适用于声源定位的气体绝缘输电线路超声导波传播特性研究

基于到达时间差(TDOA)的声源定位方法是当前气体绝缘输电线路(GIL)故障定位的主要方式,声波在GIL结构上的传输特性深刻影响着定位结果的准确性。为进一步提升故障定位精度,该文提出了考虑导波频散与多模态特性的GIL壳体声传输分析模型,以典型220 kV GIL管段为研究对象,建立声波传输有限元模型,研究了导波特性对故障定位的影响,确定了适用于故障定位的超声导波模态以及GIL非直管结构对该模态导波的衰减与时延量,通过现场定位试验验证了分析模型的可行性,为GIL声源故障定位系统的传感器配置与定位阈值设置提供了计算依据。结果表明,在20~60 kHz频带内,F(1,1)模态导波具有能量高、波形形状稳定、抗干扰能力强等特点,使用该模态导波进行故障定位精度较高。GIL非直管结构会对F(1,1)模态导波造成较大的幅值衰减与一定程度的时延,在故障定位中考虑非直管结构衰减与时延影响可以使定位误差降低60%以上。

基于风速概率分布与风切变指数的直流输电线路离子流场数值模拟方法

特高压直流(UHVDC)输电线路下方的离子流场是电磁环境的重要评估指标之一。风速作为常见也是影响较大的因素之一,有着明显的地域特点。为了避免资源浪费,在对地高度设计时,应考虑到不同地区的风速分布差异,而不是用过大裕度换取安全度。为此,该文提出一种基于风速概率分布与风切变指数的输电线路离子流场数值模拟方法。该方法通过待计算地区的风速数据构建Weibull风速概率分布函数模型,选择风速数据在95%以内的最大临界风速作为参考值,考虑风速传感器的安装高度,根据风切变指数计算场域不同高度处的风速分布,作为离子流场计算中不同高度节点的风速输入量。结果表明,引入风切变指数后的离子流密度与合成电场强度误差分别下降了16.2百分点和3.8百分点,明显优于传统固定风速模型。并以昆明地区某±800kV直流输电线路为例,采用该方法进行了计算。该方法能够有针对性地考虑输电线路所处区域的风速影响,特别是在高海拔高风速地区,可为输电线路在合成电场安全限值下的对地高度设计提供参考依据。

面向输变电设备数字孪生的多物理场正反演快速仿真关键技术综述

新型电力系统数字化转型要求其核心设备的状态可测、可观,风险可知、可控。以数字孪生为代表的新一代输变电设备数字化和信息化技术已被广泛提出,但面向设备透明内特性的可视化实时诊断和预警技术还亟待进一步研发升级。为此,该文提出了输变电设备感知网络与仿真系统实时交互响应的内涵特征,分析了当前数字孪生体中正反演仿真的难点和关键点,详细阐述了输变电设备模型与数据驱动的正演快速计算、反演仿真评估、感知网络布控、结果高精度低延时可视化等关键技术的研究现状,讨论了目前数字孪生系统运行中仿真实时性、反演准确性、感知与反演匹配、机理与数据融合等方面亟待解决问题,为输变电设备数字化研发与应用提供参考和支撑。

基于组合赋权法分析后续回击对线路反击跳闸影响研究

为探究后续回击对500 kV输电线路反击跳闸率的影响,文章统计出后续回击的次数及雷电流幅值的分布规律。通过组合赋权法分析了不含后续回击的首次回击、含后续回击的首次回击及后续回击的次数和雷电流幅值对线路反击跳闸的影响。根据后续回击次数与雷电流幅值在反击跳闸的影响比重,确定后续回击次数是线路反击跳闸的主要影响因素。根据组合赋权法分析结果,提出了一种考虑后续回击的反击闪络模型,通过ATP-EMTP模型分析后续回击对反击耐雷水平的影响。仿真结果可知:首次回击未跳闸时,考虑后续回击线路的反击耐雷水平会降低,降低程度与导线工频电压周期有关,平均降低原反击耐雷水平的36.4%。仿真结果和理论分析结果一致,可为输电线路运维和防雷设计提供有效的理论支撑。

变电站内工频电磁场三维数值仿真研究

高压变电站内外工频电磁环境的评估日益重要。将三维建模软件Solidworks同电磁场分析软件Ansoft相结合,实现了大模型、复杂电磁问题的三维数值分析。根据某110 kV变电站设计图,建立电气设备三维仿真模型,对变电站户外区域离地1.5 m高度处工频电磁场进行了仿真和分析。仿真结果表明,该110 kV变电站内、外工频电磁场数值均在标准限值以内。在工作走廊上,计算值同实测结果变化趋势一致;在电气设备不太密集的区域,工频电场计算值与实测值之间误差低于10%。文中所用方法给变电站电磁环境评估问题提供了一个良好的解决方案。

500kV架空输电线路覆冰失效有限元仿真分析

高压架空输电线路覆冰倒塔是近几年来影响我国电力系统安全稳定运行的重要因素之一。基于有限元法(FEM)分析软件ANSYS,考虑杆塔和导、地线之间的铰接耦合作用,研究了塔-线体系的力学数值分析模型的建模方法。针对具体线路覆冰微气候区,建立了2个耐张段的塔-线系统整体仿真模型,分析了不同覆冰厚度、风向以及风速作用下,塔线系统的失效情况。针对杆塔结构薄弱点,提出了相应的改造措施,并通过数值仿真进行了校核。数值分析结果同线路实际运行情况相符,可用于架空输电线路覆冰可靠性分析和线路改造措施效果评估。

基于瞬时电位加载法的±800kV特高压阀厅金具表面电场求解

换流站阀厅内部结构复杂,各部位的电位呈现非正弦周期性变化,通过瞬态场进行电场求解计算量过大,难以实现金具表面电场计算。为此,通过对阀厅主设备电位波形的分析,结合厅内电磁场的特点,提出了基于静电场的瞬时电位加载法。通过简单2维模型验证了该方法的正确性。以某±800 kV特高压阀厅为例,建立了3维有限元模型,实现了阀厅内部金具表面电场的准确求解。计算结果表明:所选阀厅内部最大电场强度为1.267MV/m,出现在D侧C相换流变压器套管均压球上,参考对应的试验值和裕度值,该值仍小于对应的起晕电场强度控制值1.589 MV/m,说明裕度充分,符合安全运行的要求。该方法解决了阀厅模型瞬态场计算量大,难以实现金具表面电场计算的问题,对于阀厅的内部电场的计算以及金具的设计具有重要的指导意义。

基于磁膜包覆技术的碳纤维复合芯压接缺陷漏磁检测方法研究

双碳背景下,碳纤维复合芯导线具有环保、节能特性,有着良好的应用前景,但其芯棒较脆且不耐弯折,针对钢锚处压接部位质量检测暂无行之有效的方法,严重制约着该技术在输变电工程中的推广。为此,以横截面积为40 mm 2的碳纤维复合芯导线及耐张段压接金具为研究对象,通过磁性薄膜包覆的方式,提出了一种基于漏磁法的碳纤维芯棒压接缺陷检测方案。首先,构建了磁膜包覆后压接金具漏磁场分析模型,探究了漏磁装置的磁极间距L、径向气隙λ、探测靴深度h和宽度d在断裂和少压两种缺陷工况下对信噪比的影响,得出L=55 mm、λ=3.5 mm、h=7 mm、d=12 mm时,信噪比效果较好。在此基础上,通过增大断裂尺寸和少压程度,得出断裂漏磁场轴向分量呈现单峰值,径向分量呈现双峰值,而少压轴向和径向分量与之相反。最后,结合试验结果验证了所提出方案的可行性。结果表明:磁性薄膜具备反映碳纤维芯缺陷状态的能力;试验中发现,缺陷信号形态学特征体现为倒“V”形,与理论分析相符。研究成果可为碳纤维复合芯棒钢锚处压接质量检测提供一种新思路。

基于3D模拟电荷法的变电站工频电场计算

高压变电站内工频电场的计算与评测日益重要。为此,采用3D模拟电荷法(charge simulation method,CSM)对某变电站户外区域离地1.5m高度处工频电场进行了计算和分析。模拟电荷采用置于导体轴线上的线电荷模拟,电荷密度在线单元上呈线性分布。采用ANSYS前、后处理模块实现实体建模和计算云图的3D渲染;通过对一条1000kV特高压输电线路走廊内工频电场的计算,验证了3DCSM方法的正确性。对一个实际的110kV变电站的工频电场进行建模仿真,电场强度的数值分布规律同理论分析基本符合;在工作走廊上计算值同实测结果变化趋势一致,在电气设备不太密集的区域,计算值与实测值之间误差<10%。该方法可以用来求解大模型开域场问题。

±800kV/±500kV同塔混压双回直流输电线路的导线选型

目前尚无关于±800 k V与±500 k V同塔混压双回直流输电线路导线选型的可参考研究成果。为此,从电磁环境要求出发,采用电力线法、国际无线电干扰特别委员会(CISPR)和美国邦维尔电力局(BPA)经验公式法等国际公认且广泛使用的计算方法,研究了4种导线布置方式下不同导线型号组合的电磁环境指标(包括导线表面电场强度、电晕损耗、地面合成电场强度和离子流密度分布、可听噪声和无线电干扰等)。研究结果表明可听噪声是不同海拔高度下导线选型的主要控制因素。经技术经济比较后选择±500 k V导线在下层的导线布置方式,基于该导线布置方式推荐海拔高度为0 m时±800 k V与±500 k V导线分别采用6×LGJ-630/45和4×LGJ-720/50型号,而海拔高度超过1 000 m时同极异侧布置方式下的±800 k V导线截面积需增大至6×720/50型号。

大规模复杂模型电场计算的快速精细化有限元数值建模

有限元法是电场数值计算中普遍采用的一种方法,当求解域内实体较多且结构复杂时,整体模型的区域离散往往难度较大。为此,基于模型的基本几何形态,提出一种针对复杂模型电场数值分析的快速建模剖分方法。以简单2维模型为例,介绍外包区域实体生成及相互位置关系判断算法,结合有限元电场计算时的网格剖分策略,参数化实现模型表面多层网格加密,剖分的效率及质量较高。将该方法应用于特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)阀厅设备表面电场计算中,计算结果表明:该方法较子模型法计算所得结果最大误差仅为3.80%,计算效率较子模型法大幅提高。该方法实现了大型复杂模型表面网格精细化控制,对大规模有限元电场计算的快速、准确建模具有一定指导意义。

应用MATLAB/SIMULINK仿真研究铁磁谐振

鉴于中性点直接接地的电力系统中屡屡因投切断路器或隔离开关而激发铁磁谐振现象 ,分析了该现象产生的原因和条件 ,建立了母线电压互感器 (TV)的仿真模型 ,利用MATLAB内建的仿真工具实现了铁磁谐振 (由母线TV非线性励磁电感同断路器均压电容和系统对地电容匹配所致 )暂态过程数字仿真。仿真结果表明 ,TV的励磁电阻 (铁损 )对铁磁谐振有重要影响。铁损越大 ,谐振越强烈。铁损减小 ,利于抑制谐振。最后 ,仿真比较了两种不同消谐方法的作用及效果 ,验证了消谐方案 (通过间接降低TV励磁电阻来抑制铁磁谐振 )

油管漏磁检测的有限元建模技术研究

有限元法广泛应用于石油管道缺陷漏磁场分析,成为替代物理试验,获得大量缺陷漏磁信号的有效手段。该文阐述了如何用有限元方法建立漏磁检测仿真模型。根据漏磁检测设备相关参数,建立静态和瞬态有限元仿真模型。通过对励磁磁场的均匀性、检测速度和缺陷尺寸3种影响因素的仿真分析,比较了静磁场模型和瞬态模型的仿真结果和效率。静磁场模型求解效率高、占用的计算资源少,但是随着检测速度的增大,求解结果明显偏高。瞬态模型没有速度带来的误差问题,但耗费大量的计算资源,仿真时间大大增加。给出了用静磁场模型分析钢管缺陷漏磁场应满足的条件。

Hilbert变换在钢管漏磁检测缺陷定量化识别中的应用

提出一种根据漏磁检测信号切向分量信息构造法向分量的新方法。根据Hilbert变换原理,分析了钢管缺陷漏磁信号各个分量之间的正交对偶关系,论证了缺陷漏磁信号各个分量之间相互转换的理论基础和条件。基于探头所检测到的缺陷信号切向分量,利用Hilbert变换构造法向分量,增加了定量化识别的特征量,改善了缺陷识别的准确率和尺寸定量化误差。理论和仿真结果证明了该方法的有效性,可实现一维探头的准二维测量。

PT铁损对铁磁谐振的影响分析

通过实测PT的参数,采用最小二乘曲线拟合的方式确定PT模型的特征曲线和铁损。分别对中性点直接接地系统和不直接接地系统的铁磁谐振现象进行分析,从理论上证明了PT的铁损对铁磁谐振的阻尼作用。利用MATLAB分别对两种系统进行仿真,研究在不同的谐振条件下,PT铁损的变化对谐振的影响。仿真结果表明,在各个谐振区域,这种影响都存在。PT的铁损越小,谐振越容易发生,产生的过电压越高,持续时间越长,这在中性点直接接地系统中尤为显著。仿真结果同理论分析相吻合。

提高油管漏磁检测设备性能的新方法

根据实际的漏磁检测设备相关参数,建立有限元仿真模型,确定了励磁线圈的形状和工作参数,获得最佳的信噪比。提出了在励磁线圈外面增加辅助磁路的措施来消除检测时的端部效应。通过在Hall探头两侧表面加装导磁块的方法,提高了探头对缺陷漏磁信号的轴向分量的检测能力。仿真数据同实验结果基本吻合,研究成果已经用在钢管漏磁检测设备的开发生产中。

铁磁谐振仿真模型的改进

在中性点绝缘的复杂电网中 ,因系统突发单相接地故障而激发的铁磁谐振现象经常出现 ,利用MATLAB内建的仿真工具实现了由于电压互感器非线性励磁电感和系统对地电容匹配而引起的铁磁谐振暂态过程的数字仿真 。

基于Ansoft软件的钢管漏磁检测三维有限元仿真研究

介绍了钢管漏磁检测技术原理,利用三维电磁场有限元分析软件Ansoft实现了钢管缺陷漏磁场的仿真计算。根据实测的钢管磁化曲线,确定了励磁线圈的工作电流和测量元件的提离值,获得了最佳的信噪比。采用网格自适应剖分和自定义剖分相结合的方法解决了检测区域磁场解的收敛性问题,保证了计算的准确性。该研究可用于漏磁检测中缺陷的定位和定量识别。

油管缺陷漏磁场有限元分析

采用有限元技术,建立了油管缺陷漏磁场的静态和瞬态仿真模型。通过对励磁磁场的均匀性、检测速度和缺陷尺寸三种影响因素的仿真分析,比较了静磁场模型和瞬态模型的仿真结果和效率。静磁场模型求解效率高、占用的计算资源少,但是随着检测速度的增大,求解结果明显偏高。瞬态模型能降低速度引起的误差问题,但需要大量的计算资源。给出了用静磁场模型分析缺陷漏磁场应满足的条件。

基于绕组热点温度反馈的特高压交流变压器低频加热干燥方法研究

特高压变压器现场组装完成后,经加热干燥后的油温会影响变压器绝缘安全。针对传统热油循环法在寒冷地区现场加热特高压变压器效率偏低的问题,该文建立典型特高压交流变压器绕组流体-温度耦合数值模型,仿真分析1 000kV特高压交流变压器热油循环加热及低频加热的温升规律,提出一种基于低频加热绕组热点温度反馈结果确定散热器油泵开启合理时间的变压器加热干燥方法,通过温升试验验证仿真模型与算法的可行性。结果表明低频加热配合散热器热油循环技术在7h时刻开启散热器油泵可以大幅缩短加热时间,提升加热效率。研究结果为寒冷地区特高压交流变压器的加热干燥提供了新的解决方案。