不同热老化温度下高压电缆绝缘特性及失效机理

高压电缆的运行温度是影响其绝缘性能的关键因素。该文通过对交联聚乙烯(XLPE)开展不同温度下的加速热老化实验,对比了XLPE微观理化性能和宏观电学性能的变化规律。同时,在微观层面模拟了XLPE分子在不同温度下自由体积与均方位移的变化规律,在宏观层面结合XLPE的介电性能分析了高压电缆内部温度场的变化规律,进而揭示了高温下高压电缆的绝缘失效机理。研究结果表明,随着老化温度的升高,XLPE分子的劣化程度加快,羰基、碳碳双键等官能团含量增大;介质损耗因数与介电常数逐渐增加,甚至出现了突增的现象;结晶区结构的被破坏加快了击穿场强的下降;分子运动加剧,自由体积率从12.53%增大至14.07%。老化后介电性能的下降会导致电缆内部温度升高,从而对电缆的热老化起到了正反馈作用。

电缆附件用二元复合硅橡胶电气性能及机理分析

分子链结构对硅橡胶的电气绝缘性能具有较大影响,本文通过实验与分子模拟相结合的方法,探究不同比例、不同种类的硅橡胶共混对复合硅橡胶电气性能的影响规律及机理。结果表明:苯基/乙烯基共混硅橡胶(PMVQ/MVQ)的电气强度提升明显,苯基硅橡胶质量分数为15%的PMVQ/MVQ复合材料体积电阻率为1.04×10^(16)Ω·cm,电气强度为106.87 kV/mm,与乙烯基硅橡胶相比分别提升了1.77倍和13.22%。三氟丙基/乙烯基共混硅橡胶(FMVQ/MVQ)的介电性能得到改善,三氟丙基硅橡胶质量分数为15%的FMVQ/MVQ复合材料介电常数为3.74,与乙烯基硅橡胶相比提升了40.07%。分子模拟结果表明,苯基/乙烯基共混硅橡胶的自由体积随苯基硅橡胶含量增大而减小,三氟丙基/乙烯基共混硅橡胶的自由体积随三氟丙基硅橡胶含量增大而增大,与复合硅橡胶击穿现象吻合。

基于蒙特卡罗模拟的微电网随机潮流计算方法

微电源因输出特性各异而采用不同的电力电子变换拓扑接入微电网,使得潮流计算方法更为复杂,而间歇性微电源的存在,则使系统的潮流计算具有随机特征。基于不同间歇性电源的概率密度函数,采用蒙特卡洛法模拟间歇性微电源的随机特性,并将电力电子变换拓扑的功率转变特性纳入到微电源的潮流分析模型中,进一步结合前推回代算法,建立了微电网随机潮流的计算方法,为微电网的可靠性评估分析与优化控制奠定基础。针对该方法的算例表明,通过调节微电源变换器的控制参数,可有效减少每年的电压及电流越限小时数,提高微电网运行可靠性。

基于SOM-BP组合神经网络的交联电缆局部放电模式识别

为同时避免SOM神经网络不能以向量形式表示模式识别结果,BP神经网络需要大量训练样本的不足,深入研究神经网络基本原理,设计了一种将SOM神经网络作为初级网络,BP神经网络作为次级网络,两者间串联连接的SOM-BP组合神经网络模型。在试验室开展交联电缆局部放电模拟试验,提取了超宽频带单次放电脉冲时域波形的3、4阶统计特征作为放电指纹。随后,分别将3种神经网络作为分类器完成了局部放电模式识别,并通过对比SOMBP神经网络与两种单一神经网络的识别效果验证了该模型的正确性。识别结果表明,以SOM-BP组合神经网络作为分类器时各模式识别率均大于90%,且无论是各类识别率还是整体识别率,该网络识别效果均为最佳,证明了组合模型的有效性及合理性。

磁致功能材料在新型电工执行机构中的应用研究进展

利用超磁致伸缩材料和形状记忆合金等新型功能材料制成的电工执行机构,具有响应速度快、机电转换效率高和易于控制等优良特性。针对超磁致伸缩材料和磁性形状记忆合金,本文详细介绍并比较了两种功能材料的重要特性及其应用范围;对新型电工执行机构的研究进展进行了总结,指出材料磁滞非线性的动态建模、致动器物理结构和控制系统的优化设计等,是新型电工执行机构研究的热点和难点;文中还展望了高性能电工执行机构在高压电力系统的潜在应用价值。

基于顶棚温度分布的变电站高压电缆沟道着火点辨识

变电站高电压电缆沟道环境的封闭性强,难以从沟道外判断电缆火灾早期发展状况。为了探测沟道内电缆火灾,研究火灾早期顶棚温度分布与电缆着火点位置之间的关系,以变电站高压电缆沟道为模型,开展电缆火灾燃烧实验,测量电缆沟道内温度的分布变化,分析顶棚温度距离着火点位置变化的拟合关系,验证了着火点辨识方法的准确性。研究结果表明,顶棚最大温升比例系数α的平均值为17.71,1∶1高压电缆沟道实验平台的温度测量结果准确;在纵向方向上,顶棚温度由着火点位置向两侧递减,温度变化曲线具有明显的阶段特点;在长度为5 m的着火点辨识范围内,实验1和实验3的顶棚温度变化拟合函数拟合度分别为0.90和0.83,计算结果与着火点实际位置误差最大值分别为0.371 m和0.165 m,辨识准确率平均值分别为92.6%和96.9%。在变电站电缆沟道火灾早期,基于顶棚温度分布的变电站高压电缆沟道两点测温着火点辨识方法,有效辨识了着火点在沿电缆沟道纵向方向上的位置。

微电网故障暂态分析及抑制方法研究

建立了含电感型故障限流器的微电网等效分析模型,通过仿真算例分析了微电网的故障暂态现象,并验证了应用故障限流器抑制微电网故障暂态的方法。针对不同运行模式下发生不同类型、不同地点的故障情况,详细分析了含故障限流器的微电网系统的电压、电流、频率以及功率的故障暂态恢复特性。研究结果表明,安装了电感型故障限流器的微电网系统在发生故障时无论处于何种工况,都能很快地恢复到稳定运行状态,为发展微电网的故障暂态抑制策略提供了一种实际可行的有效方法。

利用动态阻抗特性识别变压器的励磁涌流

为更有效地辨别变压器的励磁涌流和内部故障电流,提出了基于动态阻抗特性物理意义明确的识别策略。理论分析表明,变压器发生励磁涌流时和内部故障时表现的特征不同,即动态阻抗前者变化幅度大,且含有各次谐波;后者变化幅度小,且50Hz及其奇数次谐波含量较少。EMTP数值仿真与动模实验证明了利用动态阻抗特性识别励磁涌流的有效性,其具体判别方法容易实现,计算量小。因时、频两域设定阈值的裕度大,可显著提高变压器差动保护动作的可靠性与正确性。

一种用于并联型有源电力滤波器的离散解耦控制方法

为解决三相三线并联型有源电力滤波器(APF)电流之间的耦合问题,在应用谐波与瞬时无功电流检测算法的基础上,提出了一种离散解耦控制策略。该方法基于α-β变换,建立了α-β坐标系下的三相三线并联型APF数学模型,推导了中性点电压对电流控制的影响。在α-β域中采用两个电流控制器实现了APF系统的电流解耦控制,有效消除了中性点电压的影响。该方法易于数字化实现,减少了计算量。理论推导和仿真实验表明了该方法的正确性和有效性。

磁控形状记忆合金的形变机理建模与仿真

磁控形状记忆合金是一种能在磁场作用下发生变形的新型功能材料,具有输出应变大、响应速度快、机电转换效率高和易于控制等优良特性,特别适合应用于致动器设计中。从微观的角度分析了磁控形状记忆合金在磁场中发生变形的机理,并在Kiefer-Lagoudas模型的基础上开展了建模与仿真研究,结果表明,采用三角形式的硬化函数能更好地反映材料的实际输入输出特性。提出并分析了脉冲磁场驱动下MSMA的形变及恢复机理,为进一步研究脉冲磁场式MSMA致动器提供了理论依据。

考虑线路电感时光伏逆变器输出相位的同步方法

通过分析线路电感对接入点电压波形的影响,指出采样电压的多个过零点区域关于实际电网电压的过零点具有严格的左右对称特征,从而提出一种改进的电压过零点相位检测方法。进一步针对线路电感和开关电压纹波较大的工况,给出了基于锁相环技术和傅里叶分析的相位检测新方法。仿真分析和实验结果验证了这2种相位检测方法的有效性。

高压电缆绝缘热老化特性及破坏机理研究

高压电缆长期运行过程中温度引起的绝缘材料热老化是影响其整体绝缘性能的重要因素。通过对高压电缆主绝缘层切片取样,研究分析了不同老化程度试样的微观形貌、官能团、结晶度、交联度等理化性能变化规律,测试分析了不同老化程度试样的电阻特性、介电性能和击穿特性,仿真模拟了不同温度下交联聚乙烯分子链的运动情况,进一步讨论了热老化对其微观结构的破坏演变机理。研究结果表明,老化2160 h后试样的晶区结构破坏较为严重,随着老化时间的延长,相邻晶区的间距增大,晶区排列松散,无定型区面积增大;羰基指数从3.88%增大至11.06%,羟基指数从1.58%增大至10.98%,结晶度从35.43%下降至35.05%,交联度先降低后升高。老化后试样的绝缘性能相应的发生变化,体积电阻率从2.76×10^(17)Ω·cm下降到4.10×10^(13)Ω·cm,介电常数从2.49增加至2.73,击穿场强从55.80 kV/mm下降到42.19 kV/mm,这主要是由于热老化破坏了试样的分子结构,促使其改变了结晶区与非晶区占比,产生了羰基、羟基等极性官能团,加快了电缆绝缘材料的性能下降。该工作对于高压电缆绝缘性能评价和异常分析具有指导意义。

音圈电动机式脉冲推力机构的计算与控制仿真

基于电磁推力机构的快速开关,在电力系统的诸多领域具有广阔的应用前景。提出并研究了一种用于真空开关的音圈电动机式脉冲推力机构,具有结构简单、动作速度快、易于控制等优点。该推力机构的控制系统由基于电力电子PWM技术的可控脉冲放电电源和反馈控制器组成。针对开关触头分、合闸速度的最优跟踪控制,提出了无速度传感器的直接电磁力反馈控制方法;仿真结果表明,该方法利于实现动态过程优化并可获得较高的动作速度。设计了可控旁路放电的电磁缓冲方案,可有效解决触头的颤振问题。

基于神经网络的单相自适应重合闸的研究

自适应自动重合闸技术具有诸多传统重合闸技术所不具有的优势。将人工神经网络理论应用于单相自适应重合闸中,建立了一个3层的前向网络模型。利用MATLAB软件进行了大量仿真实验,验证了其在带并联电抗器的超高压长输电线路的瞬时性故障与永久性故障的识别中具有良好的可行性。

基于参数优化SVM算法的交联电缆局部放电模式识别

为避免传统模式识别中神经网络收敛速度慢、过学习等不足或因支持向量机(Support Vector Machine,SVM)参数选择不当而导致识别准确度低,在引入M-ary分类理论将泛化及学习能力更强的SVM算法扩展为多类分类器的同时,利用改进遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化各子分类器的惩罚因子、松弛变量及核函数参数,从而构造出最优参数SVM分类模型。开展交联电缆局部放电模拟试验并提取了表征灰度图象内在分形特征的4个分形维数作为局部放电模式识别的放电指纹,分别采用优化SVM、未优化SVM及径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络作为模式分类器完成缺陷分类,并通过对比三者识别效果验证了优化模型的正确性。结果表明,以优化SVM作为分类器时各缺陷识别率均大于95%,且无论是否优化参数,SVM总体识别能力要优于RBF神经网络。

基于Mach-Zehnder原理的分布式光纤振动监测系统

设计了一种基于马赫-增德尔(M-Z)干涉原理的分布式光纤振动传感系统,在激光输出端添加偏振控制器,用于匹配偏振诱导相位,从而提高定位准确度;采用BP网络神经算法对振动信号进行类型判别,并通过试验证实其可行性。试验结果表明,对于已经分类的振源,系统的平均识别率可达93%,定位距离准确度在50 m以内,可广泛应用于电力电缆状态监测等工程实际。

非理想SEPIC变换器的建模与仿真分析

在对DC-DC功率变换器进行建模的过程中,若忽视器件的寄生参数,与实际的应用相比会产生一定的误差。考虑其主要的寄生参数,基于状态空间平均法,对非理想的SEPIC变换器建立数学模型,并使用Matlab软件对模型进行仿真,以输出的直流电压为例,仿真结果与理论相符,验证了建模的合理性。此仿真模型可为实际的变换器设计提供一定的参考。

斜向连续布筋横向预应力路面的温缩问题

目的为解决传统水泥混凝土路面中因热胀冷缩导致的各种横缝问题.方法应用Abaqus有限元软件建立不同配筋形式的无缝路面板,模拟在温降作用下路面板的受力及变形情况,并进行对比分析.结果斜向布筋横向预应力水泥混凝土路面可以利用斜向钢筋的变形转换能力,通过横向施加预应力即可以使水泥路面沿纵向也产生预应力,进而有效抵消沿行车方向产生的温缩应力.当对斜向配筋路面板施加适当的横向预应力后,即使路面板受50℃的温降作用,板中都不会出现温缩应力.结论斜向连续布筋横向预应力技术可为无横缝水泥混凝土路面的可行性研究提供相应理论支撑.

电力封堵用缩合型硅橡胶泡沫防火材料的制备及性能

研究了不同黏度和用量的乙烯基硅油、具有不同形态的防火填料对脱氢缩合型硅橡胶泡沫材料泡孔结构及防火性能的影响,使用橡胶加工分析仪表征了硅橡胶发泡过程中的发泡速率和交联速率,同时考察了氢氧化铝、云母、硅灰石3种填料对硅橡胶泡沫材料防火性能的影响。结果表明,不加入乙烯基硅油时,硅橡胶泡沫材料的储能模量较低,泡孔以闭孔结构为主;乙烯基硅油的加入提高了硅橡胶泡沫材料的交联速率和储能模量,使之形成较多的开孔结构,同时对硅橡胶泡沫材料泡孔尺寸分布也有影响;加入片状云母容易造成泡孔的坍塌或破裂,但是经火焰烧蚀后泡孔结构和烧蚀面的完整性保持较好,所形成的完整的陶瓷化阻隔层可起到较好的防火作用,而加入氢氧化铝和硅灰石后硅橡胶泡沫材料烧蚀后开裂比较严重。

500kV复合绝缘子现场红外测温方法及诊断判据

作为一种有效的带电检测技术,红外测温能够及时发现复合绝缘子缺陷,防止电网故障,提高系统稳定性。给出500 kV复合绝缘子现场红外测温的具体方法及步骤,通过大量现场红外测温案例,证明此方法的有效性。通过现场红外测温及复合绝缘子模拟加压试验,对红外测温方法的判据参数进行修正,测温结果及实验室试验表明,给出的红外测温方法能够有效地检测出缺陷复合绝缘子。