GIS屏蔽罩松动状态特性仿真及试验分析

机械类缺陷是GIS设备运行阶段的常见缺陷之一。针对机械缺陷导致GIS异常振动问题开展机理研究,能够有效排查现场设备故障隐患。文中首先通过有限元建模,对某126 kV三相共体式GIS运行时可能出现的屏蔽罩松动缺陷进行仿真,探究设备在缺陷状态下的异常振动机理及特征。其次,分别对建立的GIS正常模型和屏蔽罩松动模型进行磁固耦合仿真,通过后处理获得了筒体上的振动结果。最后,搭建了同一型号的GIS试验平台进行了缺陷模拟试验,对相同缺陷状态下GIS运行振动信号进行了检测分析。结果表明,文中所分析的126 kV GIS设备内部出现屏蔽罩松动缺陷时,振动信号中的主频会发生偏移,300 Hz特征频率明显增大,仿真和试验一致性较好。文中的研究成果可用于GIS屏蔽罩松动缺陷下的振动信号异常判断,采用的数值仿真及试验模型相结合的分析方法也可为更多缺陷类型研究提供思路。

随机激励下电力系统特性的计算分析

随着可再生能源发电和电动汽车的不断接入,随机激励对电力系统特性的影响日渐突出。为了研究电力系统在随机激励下的响应特性,首先,以可再生能源发电和电动汽车接入电网后所引起的功率波动作为随机激励,假设该激励的形式为高斯型白噪声,并基于单机无穷大系统,构造了带有随机功率激励项的非线性随机微分方程模型。其次,采用Heun数值方法,分析了仿真计算步长、随机激励强度以及随机激励步长对系统功角响应的影响。最后,根据系统功角响应功率谱特性,从频域的角度分析了功率随机激励下的功角响应特性,获得了相应的结论。

电力系统广义强迫振荡的内共振现象

内共振现象是非线性系统动态行为的重要表现形式。当电力系统非线性表征较强时,系统的振荡模式之间不能实现完全解耦。在模式间非线性相互作用的影响下,系统的振荡现象变得更为复杂。基于模态分析与广义强迫振荡理论,解释了系统振荡模式间相互作用机理,给出了广义强迫振荡情形下内共振现象的引发条件。仿真算例验证了所提出的内共振条件,并与狭义强迫振荡情形下的内共振结果进行对比。结果表明:在窄带随机激励下,系统振荡模式频率之间不需要满足特定的倍数关系,就可以产生明显的内共振现象,即广义强迫振荡情形下内共振现象更容易被激发。该理论为电力系统振荡分析提供了一种新的思路。

电力系统的广义强迫振荡

随着新能源发电和新型负荷的并网接入,随机激励对电力系统的影响日渐突出,且电力系统中振荡现象时有发生,但由于不明原因而难以抑制。从频域的角度,发现了电力系统在随机激励下的广义强迫振荡现象,分析了广义强迫振荡产生机理。提出的广义强迫振荡理论指出:如果输入随机激励功率谱频段能够覆盖电力系统中某些较弱阻尼模式频率,就有可能引发较大的强迫振荡,振荡中包含这些较弱阻尼模式频率分量。采用电流注入法,在新英格兰10机39节点系统进行了计算分析,结果验证了广义强迫振荡理论的正确性。所提广义强迫振荡理论是对传统狭义强迫振荡理论的突破。

电力系统随机动力学研究展望

随机性广泛存在于自然、工程和社会系统中,电力系统也不例外。20世纪70年代左右,电力系统研究逐渐考虑随机性,但偏重于稳态随机问题,而动态问题研究仍然是确定性的。近年来,新能源发电与电动汽车等的广泛接入,给电力系统动态带来不可忽视的随机性。为此,文中提出电力系统随机动力学的研究框架,聚焦电力系统在随机因素作用下的动态问题,包括电力系统的随机动力学模型、随机动态响应、随机稳定性、随机安全性、随机优化控制,并给出研究建议。

考虑随机激励的电力系统机电暂态过程模型

针对电力系统机电暂态过程,构建考虑随机激励的简化模型。给出单机无穷大系统和两机电力系统机电暂态过程随机模型,并基于EEAC理论构建多机电力系统机电暂态过程等效随机模型。结果表明,在较强假设下,多机电力系统机电暂态过程随机模型可以简化为等效的单机无穷大系统模型,模型参数分为常数和时变两种情况,随机激励可以表达为多频率随机激励的叠加。最后,给出仿真算例。算例表明,在随机激励下,功角曲线呈现出有规律的振荡,且其基本上是一个频率。

交流电晕放电下的SF_(6)气体发射光谱特性分析

为探究SF_(6)发射光谱与异常放电缺陷的关系,本文模拟了一系列交流电晕放电实验,测量并分析了放电发展过程、不同气压、不同金属材料等条件下200~1 037 nm“紫外-可见光-近红外”波长范围内的发射光谱谱线与光谱强度。结果表明:电晕放电初期首先在420~510 nm出现了带状光谱,主要与SF_(6)分子内部能级跃迁以及SF_(6)电离生成的低氟硫化物有关;随着施加电压的增加,除420~510 nm谱段的光谱强度增大之外,309 nm附近也检测到了线状光谱信号,为微量水分电离产生的OH自由基所形成。继续增加施加电压至气体击穿时,200~1 037 nm全谱段均出现了以线状光谱为主的光谱信号,且相对光强高。这说明高放电能量下SF_(6)电离程度加深,产生了氟原子、氟离子、硫原子和硫离子等,进而释放出大量的光子。本文可为SF_(6)气体绝缘设备放电缺陷的光学识别提供参考。

悬臂梁增强型光声光谱:定量测量痕量CO

SF_(6)是一种优良的绝缘气体,常用于GIS内部,在GIS异常运行时,可能产生分解,产生多种分解组分,CO就是其中一种,对CO的定量测量具有极大的意义。文中基于气体的光声效应和迈克尔逊干涉仪对悬臂梁形变的测量,选择了中心波段为6 377.406 6 cm^(-1)的CO近红外吸收谱带作为研究对象,利用中心波长为1 567 nm的DFBLD近红外蝶型激光器,搭建了痕量CO气体检测平台。分析了气体池内部温度和压强对CO红外吸收系数和净光声信号幅值的影响,定量测量并分析了SF_(6)和N_(2)背景下净光声信号幅值与CO气体体积分数之间的关系。结果表明:CO气体体积分数与净光声信号幅值之间具有良好的线性关系;N_(2)背景下的CO检测下限达到3.63μL/L,SF_(6)背景下的CO检测下限达到9.88μL/L;温度、压强对光声信号幅值均具有一定的影响,随着温度升高和压强增大,光声信号分别减弱和增强。

SF_(6)分解组分混合气体中CS_(2)的紫外光谱定量分析

基于SF_(6)分解组分检测法的气体绝缘电气设备在线监测及故障诊断技术具有很强的现场抗干扰能力及良好的应用前景。利用紫外光谱技术可以对SF_(6)分解组分中的CS_(2)进行有效检测,但是CS_(2)所处的紫外光谱吸收波段与SF_(6)分解组分中的H;S相重叠,可能存在一定的重叠干扰影响。因此,文中搭建了紫外光谱检测平台,通过配制微量CS_(2)与H;S混合气体模拟真实气体绝缘电气设备中分解组分,对SF_(6)分解组分混合气体中CS_(2)定量检测准确性的问题进行了研究。结果表明:混合气体中不同体积分数的H;S对CS_(2)的定量检测影响较小,在采用Meyer小波及傅里叶变换对光谱进行处理后,CS_(2)定量检测误差最大仅为1.4 ppb(1 ppb=1×10^(-9)),误差百分比不超过5%,说明了利用紫外光谱技术进行真实气体绝缘设备中CS_(2)定量检测的可靠性。

基于傅里叶红外光谱技术的C_(4)F_(7)N/CO_(2)检测

目前广泛使用的绝缘介质SF_(6)产生的温室效应与电力系统对环境友好的要求相矛盾。近期,环保型绝缘介质C_(4)F_(7)N-CO_(2)混合气体被认为具有良好的工程应用前景。由于混合气体的绝缘性能与C_(4)F_(7)N的含量及气体压力密切相关,未来工程应用中的充换气及运维等均需要对混合气体中C_(4)F_(7)N的含量进行检测,以确定混合气体的实际体积分数,目前鲜有针对混合气体中C_(4)F_(7)N体积分数的定量检测技术的相关报道。文中基于密度泛函理论对C_(4)F_(7)N进行了分子构型与频谱优化,得到其红外仿真图;基于傅里叶红外光谱技术(FITR),搭建了C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体红外检测平台,结合实验与仿真分析了C_(4)F_(7)N的红外光谱吸收特性,根据现场检测要求确定了可用于体积分数检测的C_(4)F_(7)N特征红外吸收波段,实现了对C_(4)F_(7)N在2%~10%体积分数范围的定量检测,且体积分数检测相对误差不超过5%。采用高斯算法对该波段进行分峰处理,将体积分数检测相对误差降至不超过3%。相关研究成果为C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中C_(4)F_(7)N的快速检测提供了重要技术参考与理论参考。

直流GIL内金属微粒的落点分布研究

气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission line,GIL)拥有输送容量大、占地面积小、传输损耗小等优点,但GIL内部的金属微粒会在电场的影响下发生起跳,严重威胁了GIL的绝缘,需要对金属微粒采取有效的捕获措施。为更好地捕获金属微粒,研究GIL内部的金属微粒在直流电压下的运动特性和落点分布是十分有必要的。文中首先对微粒在直流电压下的受力进行了分析;然后在不考虑屏蔽罩的情况下对金属微粒的运动轨迹和落点分布进行了仿真,发现金属微粒的落点较为集中,尤其是前几次的落点,故金属微粒陷阱应至少覆盖第一个落点,并尽可能囊括之后的几个落点;最后研究了屏蔽罩对金属微粒落点分布的影响,认为曲率较大的屏蔽罩会造成其下方两侧的落点更为集中,应在此处安装微粒陷阱。

一起特高压GIS设备绝缘支撑筒局部放电异常分析与处理

文中针对一起特高压气体绝缘金属封闭开关(GIS)设备的局放异常缺陷进行了由大到小、由外及内的逐步排查与分析,指出绝缘支撑筒内部气隙是本次GIS设备局放异常的根本原因。为了避免同类缺陷的再次发生,结合本次局放异常案例分析,对GIS设备绝缘件生产、质检和现场运维环节的注意事项、预防及处理措施提出建议。

交流GIL内金属微粒的受力及运动特性分析

气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission line,GIL)以其输送容量大、占地面积小、传输损耗小等优点,在许多场合是替代电缆和架空线路的首选方案。但GIL内部的金属微粒会在电场的影响下发生起跳和运动,严重威胁了GIL的绝缘性能。为更好地捕获金属微粒,掌握GIL内金属微粒的受力和运动特性是十分有必要的。文中首先忽略了盆式绝缘子对GIL轴向电场的畸变,分析了金属微粒在同轴圆柱电极间的运动特性;然后使用平均谐振频率和平均起跳高度来表征金属微粒在交流电压下的活跃度,分析了交流电压幅值、交流电压频率和微粒半径对平均谐振频率和平均起跳高度的影响规律;最后分析了在考虑盆式绝缘子影响下的金属微粒运动特性,可为金属微粒陷阱的结构设计和布置提供参考。

基于热特性差异的GIL故障辨识研究

针对气体绝缘输电线路的过热类故障辨识所存在的判定方法不足和滞后性强的问题,提出了通过监测壳体温度并利用GIL热特性差异实现故障辨识的方法。首先,基于GIL温度场对壳体温度进行了研究。然后,定义温度变化率及其范围作为描述不同状态热特性差异的判据。最后建立GIL有限元模型,通过仿真验证以不同状态下的判据范围以及温度变化率作为判据的可行性。仿真结果表明不同运行状态下的温度变化率差异明显,并依此为判据可以准确辨识异常运行和短路故障。此外,该方法适用于各种敷设方式下的GIL,应用范围广,简单高效,为状态评估和运行维护提供了依据和方法。

SF_6气体中金属尖端缺陷局部放电发展过程研究

金属尖端缺陷是气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备中易于出现的缺陷类型,通过局部放电检测可以实现对此类缺陷的准确检测。文中针对SF6气体中不同间距的金属尖端缺陷模型,对其在不同外加电压下的发展过程进行了实验研究,利用脉冲电流法对其不同阶段的放电谱图进行了测量,结果表明,不同间距下局部放电的发展特征具有区别,间距很小时,发展阶段仅有2个,而在间距较大的情况下,发展阶段则可划分为4个。在施加电压接近击穿电压时,放电谱图都表现出了单个半周的双峰特点。研究结果为GIS设备局部放电检测结果的分析及状态评估提供了基础。

12 kV一二次融合开关设备接地故障信号的高可靠性解析

为满足一二次融合成套开关设备接地故障测试的特定测量要求,提出了改进三点插值DFT算法,实现极短时波动周期下信号的高精度频率估计。算法基于最大旁瓣衰减窗,将DFT频谱实部和虚部拆分并分别进行三点插值计算估计;进而采用几何平均计算以消除负频率泄漏干扰影响;同时根据所得插值公式对算法在噪声下的统计特性进行了严格的数学证明。采用仿真验证算法有效性和准确性,仿真结果显示算法能够在任意波动周期及噪声干扰下,保持相对稳定且精度极高的校正估计准确性;最后将算法应用于实际12 kV一二次融合检测装置标准接地故障波形发生器输出信号的频率估计,实验结果显示算法能够满足文中所需的测量精度要求。

断路器本体三相不一致保护误动原因分析及治理措施

在实际运行中经常出现因断路器本体三相不一致保护问题造成的断路器误动情况发生。介绍了断路器本体三相不一致保护的原理,从继电器质量、运行环境、回路破损等方面分析了三相不一致保护误动的典型原因,并针对性的从设备采购、运行维护、二次回路优化改造等角度提出了相应的改进措施,实际应用表明,经过优化改进后有效避免了断路器三相不一致保护误动造成的断路器异常动作。

基于声学可视化的GIS击穿定位系统研制及应用

针对传统GIS耐压击穿定位方法精度不高、测点布置工作繁杂等问题,开展了基于声学可视化技术的GIS击穿定位方法研究。通过对声学可视化击穿定位原理的深入分析,确定了声学可视化击穿定位系统的总体设计方案,研制了高度一体式的声学可视化定位装置,并基于定位分析流程开发了流程化的定位监控软件,整个定位系统通过无线方式组网,并采用非接触式布置方案,极大提高了现场测试效率。通过试验现场应用,验证了该定位系统能够有效实现GIS耐压击穿定位,可视化的定位结果具有较高的定位精度。