基于一体化电磁骚扰传导模型的开关柜微机保护装置电磁干扰滤波器设计

为解决高压开关柜断路器在海上风电场等场景下频繁操作产生的电磁干扰问题,分析其电磁骚扰传导过程,并设计合理的抗干扰措施以提高微机保护装置的电磁兼容水平,该文提出一种高压开关柜一体化电磁骚扰传导仿真模型,针对断路器开断电磁骚扰设计了电磁干扰(EMI)滤波器并验证其性能。首先以KYN61—40.5型开关柜真空断路器为例,建立其电磁骚扰一体化仿真模型,通过试验与仿真获得断路器开断电磁骚扰的特征;然后根据该特征设计了基于定K型和m推演的EMI滤波器并验证其性能。研究结果表明,微机保护装置电流测量端口的骚扰电压主导频率约为312 kHz,一体化电磁骚扰传导仿真模型仿真结果与试验结果最大相对误差为9.8%,表明该模型可用于电磁骚扰传导过程的仿真;该文设计的EMI滤波器的陷波频率与理论设计值的最大相对误差为-8.8%,接入EMI滤波器后骚扰电压下降93.94%,持续时间下降71.42%。研究成果可为高压开关柜微机保护装置的电磁骚扰传导过程分析和电磁兼容水平提升提供参考。

典型高风险植被火条件下导线——板间隙击穿特性

为准确评估山火条件下架空输电线路的跳闸风险,提升电网安全运行水平,文中对南方电网典型高风险植被火条件下导线—板间隙击穿特性进行了研究。搭建模拟植被火燃烧特征试验平台和模拟山火间隙击穿试验平台,研究了云南松、水杉、速生桉、灌木和茅草5种植被的火焰燃烧特征参数和间隙击穿特性,对不同植被的火焰温度、火焰高度、灰分含量和可燃物热值与导线—板间隙击穿特性的关系进行研究。研究结果表明上述因素与间隙平均击穿电压梯度近似呈线性关系,并拟合得到其多元线性回归公式。使用熵权法得到火焰温度在植被燃烧特征中所占权重最高,上述5种植被中云南松的山火跳闸风险最高。文章研究结果可为架空输电线路山火跳闸风险评估提供参考。

输电线路短路电流对埋地管道电位抬升及抑制方法研究

针对城市中输电线路与埋地油气金属管道临近问题,通过建立架空导/地线-杆塔-接地网-埋地管道一体化电磁场计算模型,综合考虑导线和避雷线对金属管道的感性耦合影响以及杆塔入地电流对管道的阻性耦合影响。基于此模型研究土壤电阻率、临近距离、管道参数、交叉跨越角度以及不同供流方式对金属管道电位、防腐层耐受电压的影响规律,并开展管道电位抬升的抑制方法研究,可以为输电线路发生接地短路故障时临近燃油(气)管道安全防护提供指导。

我国发展特高压直流输电中一些问题的探讨

我国进行±800kV特高压直流输电建设,有许多技术问题需要解决,包括系统研究、测试、产品研究与开发、工程设计和实施等问题。讨论了我国±800kV特高压直流输电工程的电磁环境、过电压与绝缘配合、直流偏磁、控制保护系统、特高压交直流混合电网的稳定性等方面存在的技术问题。在总结已有研究成果的基础上,提出了一些对我国特高压直流输电建设、维护和运行有参考价值的建议:如深入开展高海拔下电磁环境参数的计算和测量及标准制定;高海拔、重污秽、重冰区等典型地理气候条件下绝缘配合和长空气间隙试验;直流偏磁抑制措施和接地极选址;控制保护策略和故障分析能力;特高压混合电网规划和广域电力系统安全稳定控制等方面问题的研究。

特高压交流输电线路电磁环境研究

研究特高压交流输电电磁环境问题对我国特高压工程建设具有重要意义。采用逐次镜像法计算酒杯塔、紧凑型和同塔双回直线塔的1000kV交流输电线路导线表面和线路下方距地面1m水平线处的电场强度；计算了3种塔型下特高压交流输电线路的电晕损耗、无线电干扰、可听噪声、导线最低对地距离和走廊宽度；分析电晕损耗、无线电干扰和可听噪声随海拔变化的情况。结果表明通过选择合适的线路参数可满足特高压交流输电电磁环境指标要求,电晕损耗随海拔有近似指数增加的变化规律,无线电干扰随海拔有近似线性增加的变化规律。

山火引发输电线路间隙放电机理与击穿特性综述

山火发生时火焰的高温、高电导率、多灰烬等使架空输电线路间隙绝缘强度显著下降,可能引发线路跳闸,且重合闸不成功概率大,易导致线路停运的严重事故。近年来,山火频发给电网的安全稳定运行带来了严峻的挑战。为此,对山火引发输电线路间隙放电机理与击穿特性研究进行了综述,分析了国内外模拟输电线路山火试验平台搭建、试验方法、山火条件下输电线路间隙放电机理,间隙交直流电压击穿特性研究现状。分析表明山火模拟试验平台考虑的影响因素多较为单一;因模拟试验的尺度、植被类型、试验方法等的差异,试验结果差异性及分散性较大;火焰燃烧特性及产物对间隙放电的影响机理研究考虑的影响因素较为单一。对指导山火情况下输电线路跳闸防护具有一定的局限性。建议系统开展山火条件下不同尺度、电极类型间隙交直流击穿特性研究,结合试验数据,开展电场、火焰温度、电导率、灰烬及颗粒等因素对间隙绝缘击穿特性影响的单一和综合作用机理研究。

220kV线路悬式绝缘子串异物临近放电机制研究

为研究玻璃绝缘子串在鸟粪和鸟巢材料(异物)下落时的放电机制,用铁丝模拟异物进行了试验研究,首先开展了异物临近时间隙放电试验,基于对不同铁丝长度和空间布置时放电电压的测量和放电路径的观察,分析了放电机制。研究表明:当足够长的铁丝临近绝缘子串时,放电过程仅是铁丝上下两端空气间隙的击穿过程;当较短的铁丝临近时,放电过程为空气间隙击穿和绝缘子沿面放电的混合。然后开展了铁丝与金具电极间隙放电试验,基于对不同间隙长度下放电电压的测量,分析了间隙放电特性,研究表明铁丝–金具间隙与典型的棒–棒间隙击穿特性相似,理论计算中取平均击穿电压梯度为4.0 kV/cm。最后建立了实际线路和试验布置的三维有限元模型,研究异物临近对绝缘子串周围电位和电场分布的影响,将仿真计算得到的放电电压与实际试验电压进行对比,验证了试验结果的准确性。放电机制、试验和仿真结果可为输电线路杆塔涉鸟故障风险区域划定提供参考依据。

模块化多断口真空断路器电位和电场分布研究

为分析基于光控模块的三断口真空断路器的静态电位分布和真空灭弧室的电场分布,建立了模块化真空断路器的三维有限元分析模型。计算了竖直型和U型布置时的三断口真空断路器电位分布,采用子模型法分析了真空灭弧室内部的电场分布,同时进行了三断口真空断路器工频分压特性试验。计算与试验结果对比表明:两种布置方式下,高压端断口的试验与计算结果的相对误差<4.5%,三断口真空断路器的电压分布不均匀,高压端断口的分压超过60%,需配置合适的均压措施。计算和试验结果可为模块化多断口真空断路器的静态、动态绝缘特性设计,真空灭弧室的优化设计,多断口布置方式提供参考。

融合连续过渡模型与Helmer模型的真空断路器开断模型研究

真空断路器广泛应用于中压等级电网中,在频繁操作场景下易出现过电压问题,而真空断路器的弧后暂态过程直接决定了其分断特性和过电压特征。为解决现有真空断路器模型难以同时对其弧后过程和高频特性仿真的问题,该文搭建了融合连续过渡模型和Helmer模型的真空断路器开断模型,并通过试验和计算确定其仿真参数。以切除35kV系统用并联电抗器为例,研究该真空断路器融合模型与连续过渡模型和Helmer模型计算结果的差异。结果表明,融合模型能够同时考虑弧后介质恢复过程中重击穿和冷间隙重击穿现象;其弧后参数计算与连续过渡模型基本一致,高频开断特性和Helmer模型较为接近。通过分析高频开断过程中的鞘层生长和重击穿情况,可以得到引起真空断路器高频重击穿的主要原因。该文仿真结果验证了所提出的真空断路器开断模型的准确性,可为真空断路器高频分断条件下的弧后鞘层发展分析和重击穿原因判断提供参考。

高压变电站涉鸟故障风险评估方法研究

近年来,高压变电站涉鸟故障频发,严重威胁变电站的安全稳定运行。为评估高压变电站涉鸟故障风险,从故障机理、故障敏感性、故障后果三个维度构建了变电站涉鸟故障风险评估体系,提出了一种基于球形模糊理论组合赋权和逼近理想解排序法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS)的变电站涉鸟故障风险评估方法,采用此方法对江西省内88座变电站进行风险评估并划分为三个风险等级。结果表明:球形模糊理论改进的层次分析法削弱了非必要的主观特性,基于最小离差函数的组合赋权法兼顾了主观判断和数据信息,得到的结果相比于单一主、客观赋权更合理;引入马氏距离和灰色关联度的TOPSIS克服了欧氏距离的缺陷,提高了评估准确性,并通过历史涉鸟故障数据进行了验证。结果可指导变电站涉鸟故障差异化防治。

特高压紧凑型输电线路工频电场强度计算

为研究特高压交流输电线路的工频电场强度,通过建立二维静电场有限元模型,计算了LGJ-400/65、LGJ-500/45、LGJ-630/45 3种型号导线,子导线根数分别为6、8、10、12的导线表面场强、相导线平均场强最大值、线路下方距地面1 m处最大场强和线路走廊宽度,分析了导线截面、子导线根数、线路最低对地高度和走廊宽度的选取。结果表明特高压交流线路选取大截面导线、紧凑型倒三角布置方式在导线表面场强、杆塔高度和线路走廊方面可满足要求。

具有串并联结构的模块化多断口真空断路器静动态电压分布特性

为向基于光控模块的多断口真空断路器的静态、动态绝缘特性设计提供参考,建立三维有限元分析模型,计算126 kV U型布置的三断口真空断路器的静态电位分布和真空灭弧室内部的电场分布。利用110 kV振荡型合成试验回路,进行低电压、小电流三断口串联断路器样机的开断试验,测量三断口的瞬态恢复电压分布。计算和试验结果表明:三断口真空断路器的静态和动态电压分布不均匀,高压端断口的静态分压超过65%,串联样机进行试验时底部可以不安装支架;高压端断口的动态分压(瞬态恢复电压峰值)超过60%,1 000 pF均压电容可以满足低电压、小电流开断均压要求,高电压、大电流开断情况需进一步验证。

超高压交流线路长串绝缘子的冰闪特性

在覆冰、污秽、积雪、高海拔等因素综合作用下,输电线路绝缘子的绝缘性能将显著降低,因此研究其闪络特性对线路外绝缘配合具有重要意义。在带电覆冰下对超高压线路长串瓷和复合绝缘子进行了冰闪试验研究,考虑了覆冰前染污和均压环(含模拟导线)对冰闪电压的影响。研究表明:在ρSDD=0.1和0.05mg/cm2时,28片XWP2-160绝缘子串的冰闪电压较500kV线路额定运行电压分别约低20.5%和13.1%,在ρSDD=0.025mg/cm2时,约高2.3%;而在ρSDD=0.1和0.05mg/cm2时,FXBW4-500/160绝缘子的冰闪电压较500kV线路额定运行电压分别约低18.7%和12.0%,在ρSDD=0.025mg/cm2时,约高4.3%;在ρSDD和ρNSDD分别为0.1和0.5mg/cm2的重覆冰情况下,不带均压环的冰闪电压比带均压环时约高11.6%。研究结果可给我国线路绝缘子冰闪特性研究和重冰区超高压线路外绝缘配合提供参考。

1000kV交流紧凑型线路均压环参数设计和电晕特性试验布置

为给1 000kV交流特高压紧凑型线路均压环设计和电晕特性试验研究提供参考,基于这种线路的初设参数,通过有限元仿真分析了均压环外形及其布置方式对均压环表面电场强度的影响。首先建立了中相复合绝缘子和均压环的3维静电场有限元全模型,分析了均压环管径、环径、安装位置、复合绝缘子小环对均压环表面最大电场强度的影响。根据仿真结果初步确定了用于真型试验的4种均压环参数配置。然后根据初设的线路杆塔结构参数,提出了在特高压交流试验基地进行均压环电晕特性试验的模拟塔窗参数和绝缘子、均压环布置方式,并建立了电晕特性试验布置方式下的3维静电场有限元模型(简称试验模型)。在试验模型中分析了4种参数均压环的表面电场强度,并与全模型的结果进行对比分析,通过电场强度等效方式建立了全模型与试验模型的修正系数。研究表明:跑道环最大电场强度在开口处,封闭圆管环最大电场强度在下半圆弧最低点。随着均压环上扛位置增大,均压环表面最大电场强度增大;随着均压环管径或环径增大,均压环表面最大电场强度减小;小环对大环表面电场强度无影响;当中相均压环参数为环径800mm、管径110mm、上扛位置140mm时,跑道环开口处表面最大电场强度为21.97kV/cm,圆环表面最大电场强度为18.44kV/cm,防晕降噪效果最好。

特高压交流复合绝缘子电位和均压环表面电场分布计算

针对特高压交流线路复合绝缘子电位、电场分布数值分析存在开域边界、几何结构复杂和媒质种类多、计算量大等问题,通过等效有限元法将有限元求解区域与边界元求解区域的交界面条件耦合,实现了有限元—边界元耦合算法(FEM-BEM)。将三维FEM-BEM和子域逼近有限元算法用于计算特高压交流线路典型酒杯塔,复合绝缘子双I串的沿轴线电位分布,均压环表面电场分布。研究表明:三维FEM-BEM耦合算法能有效计算复合绝缘子沿轴线的电位分布,子域逼近有限元法能对所关心区域进行细密剖分,可有效分析均压环表面电场分布;复合绝缘子沿轴线承担最大电压单元(一大一中两小伞及芯棒)为第3单元,承担电压为7.58%,均压环典型路径上的电场强度最大值为13.39kV/cm;将三维FEM-BEM耦合算法与子域逼近有限元法相结合,为准确求解复杂几何模型和多种媒质共存的开域静电场问题提供了一条途径。

石墨基柔性接地材料特性及其在防雷接地中的应用

为满足复杂土壤环境对接地材料耐腐蚀性以及高频雷电流和短路故障入地电流对接地材料热稳定性的要求,研制了一种强通流能力的石墨基柔性接地材料。通过耐腐蚀试验分析了石墨基柔性接地材料与钢材类材料的耐腐蚀性能;试验对比了圆钢与石墨基柔性接地材料与不同土壤的接触性能;仿真研究了石墨基柔性接地材料的热稳定性以及冲击散流有效利用长度。研究结果表明：石墨基柔性接地材料耐腐蚀性强,预期使用寿命超过30 a;其与土壤接触性能优于圆钢,接触电阻降低约30%;冲击散流有效长度增加约30%。

绝缘子冰闪特性和提高冰闪电压措施研究综述

在覆冰、污秽、积雪、高海拔等因素综合作用下,绝缘子的外绝缘性能将显著降低。2008年初的极端冰灾天气导致我国输电线路和变电站的绝缘子发生大面积冰闪、跳闸、设备损坏等事故,造成了巨大的经济损失。因此对绝缘子冰闪特性研究现状和提高冰闪电压措施进行了分析,提出了针对超、特高压绝缘子冰闪特性研究的建议,可作为我国绝缘子冰闪特性研究的参考。

高海拔植被火条件下导线-板间隙直流击穿特性影响因素分析

山火可能导致架空输电线路跳闸停运,进而危及电网的安全稳定运行,目前关于高海拔植被火条件下导线板间隙击穿特性的研究较少。针对这一问题,在2013 m海拔地区,利用4 m导线板间隙击穿特性试验平台在不同典型植被燃烧条件下开展直流击穿特性试验,研究植被的种类、烟雾桥接比例和坡度对间隙击穿特性的影响。研究结果表明:不同植被火条件下,松木火焰间隙的击穿电压约为杉木的1.38倍;间隙的击穿电压与烟雾桥接比例呈正相关,且火焰对输电线路间隙击穿电压的影响大于烟雾颗粒;随着坡度增大到30°,火焰间隙的绝缘强度逐渐升高,击穿电压比平地(0°)时增大41.5%,坡度抬高后放电位置逐渐上移,多集中在植被垛的中上部。

330kV绝缘子串电压分布和屏蔽环位置的优化

为计算330kV线路绝缘子串电压分布和优化屏蔽环的位置,建立了考虑屏蔽环、分裂导线、杆塔、联板、悬垂线夹和其它连接金具的三维静电场有限元模型。计算并讨论了带和不带屏蔽环、带和不带联板的绝缘子串电压分布以及屏蔽环位置变化对电压分布的影响。结果表明,导线和杆塔侧绝缘子承受较高电压,屏蔽环可有效改善其附近绝缘子上承受的电压,理论上有一最优位置;导线侧金具对电压分布影响较大,计算模型中应考虑。

蒸汽雾中悬式绝缘子表面污层饱和附水量研究

为给输电线路绝缘子自然积污污秽度测量、微溶盐对污层电导率贡献和污闪电压研究提供参考,在人工雾室内对单片悬式玻璃、瓷和复合绝缘子的表面污层饱和附水量进行了研究。分析了材质、伞形、污秽度、复合绝缘子憎水性对蒸汽雾中绝缘子的表面污层饱和附水量的影响。研究表明:绝缘子饱和附水量与绝缘子的表面积和附灰密度(NSDD)直接相关,饱和附水量与NSDD基本呈线性关系,当NSDD增大到3.0 mg/cm2时,饱和附水量趋于饱和;相同污秽度下,瓷绝缘子的饱和附水量密度约是玻璃绝缘子的1.1倍;空气动力型绝缘子饱和附水量密度分别为伞下带棱的普通和深棱型绝缘子1.1、1.2倍;复合绝缘子饱和附水量密度远大于瓷绝缘子和玻璃绝缘子,约为单伞玻璃的3.9倍,单伞瓷的3.5倍,3伞瓷的3.1倍;复合绝缘子憎水性丧失后,饱和附水量密度约降低为憎水性丧失前的2/3。研究结果可为绝缘子污秽度测量、污层电导率研究和污闪试验提供参考。