雾霾天气下动车组支柱绝缘子表面污秽分布规律

动车组运行过程中的高速气流影响绝缘子表面污秽分布特性。为在试验室内有效模拟雾霾天气对动车组车顶支柱绝缘子积污及闪络特性的影响,研究在严重污染气候条件下在网运行动车组绝缘子表面污秽分布规律具有重要的工程实用价值。应用比较分析方法,采集不同空气质量指数(AQI)条件下的污秽样本,分析等值附盐密度(ESDD)、不可溶物密度(NSDD)、等值灰盐比KN/E和上下表面污秽不均匀度KNSDD、KESDD分布规律。研究结果表明:针对SC-400C型环氧树脂基复合绝缘子,其NSDD、ESDD、KN/E及KNSDD、KESDD最大值均出现在绝缘子中部伞裙处,不同部位伞裙表面污秽分布具有明显的波动性。除7号伞裙上下表面污秽量无明显差异外,其余伞裙上表面污秽量均大于下表面污秽量。伞裙表面脏污程度同空气质量指数AQI呈现出正相关关系,AQI指数对ESDD有显著影响。

基于红外成像的瓷支柱绝缘子发热规律研究

为分析瓷支柱绝缘子异常发热的主导诱因,在实验室内,对局部发热明显的试品在未经处理、干燥与浸泡处理等三种不同状态下分别施加20kV工频电压,记录不同时长下的红外热像分布图和泄漏电流。研究表明:该试品发热的主要原因为水分子通过裂纹侵入瓷体,在电场作用下产生转向极化所致。在未经处理、浸泡处理后,试品异常发热区域最热点温度和温升变化可分为上升、下降、小幅振荡及稳定等四个阶段。在浸泡处理后,试品发热区域最热点温度和温升同未经处理、干燥两种状态下的数据相比,数值绝对值增加明显。浸泡处理后的泄漏电流变化同最热点温度变化过程基本一致,但上升、下降、小幅振荡过程呈现出持续时长短、拐点出现时间早的特点。

表面污秽对交流导线电晕损失特性的影响规律

为研究长期运行交流输电导线表面附着的污秽物对导线电晕特性的影响,采用尺寸为1.8m×1.8m×4m的电晕笼,对钢管表面分别涂有不同质量颗粒度的高岭土、碳颗粒、沙颗粒的电晕损失进行了测量。试验结果表明:污秽物的相对介电常数、颗粒度、沉积量是影响交流导线电晕损失的重要影响因素;污秽导线的电晕损失随着相对介电常数的增加而显著增加,随着同种污秽颗粒的颗粒度变大而随之增大,但增大趋势没有相对介电常数的影响明显;随着污秽物沉积量的增加而增加。采用Ansys软件对模拟导线表面电场进行了仿真,结果表明:污秽颗粒顶部最大电场强度随相对介电常数的增加而增加,随球形污秽颗粒度的增加而减小,随着锥形污秽颗粒度的增加而增加。

正极性操作冲击电压下流注发展过程中空间电场变化规律

流注放电过程具有弱发光、电离程度高等典型特征,定量分析流注发展过程中光信号和空间电场跃变规律,对于加深流注放电过程机理认识、提升间隙绝缘性能具有重要意义。利用电场传感器、光电倍增管、罗氏线圈等设备搭建光电联合检测系统,对正极性标准操作冲击电压下10 cm针–球间隙的放电发展过程中瞬时光功率、空间电场和接地极放电电流进行测量。试验结果表明:电晕起始时,流注产生紫外光并引起空间电场的畸变,针电极头部发光越剧烈,其附近出现的强电荷群在空间建立的电场也越大;间隙击穿时,空间电场畸变明显,流注发光先于间隙击穿被光电倍增管测量到,有负极性电流流过地电极。通过对不同电压下的瞬时光功率和电场进行对比分析可知,利用电场传感器可判断流注的起始时刻以及流注电离的剧烈程度。

基于环境因素影响规律分析的电容型设备绝缘状况诊断方法

根据人工气候室内变压器套管介质损耗因数tanδ的在线测量试验结果,建立了主要环境因素对tanδ影响的灰关联分析模型,计算了主要环境因素对tanδ影响的关联度,提出了将环境因素对tanδ影响的关联度作为特征量的电容型设备故障诊断方法。最后通过算例验证了通过灰关联进行电容型设备故障诊断的有效性。

基于分子动力学的芳纶/功能化碳纳米管复合材料体系热力学性能模拟

对位芳纶绝缘纸以其优异的介电性能、力学性能在电气绝缘领域得到广泛应用。为探究不同功能化碳纳米管与对位芳纶共掺的复合材料热力学性能,该文通过分子动力学模拟方法建立了对位芳纶分子体系模型、未功能化碳纳米管以及分别接枝羟基、羧基和氨基官能团的芳纶/功能化碳纳米管复合体系模型。在Materials Studio和LAMMPS中计算了复合材料热导率、玻璃化转变温度、力学性能、结构参数及相对介电常数。结果表明,芳纶复合材料体系各项性能均有不同幅度提升。芳纶/羧基化碳纳米管(PPTA/CNT—COOH)的热导率较掺杂前提升了75.4%,玻璃化转变温度提升了43.29 K。芳纶/羟基化碳纳米管(PPTA/CNT—OH)和芳纶/氨基化碳纳米管(PPTA/CNT—NH2)的热导率依次提升70.2%和63.2%。在力学性能上,复合材料比掺杂前的弹性模量平均增强30%以上,剪切模量增强15%以上。通过计算体系结构参数,从均方位移、自由体积占比、氢键数量与结合强度等分子层面阐释了材料性能增强的内在机理,最终发现PPTA/CNT—COOH在热力学性能上较其他掺杂体系提升最为明显,且碳纳米管的掺入未对材料介电常数引起较大改变,所得结果可为对位芳纶复合绝缘材料的掺杂设计、性能调控提供理论支持。

绝缘纸板老化对油纸绝缘沿面放电发展规律的影响

为研究绝缘纸板老化对油纸绝缘沿面放电发展规律的影响,采用加热老化方法制备了不同老化程度的绝缘纸板试样,设计了柱板放电模型,采用恒压法对各老化程度绝缘纸板试样进行长时间加压实验,测量并采集了局放信号,统计了不同老化程度绝缘纸板沿面放电各阶段总放电量、最大放电量、放电次数等变化规律,总结了绝缘纸板老化对其沿面放电发展规律的影响。将理论分析与仿真相结合,分析了产生该影响的主要原因。实验结果表明:放电前期,放电主要由处在高场强区的变压器油产生,此时绝缘纸板老化程度对沿面放电总放电量、放电次数、最大放电量等无明显影响;随着放电的发展,绝缘纸板内由老化产生的孔隙中填充的变压器油分解产生气体,加剧了放电程度,此时绝缘纸板老化程度对其沿面放电影响较大,老化程度越高,总放电量、放电次数、最大放电量等增加速度越快,数值也越大。

环境因素对电容型设备介质损耗因数影响规律的试验研究

根据人工气候室内变压器套管介质损耗因数(tanδ)的在线测量结果,分析了环境因素对电容型设备的tanδ的影响,提出并建立了主要环境因素对tanδ影响的灰关联分析模型,计算得出了主要环境因素对tanδ影响的关联度。结果表明,在没有屏蔽环的情况下,温度、湿度和绝缘表面污秽程度对电容型设备的tanδ均有影响;在有屏蔽环的情况下,温度对电容型设备的tanδ的影响明显大于环境湿度和绝缘表面污秽度对其的影响。

应用粗糙集理论研究介损在线监测数据规律

介损在线监测数据波动很大并与外界因素有关。如能从数据中挖掘出这些因素对介质特性综合作用的规律性 ,将为诊断提供有力依据 ,因此提出了一种基于粗糙集理论的介损在线监测数据规律性挖掘方法 ,将连续监测量离散化形成信息表 ,通过设置支持度与信任度对信息表进行预处理来保证监测记录的普遍性 ,再约简信息表得出绝缘特性变化的一般规律。最后 。

短切纤维含量对间位芳纶纸性能影响及其构效关系机理分析

为研究短切纤维含量对间位芳纶纸绝缘性能和力学性能的影响及其构效关系机理,该文制备了不同短切纤维含量的对间位芳纶纸样品,测试了拉伸强度、杨氏模量、击穿强度、体电导率和电荷陷阱特性,将不同纤维含量样品的测试结果进行对比,并结合相场击穿模拟和分子动力学仿真分析了其构效关系机理。结果表明,随着短切纤维含量的增加,间位芳纶纸的力学性能先上升后下降,在短切纤维质量分数为20%时达到最佳,拉伸强度和杨氏模量分别达到31.9MPa和2.39GPa;其击穿强度在引入少量短切纤维时出现了下降的情况,在短切纤维质量分数达到30%时,短切纤维形成了一种“层状交联”结构,增强了其对载流子迁移的阻碍作用,其击穿强度高于纯浆粕纸,达到180.9 kV/mm。

动车组车顶隔离开关用支柱绝缘子污秽状态下的电场分布特性研究

研究污秽状态下支柱绝缘子的电场分布特性有助于理解其放电机理。文中以FQJG2-30-16-400-M型车顶复合支柱绝缘子为研究对象,进行如下研究:对绝缘子表面进行淋雨试验,同时施加40 kV工频电压,靠近金具部分的伞裙首先发生闪络,且出现了干燥带,伞裙边缘形成大粒径的水珠时,容易引发表面放电。利用COMSOL有限元分析软件在绝缘子靠近金具的伞裙表面设置干燥带和水珠,护套表面存在干燥带时,电场畸变明显,杆径处的干燥带场强最大,上表面干燥带场强大于下表面干燥带场强,干燥带场强最大值随着干燥带数量增加反而减小。绝缘子表面出现水珠时,水珠附近的场强明显增大,越靠近中轴线水珠表面电场强度越大。靠近高压端的水珠的最大电场强度受半径的影响较大,低压端则不明显。

基于振动偏离及加权熵的多次短路冲击下变压器绕组机械形变辨识

为了研究变压器绕组在多次短路冲击的累积效应影响下逐步机械形变问题,开展了多次110 kV真型变压器短路试验,采集了振动暂态信号和轴向压力稳态值,分析了历次短路过程中振动偏离和加权时频谱熵的变化趋势。结果表明,累积效应导致的绕组机械劣化会使振动加速度偏离未形变状态基准值,且加权时频谱熵增大;结合材料力学及绕组轴向振动动力学模型,推导出当振动加速度呈正偏离时,短路侧绕组形变形式为轴向外凸膨胀,反之为轴向内凹压缩的关联规律。最后提出并验证了一种基于振动偏差模值及加权时频谱熵联合分析的绕组形变辨识方法,该方法较传统阻抗法能够在绕组早期微小形变时更早发现机械稳定性下降。研究结果对变压器绕组形变预警具有一定指导意义。

硅烷偶联剂种类对纳米TiO_(2)/间位芳纶复合绝缘纸电气性能的影响

为了进一步提高间位芳纶纸的绝缘性能,分别采用KH550、KH560、KH580、KH151硅烷偶联剂对纳米TiO_(2)进行处理,制得了纳米TiO_(2)/间位芳纶复合绝缘纸。主要研究了偶联剂种类对复合绝缘纸电气性能的影响,包括电气强度、体积电导率、电荷陷阱特性等,此外还探究了复合绝缘纸热学和力学性能的变化。对不同硅烷偶联剂接枝的TiO_(2)/间位芳纶界面进行了分子动力学模拟,从界面结合能和均方位移参数方面阐述了硅烷偶联剂对填料-基体界面的改善作用。结果表明:以电气绝缘性能为最主要的指标,硅烷偶联剂对复合绝缘纸改性效果从高到低依次为KH550、KH151、KH560、KH580;合适种类的硅烷偶联剂可有效改善纳米填料在基体中的分散性,提高复合绝缘纸的击穿电压和体积电阻率,并对芳纶纤维的耐温性和机械强度有一定的增强作用。

正极性操作冲击电压下流注放电路径随机发展特性

流注放电具有分散性和随机性的典型特征,研究流注放电过程中起始时延分散性、发展路径随机性等因素对于加深放电过程机理认识、提升间隙绝缘性能具有重要意义。本文结合流注起始判据及分形理论建立了考虑空间电荷屏蔽效应的空气间隙动态流注随机发展计算模型,仿真模拟了棒-板、锥-板等间隙结构放电路径发展过程,得到了流注起始时延、发展形态、发展速度及空间电荷量等特征参数,并搭建光电联合检测平台获取试验值进行对比分析,验证了模型的有效性。仿真结果表明:在标准操作冲击电压作用下,电极曲率半径增大,起始时延分散性增加;随着外施电压上升率从0.45 kV/μs上升至11.15 kV/μs,棒-板间隙流注轴向发展速度从5.70×10^(5) m/s增加至8.32×10^(6) m/s,放电通道分形维数自1.19增加至1.28,放电树枝分叉增多,放电路径随机性增加。

基于改进残差网络和InfoGAN的变压器局部放电故障诊断方法研究

油浸式电力变压器作为电力系统的重要设备,对其绝缘状态进行科学诊断具有重要意义。目前,变压器局部放电故障诊断存在因样本匮乏或不均衡造成分类器泛化能力不足,最终导致识别准确率较低的问题。为此,提出了一种基于改进残差网络(ResNet)和信息生成对抗网络(information maximizing generative adversarial nets,InfoGAN)的变压器局部放电故障诊断方法。首先通过试验平台采集4类典型局放故障的PRPD谱图,然后利用InfoGAN对谱图进行样本增强并评估增强效果;最后,通过在残差块中嵌入注意力机制挤压激励(squeeze and excitation,SE)模块,得到改进残差网络模型,并利用该模型对故障类型进行识别。结果表明,InfoGAN可以有效丰富样本及其多样性;在样本数充足的条件下,改进的残差网络SE-ResNet18识别率可达99%,相比于其他经典CNN网络识别效果更优,且显著优于传统机器学习算法BPNN和SVM。

纳米Al_(2)O_(3)-STPP@HACC核壳填料的制备及其对间位芳纶绝缘纸性能的影响

通过交联和表面吸附的方法,以三聚磷酸钠(STPP)作为交联剂将壳聚季铵盐(HACC)包覆在纳米氧化铝(Al_(2)O_(3))表面,成功合成了具有核-壳结构的复合纳米材料(Al_(2)O_(3)-STPP@HACC),并以此纳米材料作为填料制备了氧化铝/间位芳纶(PMIA)复合纸。利用zeta电位、XPS、FTIR、SEM、TEM和热重等方法对改性前后的纳米氧化铝微观形貌、化学组分、理化性能等进行了表征,测试了各纸样的工频击穿场强和表面电荷消散过程,计算得到绝缘纸陷阱分布特性。结果表明,壳聚糖季铵盐外壳通过静电引力和氢键包覆在纳米氧化铝表面,在聚合物中起到粘合和过渡作用,三聚磷酸钠起交联作用。改性后芳纶纸抗张强度和交流击穿强度分别为4.6 MPa和32.6 kV/mm,分别提升了38.5%和33%,同时,复合纸具有显著增强的热稳定性和低电导率(7.50×10^(-17)S/m),HACC@STPP壳层能够增强纤维界面结合力,引入大量深陷阱,限制载流子运动。

多物理场耦合下不同短路与接地故障对变压器绕组状态影响的仿真研究

为研究不同短路与接地故障对变压器多次冲击后绕组状态的影响,基于变压器电、磁、热、力物理场理论,搭建了三相变压器的三维模型,考虑了温度对绕组材料属性的影响,采用迭代方法对电磁-热场进行了双向耦合仿真,然后将各故障类型下的电、磁和温度等物理量导入瞬态结构场,实现了绕组形变位移的仿真计算。结果表明,变压器内部的最大漏磁密对应故障为低压侧三相短路;绕组中部线饼服从整体磁密分布,其余部分线饼呈现一端大,另一端小的分布规律;绕组最高温度对应故障为低压侧三相短路,最高温度为97.36℃,位于A相低压绕组0°处;单次冲击下,位移最大对应故障为低压侧三相短路,其出现在高压绕组-20°~20°范围、高度1/3~2/3范围内;多次冲击后,绕组最大累积位移对应故障为低压侧两相接地,累积位移随冲击次数的增加而增加,直至趋于饱和。研究为变压器的多物理场耦合数值仿真提供参考。

基于改进SSD算法和紫外成像的悬式绝缘子放电严重程度评估

为实现基于边缘检测的悬式绝缘子放电日盲紫外成像智能评估,论文搭建了悬式绝缘子污秽放电试验平台,获得了相对光斑面积等紫外参数并提出了放电严重程度判据,建立了不同放电程度的紫外图像样本数据库;采用改进的SSD模型对紫外放电视频流进行训练,实现了模型参数缩减以及训练收敛速度的提升。研究结果表明:采用改进后的SSD模型对放电图像进行训练,模型文件大小为4.5MB,具有良好的嵌入式检测性能;在模型训练过程中,设计了自主更新学习率机制,使得模型的收敛速度提升约3.5倍,收敛值降低1/2。可将绝缘子的放电严重程度智能评估为“slight”、“moderate”、“heavy”、“worse”四个等级,论文的研究成果为边缘侧基于紫外成像的电力设备放电严重程度的实时评估提供了新思路。

海拔2200m地区正极性操作冲击下大尺寸球–板间隙放电转化特性

在我国中西部海拔超2000m地区,曲率半径达0.25~1m的屏蔽球金具在特高压直流输电换流站阀厅中应用广泛,其与地面、墙壁形成的球–板间隙直接影响整个输电系统的绝缘安全及经济成本,因此研究高海拔地区大尺寸球–板长间隙放电转化特性具有重要的理论意义和工程价值。该文在海拔2200m的青海特高压试验基地开展3m间隙距离下,曲率半径为0.30、0.65、0.80m的球–板间隙正极性操作冲击放电试验;对比分析3种电极结构各放电阶段的瞬时光功率、空间电场强度、高电位电流等光电特征物理参量;计算其初始流注注入电荷量、电场强度空间分布、初始流注长度、流注茎温度等物理特征值;研究间隙结构对大尺寸电极放电转化特性的影响。结果表明:间隙距离一致,球电极曲率半径越大时,初始流注长度越长、产生空间电荷量越多、流注茎温度上升速率越快、流注逐渐成为放电过程的主导。研究结果可为今后高海拔地区换流站阀厅选择合适的屏蔽结构、有效增强间隙操作冲击绝缘水平及减小设备尺寸等提供参考。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中粗糙度对环氧树脂表面闪络特性的影响

直流电场会导致环氧树脂表面电荷积聚并引起闪络,表面粗糙度也会影响电介质性能。为了探究表面粗糙度引起闪络变化的原因,建立了二维仿真模型,采用有限元方法分析了表面粗糙度处理后环氧树脂表面电荷特性和陷阱分布。此外,在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中进行了闪络实验,研究了粗糙度对环氧树脂闪络特性的影响。模拟结果表明,电荷在指形电极附近的环氧树脂表面聚集;粗糙度的增大会降低电极附近最大电场,增加环氧树脂的表面电荷密度。表面粗糙度的变化对表面电荷特性的影响比掺杂Al_(2)O_(3)填料的影响大。实验结果表明,在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中,环氧树脂闪络电压随表面粗糙度的增加先增后减,当表面粗糙度为1.3μm时达到最大值。因此,表面粗糙度通过改变电荷特性和局部电场来影响闪络特性,合理地调控粗糙度可以提高环氧树脂的闪络电压。