脉冲涡流缺陷检测理论与技术研究综述

由于具有非接触、效率高、检测信号的信息含量丰富等诸多优点,脉冲涡流技术被广泛应用工业产品的缺陷检测,尤其是带包覆层、异质、以及多层导电结构等检测难度极大的工业产品。脉冲涡流探头结构的设计和优化是提高检测灵敏度和准确度的关键,目前大量的研究工作围绕探头结构的设计和优化开展;不同材质、结构、以及缺陷类型或形状需要选用合适特征量表征,特征量的选取与分析也是脉冲涡流技术研究的关键;另外,由于脉冲涡流检测信号受提离高度影响极大,未知提离高度的缺陷准确检测面临极大的挑战,因此提离效应的抑制也是研究的重点之一。本文从探头的设计与开发、特征量的选取与分析、提离效应的抑制等方面,对脉冲涡流检测技术的研究进展进行综述。同时,为更好的推动脉冲涡流检测技术发展,论文在现有的研究基础上,对脉冲涡流探头设计、特征量分析、以及提离效应抑制等进行了展望。

基于寄生电感优化的分立器件布局方法研究

为了探究分立器件与PCB组合形成的半桥电路时采用何种布局方式才能尽最大限度减小线路寄生电感的问题,基于换流回路寄生电感概念,提出了一种经优化的分立器件在PCB上的布局方式,进而减小换流回路的寄生电感,随后通过有限元仿真软件评估并验证不同布局方式所产生的寄生电感,并结合LTspice电路仿真软件评估不同布局方式对器件电开关特性的影响,最后通过双脉冲实验验证了所设计的一种经过优化布局半桥电路的优越性.所提供的半桥电路的设计方法为分立器件在PCB上的布局提供了理论和技术支撑.

清香型白酒大曲中产酶产香霉菌的筛选、鉴定及耐受性研究

该研究采用传统培养分离技术结合形态学观察从清香型白酒大曲中分离霉菌,并通过糖化力、液化力、酯化力、脂肪酶活及产香能力分析从中筛选产酶及产香性能优良的霉菌。通过分子生物学技术对筛选菌株进行鉴定,并对其耐高温、耐pH、耐乙醇能力进行分析。结果表明,从清香型大曲中共分离出6株霉菌,从中筛选得到1株产酶及产香性能优良的霉菌,编号为MJ-5,该菌株在麸皮培养基中30℃培养3 d后,糖化力为258.02 U/g、液化力0.42 U/g、酯化力为44.51 U/g、脂肪酶活力为8.98 U/g;菌株MJ-5麸曲中的苯乙酸乙酯(15.7%)、月桂酸乙酯(1.74%)相对含量较高,有助于增加白酒果香,此外还检测到了(-)-alpha-古芸烯(0.96%)。经鉴定,菌株MJ-5为分支横梗霉(Lichtheimia ramosa),其具有较好的耐受性,可耐受高温39℃、pH值4、乙醇体积分数6%的生长环境。

C_(6)F_(12)O混合气体与三元乙丙橡胶的相容性研究

C_(6)F_(12)O作为一种新型环保绝缘气体,与缓冲气体混合后具有作为绝缘介质运用于中低压电气设备的潜力。然而,环保气体绝缘设备内的密封材料是否与C_(6)F_(12)O长期兼容还有待深入研究。为此,本文研究了C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体与气体绝缘设备中常用的三元乙丙橡胶(EPDM)的相容性和O_(2)对C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体与EPDM相容性的影响。本文搭建了气固相容性实验平台,并结合实际运行温度进行不同温度下C_(6)F_(12)O混合气体与EPDM的相容性实验,测试了实验后EPDM的表面形貌、表面元素、力学性能和气体成分的变化,以确定C_(6)F_(12)O混合气体与EP-DM的长期相容性。同时,构建了C_(6)F_(12)O混合气体与EPDM分子链的仿真模型,基于分子动力学(MD)理论计算了C_(6)F_(12)O、CO_(2)与EPDM之间的扩散系数、相互作用参数和混合能。结果表明:在110℃热加速实验后EPDM表面产生鳞状结构,并在EPDM表面检测到C—F键、有机氟化物和金属氟化物,EPDM的力学性能降低,实验后主要气体产物为C_(3)F_(6)和C_(3)F_(7)H。加入O_(2)后,EPDM在90℃时表面出现凸起,并且有大量O、F元素积累在表面,EPDM力学性能下降,气体产物增多。理论计算也表明升高温度和加入O_(2)会加速C_(6)F_(12)O混合气体在EPDM中的扩散,导致气体分子与EPDM相容性变差。本文的研究成果将为C_(6)F_(12)O气体绝缘设备的设计和制造过程提供参考。

基于动态双硫键的本征自修复环氧绝缘材料性能研究

传统环氧树脂的三维交联结构赋予了其良好的理化特性和绝缘性能,但也因此不可自我修复、难以回收再利用,一旦内部出现损伤,往往意味着绝缘性能劣化甚至完全丧失。为了使环氧绝缘材料具备自我修复能力,延长其使用寿命,该文制备了一种含双硫键的环氧基体-4,4’-双(环氧丙氧基)二苯二硫醚,并分别通过环氧基体和固化剂引入自修复所需双硫键,获得自修复环氧绝缘材料。为了探究不同原料配比、不同双硫键含量对环氧树脂力学性能、电气性能及自修复性能的影响,采用红外光谱仪、动态热机械分析仪及宽频介电仪等手段对材料进行了表征与分析。结果表明,在环氧基体中引入双硫键对材料基本特性的影响比固化剂更大,适量引入双硫键可在保证环氧绝缘材料原始特性基本不变的情况下,使其具备一定的自修复能力。

温度对GIS内部固体绝缘缺陷间歇性放电特性影响研究

针对现场气体绝缘组合电器(gas insulated substation,GIS)局部放电绝缘缺陷漏报、误报情况频发的问题,文中根据GIS实际运行温度范围对GIS内部常见固体绝缘缺陷开展不同温度下间歇性放电特性试验研究,搭建GIS电-热耦合间歇性放电模拟试验平台,采用脉冲电流法、特高频(ultra high frequency,UHF)法、超声波法和气体特征组分检测法获取不同温度下固体绝缘缺陷间歇性放电特征数据并进行分析。研究发现:UHF法和脉冲电流法在不同温度下均能有效检测到试验缺陷间歇性放电UHF信号,超声波法和气体特征组分检测法无法有效采集到有效放电数据;固体绝缘表面金属污秽缺陷和内部气隙缺陷间歇性放电电压与温度呈负相关,污秽缺陷间歇性放电电压呈较为明显的线性下降趋势,气隙缺陷间歇性放电电压呈先大幅下降后较平缓线性下降趋势;污秽缺陷间歇性放电的平均放电量和UHF信号幅值与温度的升高呈正相关;污秽缺陷放电间歇性在不同温度下随放电时间的增加会增强,而气隙缺陷放电时间间隔在26℃、40℃、50℃下能由秒级发展为毫秒级,存在演变成击穿放电的风险。文中研究成果进一步丰富了GIS间歇性放电理论体系,有助于提升现场GIS间歇性放电的有效诊断率。

压力管道缺陷电磁超声/脉冲涡流复合检测方法研究

针对压力管道内、外壁缺陷快速检测的需求,根据电磁超声/脉冲涡流复合检测原理,研究压力管道深层和表层缺陷同步检测方法。首先,利用有限元仿真软件建立电磁超声/脉冲涡流复合检测模型,研究复合式探头的检测原理;接着,研究深层及表层缺陷对电磁超声/脉冲涡流复合信号的影响规律和信号分离方法;最后,制作电磁超声/脉冲涡流复合式探头实物,并对带有深层和表层缺陷的压力管道试件进行试验测试。试验结果表明:论文研究的复合检测方法能够从管道外部有效检出压力管道外表面宽1 mm、深2 mm裂纹和管道内壁2 mm厚度减薄缺陷,弥补了两种检测技术单独使用时存在缺陷检测盲区的不足,且具有较高的检测精度。该检测方法经过进一步优化有望用于压力管道表层和深层缺陷同步快速检测。

三线圈无线电能传输系统恒压输出研究

针对自动引导车(AGV)无线电能传输(WPT)系统中磁耦合机构偏移影响输出电压稳定的问题,在输出并联型LCC/Multi-S的基础上提出了一种新型三线圈结构的WPT系统。该系统采用一种新型类中国结(CK)线圈结构和DDQ线圈作为磁耦合机构,通过合理参数配置,不仅实现了与负载无关的恒压(CV)输出,并且实现了X方向、Y方向以及XY方向同时偏移时的CV输出。利用COMSOL有限元仿真工具对该磁耦合机构的互感特性进行了仿真分析,从理论上证明了系统在线圈偏移的工况下能够实现CV输出;最后,搭建了试验平台验证了理论分析的正确性和可行性。

流动绝缘油中纤维杂质颗粒运动特性仿真研究

变压器油中纤维杂质颗粒在高压梯度场环境中易发生集聚,形成“贯通性”杂质颗粒小桥,诱发击穿放电的发生。受到强迫油循环风冷(OFAF)或导向风冷(ODAF)的影响,现场大型电力变压器中绝缘油处于流动状态,导致悬浮在绝缘油中的纤维杂质颗粒的运动特性发生改变。基于此,该文采用动力学分析方法构建了单颗粒纤维杂质在流动绝缘油中的固-液两相流多物理场模型,研究了在不同纤维杂质颗粒尺寸、电场强度幅值、油流速度、油温、初始速度和位置条件下单颗粒纤维杂质在高压直流场中的运动轨迹,获得了纤维杂质颗粒在流动绝缘油中的运动规律和影响因素。结果表明:纤维颗粒的初始速度仅对最大运动速度有影响,对颗粒与电极的碰撞次数无影响;在均匀电场中,纤维颗粒初始位置的改变,对其运动特性无影响;油流速增大将导致纤维杂质颗粒通过极板的速度变快,使得颗粒与电极板的碰撞次数减小,直径为50μm的纤维杂质颗粒在电场强度为10kV/cm、油流速度为0.4m/s的条件下几乎不会和电极发生碰撞,表明在该条件下很难形成杂质颗粒小桥,绝缘油流速是研究大型电力变压器绝缘油内纤维杂质颗粒集聚特性时要重点考虑的因素。

基于行波反射的干式空心电抗器匝间短路故障诊断方法研究

匝间短路是干式空心电抗器的主要故障类型,目前缺乏有效的离线检测手段以在投运前及时发现潜在的故障。本文基于多导体传输线理论搭建干式空心电抗器绕组的分布参数模型,模拟脉冲信号注入后的折反射过程,研究匝间短路对绕组首、末端响应信号的影响规律。在此基础上提出以响应信号绝对值的积分值构建特征波形,并从中提取特征值对绕组的匝间绝缘状态进行诊断。结果表明:本文基于波过程及多导体传输线理论提出的4组特征值法试验结果与仿真计算结果一致,通过对不同结构电抗器模型进行仿真计算,发现不同结构电抗器发生匝间短路故障时的特征值变化趋势也一致,因此上述方法可应用于不同结构电抗器匝间短路故障的诊断。研究成果可为干式空心电抗器匝间短路故障严重程度和区域定位的诊断提供指导。

SF_(6)及SF_(6)故障分解气体与局部放电柔性特高频天线传感器基底相容性实验研究

采用柔性内置特高频(UHF)天线传感器是解决气体绝缘组合电器(GIS)内部潜伏性局部放电(PD)绝缘缺陷微弱高频电磁波信号感知的有效方法,而柔性UHF天线传感器基底材料和SF_(6)及其故障分解气体之间的相容是实现柔性UHF天线传感器内置于GIS的关键。基于此,该文通过搭建SF_(6)及其故障分解气体与PD柔性UHF天线传感器基底相容性实验平台,结合GIS实际运行环境温度,开展了多种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料与SF_(6)及其故障分解气体相容性实验研究,利用傅里叶变换红外光谱仪、气相色谱质谱联用仪、扫描电镜、X射线光电子能谱仪分别从SF_(6)气体成分侧、柔性基底表面形貌及元素变化情况侧进行测试分析。实验发现,聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)三种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料均不会对SF_(6)气体成分造成影响;常用的PI柔性UHF天线传感器基底会与SF_(6)故障分解气体中的SOF_(2)发生反应,导致SOF_(2)含量明显减少;PET在纯SF_(6)最高允许运行温度110℃条件下会发生轻微氧化;PI、PET两种PD柔性UHF天线传感器基底表面均会生成较多的含氟化合物;在研制柔性UHF天线传感器时宜选用PDMS基底。研究成果对GIS柔性内置UHF天线传感器的设计和应用具有重要的参考价值。

矿山自卸车用刹车片摩擦材料研究

研制了一种应用于矿山自卸车刹车片的摩擦材料。该材料将碳纤维、玻璃纤维及矿物纤维混杂作为增强纤维,配合黏结剂与填料组成基本配方,在此基础上添加不同含量的金属粉制备刹车片试样。经定速摩擦试验分析表明,3种纤维混合并添加金属粉后的配方改善了刹车片的热稳定性及耐磨性,将摩擦试验数据进行处理后,优选了刹车片性能最优的摩擦材料配方。

ZSM-5分子筛对C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体及其过热分解产物吸附性能研究

目前,C_(6)F_(12)O环保绝缘介质已在气体开关柜中得到应用,选择合适的多孔材料对C_(6)F_(12)O混合气体分解产物吸附处理,既能保证开关柜的稳定运行,也可为大力推广C_(6)F_(12)O环保气体开关柜的应用提供安全保障。本文通过气体吸附实验探究ZSM-5分子筛对C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体模拟过热故障后分解产物的吸附性能及对两种主要绝缘介质C_(6)F_(12)O/CO_(2)浓度的影响;同时,基于分子动力学仿真模拟吸附过程,计算浓度分布函数、径向分布函数、扩散系数等动力学参数以厘清吸附机理。实验结果表明:模拟过热故障后C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体的主要分解产物为C_2F_6、C_3F_8、C_4F_(10)、C_3F_6、C_3F_7H、C_5F_(12)和C_6F_(14)。ZSM-5分子筛对大部分分解产物都有吸附作用,对C_3F_8、C_4F_(10)、C_3F_7H这3种分解气体吸附性能优异,吸附率均超过80%;对C_2F_6、C_3F_6分解气体有一定的吸附能力,但吸附效果不明显;对C_5F_(12)、C_6F_(14)分解气体基本不吸附。实验前主绝缘介质C_6F_(12)O、CO_(2)浓度较高,ZSM-5分子筛对其浓度影响较小,实验后吸附率分别为1.77%和0.25%。理论计算结果表明:ZSM-5分子筛能够很好地吸附动力学直径与自身孔径相当的气体分子(C_2F_6、C_3F_8、C4F1_0、C_3F_6、C_3F_7H),对于体积过小或过大的气体分子(CO_(2)、CF_4、C5F1_2、C6F1_2O、C_6F_(14))吸附作用不明显。ZSM-5分子筛可用于C_(6)F_(12)O环保绝缘气体开关柜中对分解产物进行吸附处理,以保证设备安全稳定运行;同时,为相关电力防护设备中过滤材料的选择提供参考。

限制调频范围的不对称多模式宽输出LLC变换器

频率控制的传统LLC谐振变换器往往受限于开关频率的有效调节范围,难以实现宽输出电压范围,为此,研究了一种限制调频范围的不对称多模式宽输出LLC谐振变换器。采用双谐振腔且对应两变压器变比不同的不对称结构,能够根据原边开关组合的不同,使得双谐振腔分别工作在单半桥、双半桥和半桥+全桥3种不同的模式,从而获得3种不同的电压增益,并且保证每种模式之间归一化增益调节范围不超过1.5,可以在窄开关频率范围内实现宽输出电压范围。建立300 W的实验样机,验证了所提变换器可实现1~3倍的宽输出电压范围,并且实现了原边开关管的零电压开通和副边二极管的零电流关断,具有良好的软开关性能,验证了变换器的可行性。

基于SSA-VMD-INGO-RF的短期风电功率预测

为解决风电功率输出的不确定性、弱化电网波动以及电网的提质增效等问题,提出一种基于变分模态分解(VMD)、Piecewise混沌映射、北方苍鹰优化(NGO)算法和随机森林(RF)的组合模型。该模型采用麻雀搜索算法(SSA)对VMD核心参数(K值和惩罚系数α)进行寻优,通过SSA-VMD将原始功率序列分解为多个有限带宽的特征模态分量,以降低原始数据的复杂度和非平稳性对预测精度的影响;然后,构建模态分量并在改进的北方苍鹰算法优化随机森林中进行预测;最后,将各分量预测结果叠加,得到最终预测值。以内蒙古某风电场的实测数据为研究对象,将所提组合模型与另外6种模型进行比较。结果表明,所设计模型预测结果平均绝对百分比误差(MAPE)为1.734%,均方根误差为0.068 MW,R2为0.992,证明了该模型的有效性。

宽输入电压范围的软开关四路均流LED驱动器

为了应对LED的不同输入电压等级应用场合,提出了一种具有宽输入电压范围的四路LED驱动器。该驱动器将Buck-Boost结构集成到全桥网络中,通过不同的开关组合工作在不同的模式,从而获得宽增益。采用无源均流方式实现了四路LED输出均流。由于驱动器的工作特性,开关管无需添加无损缓冲电路即可在全范围内实现零电压开通。详细分析了该驱动器的调制策略、工作原理和性能。最后,搭建了一个69 W的实验样机,实验结果表明该驱动器的输入电压范围为17 V~216 V,均流误差低于3.7%,最大效率可达97.8%。

纳米材料在食品生产和保鲜中的应用

为了保证日常食品新鲜,针对食品加工、包装和运输过程中的杀菌、防腐、冷藏工序进行优化变得尤为重要。纳米材料因具有良好的热学、磁学、力学性能被广泛应用到食品生产领域,可以缩短食品杀菌时间,保持食品的感官和营养特性。本文围绕纳米材料在食品工业领域的应用进行了概述,分别从纳米流体应用于液态食品杀菌、细菌纳米纤维素薄膜应用于食品包装、纳米相变蓄冷材料应用于冷链物流3个方面展开,介绍了纳米流体、细菌纳米纤维素薄膜和纳米相变蓄冷材料的制备方法,分析了纳米材料应用过程中存在的技术难点,并总结了纳米材料在食品工业领域的应用前景。

基于四波横向剪切干涉的表面形貌测量方法

为了解决传统四波横向剪切干涉测量系统中特定分光器件存在的加工难度高、光谱适用范围受限等问题,利用空间光调制器替代分光光栅将入射光分为4束横向剪切相干子波,通过灵活调整光栅的折射率来调制子波衍射效率以适应照明光源,再根据子波两两干涉效应重建出反映样品折射率和高度信息的光程差分布,即可实现宽光谱大尺寸范围内的表面形貌精确测量;结合傅里叶变换法研究了入射光不同波长对光程差重建精度的影响规律,并利用空间光调制器搭建了1套适用于可见光至近红外的宽光谱四波横向剪切干涉测量系统。结果表明,该系统对石英标准样件刻蚀深度的测量结果为209.39 nm±1.72 nm,与其标称值210.83 nm±2.39 nm和白光干涉仪测量值212.92 nm±1.35 nm基本保持一致,验证了所提表面形貌测量方法的有效性。该研究可为四波横向剪切干涉技术在表面形貌测量领域的扩展应用提供理论参考。

少油设备PD绝缘缺陷油面特征气体的变化特性

少油设备存在油量非常少、钢性全密封结构以及缺少防爆措施的客观特征,长期的局部放电(partial discharge,PD)绝缘缺陷会诱发设备爆炸、起火等安全事故的发生,而少油设备一直缺乏有效的PD绝缘缺陷检测、诊断技术。基于此,通过搭建110 kV正立式电流互感器PD绝缘缺陷油面气体检测实验平台,试验研究了少油设备不同PD强度下油面特征气体变化规律及其与油中溶解气体的关联特性,试验结果表明:PD特征气体H_(2)、CH_(4)、CO在油面上富集明显,且浓度增速远大于油中的值,基于油面气体的PD检测较油色谱检测有着更高的灵敏度;当PD绝缘缺陷严重劣化时,油中溶解气体浓度增速无明显提升且关键气体C_(2)H_(2)未达到预警值,而油面特征气体浓度均出现明显突增,其中H_(2)、C_(2)H_(2)的浓度增量最为显著,C2H2体积分数可以达到17.41×10^(–6),在放电缺陷劣化过程中通过捕捉该变化能够有效预警击穿放电的发生。油面气体浓度能够有效表征少油设备内部PD缺陷的产生、发展,该研究成果为少油设备PD绝缘缺陷的高灵敏监测提供了新的解决思路。

C_(6)F_(12)O与CO_(2)/N_(2)对变压器油分解气体火焰及HF的抑制作用

变压器油分解为可燃气体燃烧具有高危险性,新型的环保灭火剂C_(6)F_(12)O抗复燃性差会产生有害产物HF。为此研究了N_(2)或CO_(2)的加入对C_(6)F_(12)O扑灭变压器油分解气体火焰的灭火性能及有害产物HF的影响,采用化学动力学方法计算了不同当量比与混合比下C_(6)F_(12)O混合物对变压器油分解气体火焰绝热燃烧温度、活性自由基浓度的作用效果,分析了HF浓度变化及生成路径变化规律。理论计算表明N_(2)或CO_(2)与C_(6)F_(12)O具有良好的物理化学协同灭火作用,且能抑制有害产物HF的生成。研究结果为C_(6)F_(12)O灭火剂在电气火灾应用提供了理论依据和数据参考。