非侵入式电压测量双平板电容传感器设计

传统的单电极电容探头测量误差较大、测量精度易受温度、湿度等环境因素的影响,而非侵入式电压测量传感器可用于检测输电线和电力设备中的电压,且无需与带电导体或设备直接接触。因此,本文提出了一种基于电容耦合的双电容非接触式电压测量方法。设计并制造了测量系统。在实验室设施中进行了测试。实验结果表明:所研制的传感器具有良好的精度和线性度。其在工频下的比值误差在±1.7%以内。此外,它还具有成本低、小型化、外形灵活、分压比易于调整等优点。

实验室模拟连续电流与通道光强度关系研究

雷电连续电流是云载荷源向大地转移电荷的一种重要形式,这一过程产生的热效应可能对自然以及人居环境造成严重损害,这种热效应与连续电流波形和转移电荷量有关。在高压实验室电弧放电通道间隙产生了峰值范围为233.8~633.3A的模拟雷电连续电流,利用红光敏感型(探测波长范围200~1000nm,峰值响应600nm)和近红外敏感型(探测波长范围400~1000nm,峰值响应800nm)两种光电探测器同步测量了通道光强度。结果发现,正常通道下测量得到的光强度波形能较好地跟随电流波形的变化,而电弧通道扭曲会导致测量得到的通道光强度波形产生畸变,这种畸变具体表现为光强度波形在持续阶段的凹陷,在所有光强度波形中发生畸变的概率为19.8%。进一步探究了正常通道情况下模拟连续电流与通道光强度的关系,发现在不同光谱响应下,光强度峰值与电流峰值以及光强度-时间积分与电流电荷转移量之间均存在强烈的线性相关性。结果为使用电流与相关光强度关系进行连续电流波形与转移电荷量的准确反演提供了新思路。

钨极高压微电弧温度模型的建立与验证

为提高一体式微球形钨探针的制备成功率,对制备过程中高压微电弧进行了研究。建立了钨极高压微电弧的多物理场耦合仿真模型以计算电极间距在0.5~2.0 mm、电压在1~12 kV时的电弧温度分布;然后对仿真结果进行最小二乘拟合,进而得到了电弧温度与放电参数之间的数学模型;最后,基于Boltzmann作图法搭建了光谱测温系统,并对数学模型进行了验证。研究结果表明:电弧呈椭球形分布,近阳极区存在高温屏障,阳极温度远低于阴极温度;电弧温度与电压、电极间距之间均为类抛物线性关系;模型计算结果与实验结果的平均相对误差为3.3%。该模型可用于计算电弧温度,从而实现钨探针的可控制备。

基于弧触头接触振动特征分析的高压SF6断路器电寿命在线监测方法

高压SF6断路器电寿命评估对保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。然而,现有的电寿命评估仍旧依赖累计开断电流法与动态回路电阻法,缺乏有效的在线监测手段。该文针对真实126 kV高压SF6断路器设备,研究了基于弧触头接触点分析的电寿命评估方法。结合变分模态分解(VMD)与短时傅里叶变换(STFT)分析,发现弧触头接触时产生了10 kHz以上的高频振动特征信号。通过调整机构拉杆的位置以改变弧触头刚合点,发现了高频振动特征频率出现时刻与弧触头刚合点之间的相关性,进而提出了一种基于弧触头接触振动特征分析的高压SF6断路器电寿命在线监测方法。现场瓷柱式断路器的实验结果表明,弧触头刚合点测量误差约为0.905 mm,因此该文提出的方法有望在高压SF6断路器电寿命在线监测领域实现推广应用。

封闭条件下温度对气隙放电影响的模拟研究

气隙缺陷往往导致局部放电(PD)现象,局放的发展过程与放电条件密切相关,通过放电的宏观表征来分析判断放电条件,是实现绝缘条件评估的重要途径。以温度对气隙缺陷下局放过程的影响为例,通过建立温度条件对放电过程的参数控制模型,研究了不同温度对其微观发展过程的影响,得到了不同温度条件下的宏观表征。仿真研究表明,在封闭条件下,温度的升高会影响放电过程中的电子密度分布以及电场分布。在303、323和343 K的条件下模拟放电过程,其电流峰值依次为0.479、0.356和0.261 A,随温度升高逐渐下降;此外其电流脉冲持续时间依次为19.261、15.516和13.438 ns,随温度升高逐渐变短。最后,实地测量了不同温度下的放电电流,获得了与仿真模型一致的结果。

高压SF_(6)断路器电流零区测量研究综述

电流零区测量对标定评价断路器开断性能、改进断路器结构设计至关重要,设计一套高精度、便携、可靠、安全的零区测量系统一直是行业的追求,国内外研究者在测量方法和测量装置研制方面做了很多创新性工作。从高压断路器灭弧原理出发,梳理提出了零区测量的难点和关键点,综述了国内外研究者提出的测量方案及效果。综合考虑多维度产业需求,研制了一套便携性和动态特性好的零区测量系统,并在实际断路器产品试验中进行了验证。结果表明:该系统抗干扰性和重复性好,能够满足产品研发需求。结合零区测量系统研究及使用经验,提出了零区测量系统的未来展望,为后续交直流开关的研发提供参考。

免萃取矿物绝缘油中溶解糠醛的高灵敏原位检测研究

对油中溶解糠醛含量进行准确的原位检测对评估油浸式变压器纸绝缘老化程度非常重要,但已有的原位检测方法存在检测灵敏度低的难题。针对上述问题,该文提出B-Cu@F-Ag@Au基底表面修饰4-氨基苯硫酚(4-aminothiophenol,4-ATP)分子的油中溶解糠醛拉曼信号提高方法。首先,基于仿真手段对4-ATP-糠醛的拉曼信号增强作用进行验证分析;其次,通过制备4-ATP-B-Cu@F-Ag@Au基底对标准糠醛绝缘油样以及老化油样进行检测,验证所提方法对绝缘油中糠醛高灵敏原位检测性能;最后,通过与液相色谱(liquid chromatography,LC)检测结果对比,明确所提方法检测准确性。研究结果表明:引入4-ATP分子使糠醛拉曼信号强度较弱的C=O键席夫碱反应成信号较强C=N键,对免萃取的溶解糠醛最小检测下限降低25倍,达到0.08 mg/L;与LC检测结果对比,对实验室加速老化和现场运行变压器油样(重庆长寿500 kV变电站1、2、3号变压器)的溶解糠醛原位检测绝对偏差和相对偏差分别小于0.0055 mg/L和4.18%,证明所提方法能实现免萃取的矿物绝缘油中溶解糠醛高灵敏原位检测,可为确保油浸式变压器安全可靠运行提供一定的技术支撑。

基于F-P光纤传感器的变压器油中双局部放电源定位研究

电力变压器作为电力系统中至关重要的能量转换设备,其稳定运行对于保障电能供应的可靠性具有重大意义。局部放电影响高压电气设备绝缘性能。局部放电在线监测不仅可以获取设备老化信息,还可以预测变压器寿命。局部放电源准确位置信息可以帮助检修人员制定精准维护计划,确保电力系统稳定,设备制造商可利用此信息优化结构和安装方法。变压器内部双局部放电源放电是一种更为复杂的故障类型,传统的检测方法难以准确捕捉到此类放电波形。F-P光纤传感器是一种新型的局部放电声学检测方式,该传感器结构小,灵敏度高,而且有较强的抗电磁干扰能力,可以内置于变压器内部实现复杂情况下的局部放电检测。在本研究中,研制了基于F-P光纤传感器的双局部放电源检测系统,采用基于多信号分类(MUSIC)测向原理的交叉定位算法,可以实现对变压器油中双局部放电源定位。总的来说,F-P光纤传感器阵列有较好的方向清晰度,可以实现准确定位。将该双局部放电源定位系统应用到了35 kV单相变压器模型上,验证了其对外绕组双局部放电源定位的有效性。

Au修饰SnO_(2)薄膜兼容型高响应乙炔气体传感器研制

为了实现变压器油中溶解的乙炔气体检测,研发了一款基于Au修饰SnO_(2)气敏薄膜的乙炔气体传感器。通过射频溅射制备SnO_(2)薄膜,进而通过直流溅射制备Au并改变溅射时间,得到不同Au修饰量的气敏薄膜,采用微机电系统(MEMS)工艺开发了基于气敏薄膜的乙炔气体传感芯片。对比纯SnO_(2)以及不同Au修饰量的SnO_(2)气敏薄膜的气敏性能,结果显示,基于20 s-Au修饰的SnO_(2)薄膜MEMS乙炔传感器性能最佳,最佳工作温度为200℃,体积分数为1×10^(-6)的乙炔气体的响应值高达14,响应恢复时间分别为5 s和87 s,且具有良好的重复性,检测限低至0.1×10^(-6)(体积分数)。对比测试体积分数为1×10^(-6)下变压器油中溶解的氢气、甲烷等其他气体,所研发的MEMS乙炔气体传感器仍具有优越的选择性,在长期测试下保持良好稳定性,可为解决变压器油中溶解乙炔气体的检测难题提供一种元件选择。

基于WSO-VMD样本熵和SSA-SVM算法的有载分接开关故障诊断方法研究

有载分接开关(On-Load Tap-Changer,OLTC)作为变压器的重要机械结构部件,负责变压器分解绕组切换调压,随着服役时间增加或出厂缺陷等原因容易使其发生机械故障并造成电力系统重大经济损失,开展OLTC故障诊断方法研究对确保变压器本体及电力系统安全稳定运行具有重要意义.搭建了10 kV OLTC典型缺陷模拟实验平台,开展了正常、弹簧断裂、弹簧疲软以及触头松动4种工况下的模拟实验,获得了4种不同工况的振动信号样本库.针对OLTC振动信号特征提取不完整及故障识别准确率低的问题,以模态分量(IMF)的包络熵为目标函数,提出了基于大白鲨(WSO)优化变分模态分解(VMD)和样本熵的特征构建方法,利用WSO优化后的VMD模型对原始振动信号进行模态分解并构建样本熵特征向量,作为支持向量机(SVM)的输入开展OLTC故障识别研究.研究结果表明:与经验模态分解(EMD)、集成经验模态分解(EEMD)、给定参数VMD的振动信号分解方法相比,基于WSO-VMD样本熵的OLTC振动信号特征信息更加丰富,故障识别准确率高达95.83%.为进一步提高OLTC故障识别准确率,选用麻雀搜索(SSA)、粒子群(PSO)以及灰狼优化(GWO)算法分别对SVM进行参数寻优.结果表明:基于WSO-VMD样本熵和SSA-SVM算法的OLTC运行状态识别效果最好,对正常、弹簧断裂、弹簧疲软以及触头松动4种运行工况样本测试集的识别准确率为100%,该算法具有较高的可行性以及有效性.

重复脉冲电压对大型旋转电机线棒低阻防晕层影响的试验研究及仿真分析

在不同上升时间条件下,探讨重复脉冲对不同悬空长度和增加固定金属板的变频电机转子线棒绝缘表面电位的影响规律,然后结合电荷弛豫理论以及有限元仿真,探讨绝缘表面电位的变化机理。结果表明:线棒表面电位峰峰值随重复脉冲上升时间增加而减小,当脉冲上升时间达到800 ns时,低阻防晕层末端电位峰峰值接近2倍外施电压峰峰值;在工况条件下,绝缘表面温度超过150℃时会产生白烟并伴随局部放电现象。分析认为具有较短上升时间的跳变电压是影响线棒电热性能的重要参数。最后根据实验和仿真结果为变频电机线棒绝缘设计提出了合理的改进建议。

用磁阵列传感器去偏心误差的非接触式电流测量方法

磁性传感器圆形阵列是电流非接触式测量的有效方法,因为它成本低、重量轻、线性范围大、带宽宽和噪声低。针对现有阵列式电流传感器测量偏心时存在较大电流测量误差的问题,采用一种基于导线偏心位置的区域层次分析方法。通过对载流导线不同偏心位置,赋予磁传感器不同的权重进行输出叠加,与导线中心位置输出进行对比,求得最大相对误差为1.28%,传感器线性误差为1.04%,克服了导线偏心对电流测量误差的影响,证明了该方法的可行性。

基于卡尔曼滤波与MUSIC算法的传感阵列定向方法

对局放源信号的准确测量与有效识别是局部放电检测、定位及分析的关键。受电磁传感器方向特性灵敏度局限,现有基于到达角(AOA)定位的局部放电定位方法主要运用于声音信号。为此,提出一种卡尔曼滤波算法与多信号分类器(MUSIC)算法相结合的特高频传感阵列定向方法,即首先采用卡尔曼滤波算法能够有效处理电磁幅值信号,减小信号波动性及测量误差,大大提升信号测量精度;然后针对单一传感器建立了传感器方向性的参考矩阵,对任意来波信号使用MUSIC算法进行数据匹配,从而得到精确的来波方向;最后经过试验验证,所提算法可将传感器阵列的方向识别结果误差减小至5°以内,提升了测量精度。

基于SAMP-VMD的局放信号去噪方法

针对电力设备局部放电信号容易受到环境中的窄带噪声和白噪声的干扰,为了更好保留局放信号特征以便后续进行故障诊断和预测,提出了一种基于压缩感知重构和变分模态分解的变压器局部放电信号去噪方法。该方法首先使用窗函数抑制窄带干扰的频率泄露,之后利用窄带干扰在频域上与局放信号和白噪声之间稀疏度的差异从而将窄带信号进行分离重构以抑制窄带噪声,其次通过改进变分模态分解方法根据各模态含有局放信号信息的多少来对不同模态进行分类去噪,最终恢复出局放信号。通过仿真及实测信号对该方法进行去噪效果测试,并与奇异值分解和变分模态分解去噪方法的去噪效果进行对比,结果表明该方法能够有效抑制局部放电信号的干扰,相比传统算法的波形相似系数提升约2%,能够更好的保留局部放电信号的波形特征。

基于模型参数辨识的空间多局放源分离方法

对多个局放源信号的有效识别与分离是局部放电检测、定位及分析的关键。为此,提出基于模型参数辨识的空间多局放源分离方法。首先利用自回归-滑动平均模型和高阶累积量参数估计方法对特高频信号进行建模;然后依据模型参数重构信号的频谱,并结合Fisher可分离度选择信号特征频率;最后基于所选择的特征频率和径向基神经网络对特高频信号类型进行分类。仿真研究验证了方法对特高频信号的频谱重构和信号分类上的有效性,在信噪比大于10 dB的未知局部放电源信号中的多个局放源分离准确性大于75%,具有较好的应用价值。

电力变压器环保绝缘油研究进展与趋势

环保型电工绝缘材料研发是电力行业科技攻关的基础问题和发展趋势,其中电力变压器用环保绝缘油研究是重要方向之一。综述了电力变压器环保绝缘油的研究历程、最新进展和未来发展趋势,首先回顾了矿物油、天然酯及合成酯等三类主要的变压器油研发历史,分析了绝缘油的常规性能指标及其理论评价方法。接着分析了变压器油的绝缘、老化、散热等关键特性的研究现状以及目前绝缘油常见的改性技术。最后分析了量子化学计算应用于绝缘油分子设计研究的现状,提出通过量子化学计算建立绝缘油的宏观性能与微观参数之间的构效关系,从而提升环保绝缘油的研发效率。

基于垂直中继的U型高压线路无线供电系统设计

为解决110 kV输电线路杆塔侧在线监测设备的供电问题,文中提出一种基于垂直中继的U型高压线路无线供电系统。首先结合互感耦合理论与有限元仿真,提出U型无线供电系统的整体设计方案,实现杆塔侧在线监测设备长距离、大功率、高效率、宽频带的无线供电。在此基础上建立系统级仿真模型,对U型无线供电系统的距离特性、频率特性、负载特性及电磁分布特性进行分析,验证了设计方案的可行性和电磁兼容性。最后搭建实验平台,在600 kHz的工作频率和1.2 m的传输距离下,系统输出功率达到73.58 W,能够满足杆塔侧在线监测设备的实际功率需求,为无线电能传输技术在高压设备供电领域的应用提供了参考依据。

基于氧化锌阀片的过电压测量装置研究

研究了一种基于氧化锌阀片的过电压测量装置。首先介绍了该测量法的基本原理,即选用与氧化锌避雷器非线性特性相同的氧化锌阀片串接在避雷器下方,以串联分压的方式将过电压信号从分压阀片上采出,然后通过MATLAB软件对氧化锌阀片的伏安特性方程进行多项式拟合并搭建分压器仿真电路,探究出分压比的变化规律与影响因素,最后开展雷电过电压与操作过电压下的氧化锌阀片分压实验,实验结果证明了仿真的有效性与技术路线的可行性。

基于滑动窗奇异值分解的局部放电信号检测方法

在局部放电信号检测过程中,局部放电信号幅值小,易受到噪声干扰,导致低信噪比下局部放电信号检测与波形恢复难度大。本文提出了基于滑动窗奇异值分解的局部放电信号检测方法。该方法利用噪声干扰信号与局部放电信号奇异值的差异性,通过滑动窗分段处理,建立奇异值差值序列,达到降噪与还原局部放电信号的目的。仿真与实测结果表明,本文方法在抑制噪声干扰和还原局部放电信号方面相比传统方法更具优势,且稳定性更好,适合在混合噪声干扰下实现对实测局部放电信号的检测和波形恢复。

基于S参数的GIS特高频传感器现场校验方法研究

特高频法通过传感器检测GIS设备故障条件下特高频电磁波信号,若传感器灵敏性出现异常,将导致GIS运行稳定性下降。针对此问题,研究基于S参数的GIS特高频传感器现场校验方法。以一个双端口网络描述GIS设备内两个特高频传感器及其间的GIS结构,嵌入S参数网络,通过测量相邻两传感器间的传递函数,检测GIS设备内相同结构位置处特高频传感器的原始单端插入损耗曲线、初始单端插入损耗均值、初始单端插入横向相对误差等,能够获取GIS特高频传感器性能及其布置方式,高精度检测GIS内置特高频传感器在安装条件下与运行条件下的运行态势。实验结果显示:该方法不受注入脉冲宽度影响,可准确校验传感器灵敏性,提升GIS运行稳定性。