ．
WANG Qi ， MA Jianghong ， QIU Yuchang . Analysis overproof of water content in SF 6 of GIS [J ] . East China Electric Power ， 2003 ， 31 ( 6 )： 82 - 83 .
EL KADI K ， ALNAIMAT F ， SHERIF S A . Recent advances in condensation heat transfer in mini and micro channels：A comprehensive review [J ] . Applied Thermal Engineering ， 2021 ( 197 )： 117412 .
KIM S M ， MUDAWAR I . Review of databases and predictive methods for heat transfer in condensing and boiling mini/micro-channel flows [J ] . International Journal of Heat and Mass Transfer ， 2014 ( 77 )： 627 - 652 .
KENIAR K ， EL FIL B ， GARIMELLA S . A critical review of analytical and numerical models of condensation in microchannels [J ] . International Journal of Refrigeration ， 2020 ( 120 )： 314 - 330 .
VYSKOCIL L ， SCHMID J ， MACEK J . CFD simulation of air–steam flow with condensation [J ] . Nuclear Engineering and Design ， 2014 ( 279 )： 147 - 157 .
LI Junde . CFD simulation of water vapour condensation in the presence of non-condensable gas in vertical cylindrical condensers [J ] . International Journal of Heat and Mass Transfer ， 2013 ， 57 ( 2 )： 708 - 721 .
XIONG Feng ， ZHAO Jiaming ， TU Ruiyang ， et al . Improved CFD simulation of water hammer caused by condensation with an enhanced phase change model [J ] . Progress in Nuclear Energy ， 2024 ( 173 )： 105242 .
PARK J W ， JIAO Kui ， LI Xianguo . Numerical investigations on liquid water removal from the porous gas diffusion layer by reactant flow [J ] . Applied Energy ， 2010 ， 87 ( 7 )： 2180 - 2186 .
LEE K J ， KANG J H ， NAM J H . Liquid water distribution in hydrophobic gas-diffusion layers with interconnect rib geometry：An invasion-percolation pore network analysis [J ] . International Journal of Hydrogen Energy ， 2014 ， 39 ( 12 )： 6646 - 6656 .
JEON D H . Effect of channel-rib width on water transport behavior in gas diffusion layer of polymer electrolyte membrane fuel cells [J ] . Journal of Power Sources ， 2019 ( 423 )： 280 - 289 .
JEON D H . Effect of gas diffusion layer thickness on liquid water transport characteristics in polymer electrolyte membrane fuel cells [J ] . Journal of Power Sources ， 2020 ( 475 )： 228578 .
ZHANG Libin ， LIU Shuai ， WANG Zhong ， et al . Experimental and simulation analysis of liquid capillary fingering process in the gas diffusion layer [J ] . Journal of Power Sources ， 2023 ( 554 )： 232276 .
LIN Tao ， HAN Fengqin ， DAI Tonghua ， et al . Numerical investigation of multi-physical field dehumidification control technology for prefabricated chambers [J ] . Journal of Building Engineering ， 2023 ( 80 )： 108156 .
SONG Dan ， CAO Yaxu ， Xu Hui . Reduce the factor of space humidity on the incorrect action of circuit breakers [C ] // International Conference on Advanced Power System Automation & Protection . Beijing China ： IEEE ， 2011 ： 93 - 96 .
WIŚNIEWSKI P ， DYKAS S ， YAMAMOTO S ， et al . Numerical approaches for moist air condensing flows modelling in the transonic regime [J ] . International Journal of Heat and Mass Transfer ， 2020 ( 162 )： 120392 .
PHAN T H ， WON S S ， PARK W G . Numerical simulation of air-steam mixture condensation flows in a vertical tube [J ] . International Journal of Heat and Mass Transfer ， 2018 ，Part C( 127 )： 568 - 578 .
DERBY M ， LEE H J ， PELES Y ， et al . Condensation heat transfer in square，triangular，and semi-circular mini-channels [J ] . International Journal of Heat and Mass Transfer ， 2012 ， 55 ( 1/3 )： 187 - 197 .
DEL COL D ， BORTOLATO M ， AZZOLIN M ， et al . Effect of inclination during condensation inside a square cross section minichannel [J ] . International Journal of Heat and Mass Transfer ， 2014 ( 78 )： 760 - 777 .
LI Jingcui ， WAN Jifang ， LIU Hangming ， et al . Numerical study of casing microleakage flow field sensitivity and acoustic field characteristics [J ] . Materials ， 2022 ， 16 ( 1 )： 386 .
BINDER R C . Fluid mechanics [M ] . USA ： Prentice-Hall ， 1955 .
IDELCHIK I E . Handbook of Hydraulic Resistance，4th Edition Revised and Augmented [M ] . USA ： Begell House Inc. ， 2008 .
AMBROSINI W ， BUCCI M ， FORGIONE N ， et al . Comparison and analysis of the condensation benchmark results [J ] . The 3rd European Review Meeting on Severe Accident Research (ERMSAR-2008).Nesseber ，Vigo Hotel，Bulgaria：[ s.n. ] ， 2008 ： 1 - 12 .
AMBROSINI W ， FORGIONE N ， DURAND S . Analysis of Experimental Data of Condensation in the Presence of Non-Condensable Gases by a CFD Code [EB/OL ] .[ 2025-11-17 ] . https：//api.semanticscholar.org/CorpusID：123365325 https://api.semanticscholar.org/CorpusID:123365325 .
樊新鸿( 1990 —) ，男，
硕士 ， 高级工程师 ， 主要从事电气设备绝缘介质状态检测及监测方面的研究(E-mail fanxhong@qq . com) 。
孔令轩( 1988 —) ，男，
博士 ， 副教授 ， 硕士生导师 ， 主要从事新能源装备研发及仿真分析(E-mail lxkong@lut . edu . cn) 。
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