小型化GIS隔板绝缘子电场优化设计

为解决小型化SF_(6)气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosed switchgear,GIS)沿面闪络频发的问题,以交流220 kV GIS隔板绝缘子为研究对象,基于电场设计准则、沿面闪络事故原因分析和电场的有限元分析计算结果,提出小型化GIS隔板绝缘子的电场设计中场强控制的关键点。研究发现:①目前GIS绝缘件的电场设计准则没有考虑两因素对沿面绝缘的影响,一是SF_(6)气体中沿面闪络电压比气体间隙击穿电压分散性大,二是特快速瞬态过电压对附着金属微粒盆式绝缘子沿面的绝缘威胁比标准雷电过电压大;②为提高盆式绝缘子的沿面绝缘强度,不仅要优化电场分布使得放电不沿面发展,还要降低微粒积聚区域的电场强度提升沿面的金属微粒容错性;③盆式绝缘子具有较好的金属微粒容错性,更适用于金属微粒较多的开关气室,相比之下,平盘绝缘子更适用于金属微粒相对较少的母线气室;④在沿面电场强度校核中,盆式绝缘子需重点关注绝缘子凹面电场强度最大值,平盘绝缘子则需关注沿面接地端电场强度最大值;⑤在内绝缘校核方面,2种绝缘子均需要关注内嵌电极表面电场强度的控制。

大功率高频变压器绝缘问题研究综述

高频变压器是电力电子变换系统中负责电气隔离和电压变换的关键器件。大功率高频变压器紧凑化的结构使其复合绝缘或浇注绝缘承受严苛的电、热和机械应力,给绝缘设计带来很大挑战。该文首先回顾了高频变压器的应用背景和结构形式,然后分析了高频变压器主绝缘和纵绝缘承受的电压应力,指出变压器局部介电损耗的问题,从优化设计的角度表明了功率密度与绝缘可靠性之间的矛盾,并阐明了高频变压器绝缘承受机械应力。提取了近年来高频变压器样机的绝缘设计中常用的绝缘材料、绝缘形式、绝缘等级,分析了绝缘设计对变压器体积、电场分布及寄生参数等的影响,提出绝缘设计流程的改进方向。高频电压下聚合物绝缘的介电损耗、局部放电和空间电荷特性是目前相关研究的关注重点,而这些因素之间通常互相耦合。分析归纳了高频方波波形参数和温度等条件对局部放电、绝缘寿命、空间电荷和电树枝发展规律的影响,指出研究领域的空白。最后,对高频变压器应力特点、绝缘设计和绝缘问题研究现状进行了总结。

架空裸导线涂覆机器人作业关键因素分析及其参数优化

为了提高电网带电作业的安全可靠性,针对架空裸导线不停电绝缘化处理问题,结合一种自动涂覆绝缘胶的机器人装置,通过分析该装置注胶系统的注胶桶收敛角、胶管内径、注胶工作参数对涂覆质量的影响,开展仿真研究,得到注胶系统压力场、速度场的分布规律。利用多目标遗传算法求解涂覆作业关键技术参数的优化问题,以较大的胶管出口压力、出胶速度与较优的胶体流动稳定性作为提高注胶系统涂覆质量的优化目标,得到涂覆机器人注胶系统的最优结构及工作参数组合。试验结果表明:以LGJ-120/20规格导线为例,注胶系统的注胶桶收敛角约为23°、注胶压力约为1.925×10~5 Pa和管径为12 mm时,可以达到较好的涂覆质量,满足电网带电作业安全可靠的要求。

直流电力设备表面电致水滴变形现象的数值模拟方法

电致水滴运动变形是一种涉及电场与流体场相互耦合的复杂物理现象,常见于雨后的绝缘子金具、设备高压均压环表面,高效快速的数值模拟方法是揭示雨滴变形和激发电晕的物理机制的基础。为此针对三维电动流体模型数值计算中常见的计算时间长、收敛困难的问题,从电场唯一性定理出发提出了基于场等效的数值模拟方法,从光偏折原理出发搭建了基于阴影法的水滴变形现象观测平台,通过数值仿真与试验拍摄结果对比的方式验证了该方法的有效性。研究结果表明:本文方法构建的电场与原始电场的相对误差在0.01%以内;数值模拟得到的水滴在正极性直流电压下的喷射形态与试验符合较好,通过比较水滴根部、中部、头部宽度和长度,表明数值模拟和试验的相对误差在10%以内,验证本文模拟方法的有效性,同时在保证收敛性的情况下计算时间由8 h缩短至1 h。

基于热重-红外联用技术的复合硅橡胶老化研究

复合硅橡胶绝缘子已广泛应用于架空输电线路中,但其老化一直是困扰电力行业的重要问题。为探究复合硅橡胶的老化过程,在盐雾环境下加快复合硅橡胶样品的老化过程,采用扫描电子显微镜观察样品老化过程中表面微观形貌变化;并利用热重和傅里叶变换红外光谱分析试样老化过程中的组分质量分数和官能团变化;运用热重-红外联用技术分析复合硅橡胶样品的热解产物。结果表明,盐雾老化后样品的热解产物中含有水蒸气、CO_(2)及少量的有机硅,这说明盐雾老化会使样品的Si-CH_(3)、Si-(CH_(3))_(2)等侧链疏水基团发生水解,产生硅羟基(Si-OH)、碳羟基(C-OH)等羟基化基团,影响样品的疏水性能,进而降低耐污染性能。

10 kV管型绝缘母线典型缺陷下的电场畸变分析

变电站管型绝缘母线接头潮气侵入和残留导电微粒是其常见缺陷,缺陷导致接头电场分布发生畸变,危及其绝缘性能,甚至发生绝缘击穿、烧毁等事故。本文采用有限元多物理场仿真技术,基于实际结构构建了绕包式管型绝缘母线接头模型,分别在金属屏蔽层与主绝缘层界面、主绝缘层与内密封层界面设置长度分别为10、30、50 mm的3种不同水膜和半径为0.5 mm的半圆形导电杂质,利用COMSOL软件进行电场仿真分析,研究不同缺陷位于不同界面对管型绝缘母线接头电场分布的影响。结果表明:水膜和导电杂质都会对绝缘带材界面电场分布产生不同程度的影响,缺陷内部场强下降,缺陷边缘场强剧增,其中绝缘界面残留导电微粒时电场畸变情况比水分侵入时更加严重,更易发生绝缘击穿事故,应加强端部密封和严防导电微粒残留。

基于有限个μPMU和压缩感知理论的主动配电网复故障定位方法

主动配电网(Active distribution network,ADN)动态行为相较传统电网更为复杂,亟需解决其故障检测和定位问题。针对配电网系统中微型同步相量测量装置(Micro phasor measurement unit,μPMU)的运用,提出基于有限个μPMU的复故障定位策略。首先,根据任意线路故障下全网可观的μPMU优化配置方案建立短路、断线故障线路等效模型,通过分析模型将电流故障分量等效至相邻两端节点形成虚拟注入电流向量。其次,利用压缩感知理论求解故障网络节点电压方程,根据重构电流向量中非零元素的位置得到可疑故障节点,并基于可疑故障节点及μPMU配置位置划分动态候选故障域。最后,先分别构建短路、断线区域判据,确定故障区间,再进一步根据区域两端推算电压构造线路判据,精确判断故障线路及类型。基于改进的IEEE 33节点配电网系统进行仿真分析,仿真结果表明,基于有限个μPMU的复故障定位策略是可行的,该策略能够有效判断故障的精确位置。

变电站应对石墨纤维异常侵害的预警与防护研究

变电站是电网电能分配、变换和传输的枢纽,它的安全是社会稳定和经济发展的必然保障。变电站的重要性决定了它在战争时必然会成为军事打击的首要目标。石墨纤维是一种熔点高、导热性良好、化学稳定性高的导电物质,也是制备专门攻击变电站等电力设施的军事炸弹的主要材料。因此有必要对变电站针对石墨纤维异常侵害的预警与防护进行研究。构建变电站三维模型,采用有限元法计算以石墨纤维为代表的异物入侵时变电站的电场变化情况,提出基于传感技术的电力系统预警方法,并进行风幕式防护的仿真分析,提出石墨纤维侵害下的变电站风幕式防护方法。旨在提高变电站的应变和防御能力,为变电站应对以石墨纤维为代表的导电异物的侵害提出了参考和理论支撑。

66kV湿式轻型海缆特殊试验研究

为了模拟66kV湿式轻型海底电缆在全寿命周期中可能承受的压溃、拉伸、弯曲、冲击、扭转等多种机械载荷,根据机械载荷类型的不同搭建了不同的试验平台,针对压溃载荷,利用摩擦试验平台模拟海底电缆的短期受压情况,利用重物长期堆叠模拟海底电缆的长期受压情况;利用疲劳试验机、弯曲刚度试验机搭建拉伸弯曲试验平台,模拟还原海底电缆运行过程中承受的拉伸、弯曲载荷;利用冲击试验机模拟海底电缆在实际过程中承受的冲击载荷;搭建扭转试验平台,利用角度传感器、力传感器测量海底电缆承受的扭转载荷。通过对66kV湿式轻型海底电缆进行以上特殊机械试验,对试验数据进行相应的分析从而得到电缆允许的压溃载荷、侧压力、抗冲击能力、刚度、允许扭转角度等工程相关信息,为海底电缆的生产、导缆、运输、敷设、施工作业以及后期运维提供试验数据的支持。

XP-70瓷绝缘子串积污特性数值仿真研究

以3片XP-70瓷绝缘子串为研究对象,建立数值风洞仿真模型,基于欧拉气固两相流分析模型,利用污秽体积分数评价绝缘子的积污程度,对XP-70绝缘子的积污特性进行数值仿真分析。研究表明,绝缘子迎风面静压最大,与污秽颗粒碰撞激烈,同时空气流体经过绝缘子时在湍流的作用下容易在绝缘子背风面和底部构成回流;绝缘子表面污秽积污监测点积污程度与环境中污秽体积分数成正比,绝缘子迎风面、背风面和底面的积污监测点积污程度随风速和粒径的增大而增大,背风面的积污程度要低于迎风面和底面;绝缘子侧风面积污程度最低,绝缘子侧风面积污监测点的积污量随风速和粒径的增大而减小。

基于CEEMDAN和TCN的变压器油中溶解气体含量预测

准确预测油中溶解气体含量的变化趋势,对变压器的状态评价和寿命评估有着积极的作用。为了提高油中溶解气体预测的准确性,文中提出一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)和时间卷积网络(time convolution network,TCN)的油中溶解气体预测方法。首先,通过CEEMDAN方法将油中溶解气体含量的原始序列分解为多个本征模态分量,并将其中的稳定分量与非稳定分量分离;其次,对本征模态分量分别建立TCN并预测未来趋势变化;最后,叠加TCN对各个本征模态分量的预测结果,重构得到原始序列的预测结果。实例分析表明,该预测方法的均方根误差、平均绝对误差、最大误差分别为1.01μL/L、1.53μL/L、5.54μL/L,相较于未采用CEEMDAN算法时分别减小了53.47%、41.18%、13.36%;在使用CEEMDAN的情况下,对比常用的递归神经网络,3种误差均最小。且对比现有油中溶解气体预测方法,文中提出的油中溶解气体预测方法具有更高的预测精度,可以为制定状态检修策略提供更有效的支撑。

GIS不同耦合方式下注入脉冲的加权IMF局放信号等效性

注入脉冲模拟局放是气体绝缘金属封闭组合电器(gas insulated switchgear,GIS)特高频(ultra high frequency,UHF)局放监测装置功能校验的主要方法,由于现场校验脉冲注入的耦合方式不同,模拟局放与实际局放等效性规律尚不明确,无法保证监测装置功能校验的有效性。文中首先建立126 kV GIS典型局放缺陷(尖端、悬浮、绝缘子气泡)和内/外置式脉冲注入UHF局放检测平台,并对UHF信号有效脉冲进行归一化提取;接着提出基于经验模态分解的加权本征模函数(intrinsic mode functions,IMF)信号处理方法,通过计算局放信号欧式距离平均值和最大值表征其等效性;最后与常规信号偏差法进行对比验证。研究表明,相较于常规信号等效性分析方法,加权IMF法可有效解决UHF信号波形局部差异较大的问题;使用内置传感器脉冲注入的模拟局放信号与悬浮局放信号等效性最高,局放信号的欧式距离平均值M_(e)和最大值M_(a)分别为3.82%和10.28%。因此,UHF监测装置功能校验可采用恒定参数注入脉冲代替悬浮缺陷,且模拟局放可优先选择内置UHF传感器注入脉冲。文中研究可为UHF局放监测装置功能校验的脉冲注入方法提供参考。

油纸绝缘缺陷局放UHF抗干扰定位及优化布置方法

特高频(ultra high frequency,UHF)局放检测是变压器油纸绝缘缺陷定位的常用方法,实际应用过程中局放定位准确性易受噪声和传感器布置方式影响。为保证变压器油纸绝缘缺陷局放定位检测有效性,文中首先建立油纸绝缘缺陷UHF局放定位检测平台,在常规K-means方法的基础上,提出基于修正聚类分界的变压器油纸绝缘缺陷局放抗干扰定位方法,有效降低了定位误差。然后针对样本聚类分界混叠问题,选择最优修正系数L为1.1时,UHF局放定位误差可减小至0.1 m内,验证了文中方法的有效性。最后分析不同传感器布置方式的定位误差变化规律,提出变压器油纸绝缘缺陷检测用UHF传感器优化布置方案,可为变压器局放在线监测传感器布置及定位提供参考。

变压器局部放电传播特性及监测点位的优化研究

局部放电超声波信号在电力变压器设备外壳上衰减严重,导致不同位置传感器接收的局部放电信号存在巨大差异,极大地影响了其在现场应用时的测量精度和检测效率。为此,本文采用有限元仿真软件建立油浸式电力变压器分区模型,得到局部放电超声波信号在油箱主面的分区规律,并形成变压器空间声压和分区声压的分布图谱。基于Pearson相关系数与K-means聚类的监测点位优化方法,优选出空间声压与分区声压敏感度最佳的监测点位,并进行对比测试。结果表明:A等级监测点的平均检测效率为86.0%,实现了变压器局部放电的高效检测,为超声波传感器布置点位的选择提供了新方法。

高压直流输电线路的非对称设计

高压直流输电线路的非对称设计是一个综合性工作,需要考虑线路的电气参数、结构参数和运行状态等方面的非对称性,通过分析、优化和调整高压直流输电线路各参数,以减少非对称性的影响,保障线路的安全稳定运行。本文研究了高压直流输电线路设计的限制条件和高压直流线路的构建,并通过试验进行了验证。结果表明,通过不对称性增加输电塔MW额定值的增量成本比新建工程的每MW公里成本低一个数量级,在主要关注地场效应的情况下,不对称性的优势更明显。

基于雷电侵入波冲击电流全景数据的避雷器故障诊断

避雷器运行环境差,发生故障频率高,当前方法故障诊断方法耗时长、易出现误判,为此设计基于雷电侵入波冲击电流全景数据的避雷器故障诊断方法。首先采集全雷电侵入波冲击电流全景数据,通过提升小波方法对数据进行分解处理,获取不同层数下的对应细节信号,提取电流信号特征,然后采用神经网络模式识别的自学习能力和自组织能力建立避雷器故障诊断模型。仿真模拟测试结果表明,所提方法不仅可以实现避雷器单个故障的准确诊断,也可以实现避雷器多个故障的准确诊断,具有一定的应用价值。

12 kV环保气体绝缘环网柜电场分析及优化设计

近年来,环保气体作为SF 6的替代气体用于电力设备上成为了国内外的研究热点。为解决12 kV环保气体绝缘环网柜的放电问题,提出了金属均压罩和均压绝缘套两种优化设计方案加强环网柜绝缘薄弱部位,通过仿真分析对比了两种优化方案的电场分布情况,确定采用均压绝缘套方案作为最终的绝缘优化方案。

550kV GIS盆式绝缘子小型化设计(三)——缩比结构验证

为制造经小型化设计的550 kV盆式绝缘子并验证其电气性能,采用3D打印结合环氧树脂浇注工艺制备了1:10缩比绝缘子。首先,将氧化铝填料与光敏树脂复合作为低相对介电常数(3.98~4.20)3D打印浆料,根据光固化与流变特性确定填料含量及打印参数后,利用立体光固化3D打印机制备低介电常数的绝缘子主体。随后,将二氧化钛填料与环氧树脂复合作为高相对介电常数(11.32~14.58)真空浇注浆料,浇注至3D打印绝缘子预留的高介电常数区域内,加热固化完成缩比绝缘子的制造。0.2 MPa下SF6氛围中的工频耐压实验结果表明,优化后的绝缘结构具有更优的绝缘强度。相同绝缘距离下,几何形状优化绝缘子闪络电压较常规绝缘子提高13.6%,几何形状/介电分布联合优化的绝缘子提高13.8%;绝缘距离减少15%后,联合优化绝缘子耐电强度与常规绝缘子相当;当法兰侧“楔形”气隙内存在金属丝时,相同绝缘距离下,仅进行形状优化的绝缘子耐电强度提升幅度降低至6.7%,而联合优化绝缘子由于在法兰侧形成低电场区域,闪络电压仍可提高13.1%。结果表明,几何形状/介电分布联合优化绝缘子具有显著的绝缘优势。

GIS母线三相共箱盆式新型环保绝缘子

介绍新型126 kV三相共箱盆式绝缘子的设计特点,并利用有限元分析软件对绝缘性能和机械性能进行详细计算分析。模拟计算与试验结果表明,该绝缘子接地屏蔽环的设计结构能有效降低三相交接区电场强度;盆式绝缘子的环状凸台设计结构能够承受较高气压值;在浇注过程中,将特殊材质的界面剂涂抹在中心嵌件表面能有效提高嵌件与环氧树脂的黏结强度。该绝缘子顺利通过型式试验,进一步验证了设计结构具有较高绝缘性能和机械性能。

一起110 kV电缆充油式户外终端发热缺陷分析及处理

一般电缆充油式户外终端均位于电缆终端杆(塔)上,运行条件复杂、缺陷不易发现。发热缺陷作为电缆充油式户外终端常见缺陷之一,已有多起报道。目前红外测温技术的推广普及,可显著提升该缺陷的发现率。以一起110 kV电缆充油式户外终端发热缺陷为例,介绍了红外测温、高频局放检测、X光检测等技术的应用情况,通过对该缺陷的解剖,分析了电缆终端发热的原因,并提出了相应建议。