基于介电响应法的矿用电缆绝缘性能评估方法研究

矿用高压电缆在实际使用中易受电、热、机械应力等多种因素的复合作用,加速绝缘老化,易导致电缆漏电、短路或放电等故障。目前,介电响应法被引入矿用电缆绝缘性能及老化状态的分析、评估和诊断中。针对基于介电响应法的电缆绝缘性能及老化状态评估问题,以常用的三元乙丙橡胶(EPDM)绝缘矿用移动软电缆为研究对象,总结了介电响应法中回复电压法、极化/去极化电流法和频域介电谱法的基本原理和典型特征量,对比了3种方法的优缺点。介绍了扩展Debye模型提取的老化因子、修正介电驰豫模型提取的弛豫特征量、介质损耗积分谱等基于介电响应模型的电缆绝缘性能评估特征量。从基于回复电压法和极化/去极化电流法的矿用电缆电痕腐蚀程度判别,以及基于极化/去极化电流法和等温松弛电流、基于介电驰豫模型、基于介质损耗积分值的EPDM绝缘多应力老化状态评估等方面,综述了介电响应法在矿用电缆绝缘性能评估中的应用研究。针对基于介电响应法的矿用电缆绝缘性能评估存在的在线监测技术无法适应煤矿工况、评估用数据不足、绝缘劣化程度与特征量关系未知等问题,提出应重点研究电缆绝缘状态感知、绝缘劣化程度与特征量关系构建这2项关键技术。

基于超声波的GIS盆式绝缘子法兰螺栓松动监测方法

盆式绝缘子是GIS中的重要组成部分,盆式绝缘子主要通过法兰螺栓进行固定,但螺栓松动会导致盆式绝缘子受力不均甚至气体泄漏等问题,严重影响GIS运行可靠性。文中提出了一种GIS盆式绝缘子法兰螺栓松动的超声波监测方法,通过控制压电片进行超声信号的激励与接收,根据压电片接收信号的均方根偏差来反映螺栓松动状态,研究了不同工况下超声接收信号幅值及其均方根偏差的变化规律,并进行了有限元分析及实验验证。结果表明,随着松动螺栓数量的增加,压电片接收信号的幅值逐渐下降,信号均方根偏差逐渐增加;同时距离松动螺栓最近的压电片信号均方根偏差值最大。文中提出的方法可判断GIS盆式绝缘子法兰螺栓松动的数量及位置,实现法兰螺栓松动监测。

磁谐振无线输电系统不同补偿方式的传输特性

在无线电能传输领域,如何根据传输距离和负载要求获得最佳输出功率和传输效率是首要研究目标。从系统的谐振补偿方式角度入手,应用互感耦合理论对磁谐振无线输电系统中串-串和串-并2种补偿方式的传输特性进行了研究。首先,根据理论推导对2种谐振补偿方式的传输特性随系统参数的变化关系进行了仿真分析。然后,将2种补偿方式在不同负载和传输距离条件下的传输特性进行了比较。研究结果表明:根据不同负载大小和传输距离要求,选择合适的谐振补偿方式可使系统具有最佳的输出功率和传输效率。最后设计制作了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过实验验证了研究结论的正确性。

分段式永磁直线同步电动机有限元分析

为了研究提升系统的分段式永磁直线同步电动机(PMLSM)的运行特性,首先建立了其稳态有限元分析模型,分析了不同动子位置时电机的磁场分布,计算了不同动子位置、不同电枢电流时电机的静态力—位移—电流特性,得到电磁参数随动子位移及电枢电流的变化曲线;然后建立了分段式PMLSM的时步有限元分析模型,对分段绕组两两并联供电方式下,起动过程的动态特性进行了计算,得到动态过程中电枢电流、感应电动势、电磁力、动子运行速度、位移等物理量随时间变化过程。经实验测试验证了分析结果的正确性。

小波包频带检索改进算法及其在电机故障诊断中的应用

针对目前在利用小波包处理非平稳信号的过程中,存在认为小波包分解频段是按频率连续递增排列的误区,在分析小波包原理和小波包分解重构过程中频段排列特点的基础上,提出一种将小波包分解的频段按照频段由小到大顺序排列的方法,以方便所需频段的检索。在Lab-VIEW平台下进行了仿真验证,证明该方法的正确性,并利用改进频段顺序的小波包分解和重构程序对电机转子断条故障进行诊断,取得了很好的效果。

基于遗传算法和神经网络相融合的异步电动机故障建模

分析了异步电动机正常运行及有故障迹象时异步电动机外部特征和内部参数的变化规律,找出了需要采集的信息和需要辨识的参数,针对神经网络的原理和结构进行了探讨和综合,通过分析各网络的特点并结合具体的应用要求,选择了函数逼近功能较强、结构又相对简单的径向基神经网络,并在网络参数的训练上引入遗传算法,使系统的智能化水平得到进一步提高,通过仿真对提出的理论方法进行了验证。

基于VB的矿用通风机电动机的计算机辅助设计

针对矿用通风机电动机设计中存在的设计精度低、周期长、所使用软件的自动化及可视化交互能力差等问题,采用路的方法,以Visual Basic 6.0为平台,开发了计算机辅助设计软件。重点探讨了软件的模式构成、可视化界面设计、曲线和图表查询、图形绘制等方法。经多家电机厂设计部门应用,结果表明,该软件功能完善、性能可靠、交互能力强、计算速度快、设计效率高。为电机的设计人员提供了一种有效的设计手段。

有源电力滤波器的研究现状与展望

有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)是一种具备动态谐波抑制和无功补偿功能的新型电力电子装置,其性能优劣与所采用的拓扑结构、谐波电流检测技术和电流追踪控制方法等密切相关。为了推广在高压大容量下APF的控制技术,拓宽其应用范围,综述了国内外APF研究现状,分类整理了APF拓扑结构。归纳总结了APF的谐波检测方法和电流跟踪控制技术,综合对比了各种方法的优缺点,并从多个角度阐述了当前所存在的问题。最后展望了APF相关技术的研究方向。

乙丙橡胶绝缘的表面击穿与沿面放电特性

为了探究乙丙橡胶绝缘的表面击穿特性和沿面放电行为，选择板-板电极、棒-环电极和针-板电极3种典型的电极结构来模拟不同电场分布，分别测量并分析了3种电极下外施交流和负极性直流电压时乙丙橡胶的表面击穿电压和击穿痕迹。在外施交流电压下，测量了不同电压下的沿面放电，分析了沿面放电起始和发展过程。试验结果表明：电场分布越均匀，表面击穿电压越大；板-板电极下的起始放电电压与电极间距成正相关性，而棒-环电极和针-板电极下的起始放电与起晕电压相关，其值在1．9～2．4kV之间；在不同电场分布和放电阶段，发生的放电类型和放电谱图也有所差别，而且在沿面放电前期，放电脉冲幅值较小，约为1．2V；但是在沿面放电后期，放电比较分散，放电脉冲幅值较大，最高可达43V。据此可以对沿面放电发展的严重程度进行判断。

压缩改进节点法及其应用

在改进节点法的基础上,提出了针对含有受控源的线性有源网络分析的压缩改进节点法,建立了对应的压缩改进节点电压方程。该方法不但克服了改进节点法对于含有VCVS、CCVS和无伴电压源的电路处理难度较大,甚至有时无法建立网络的节点电压方程的不足,而且解决了改进节点法中由于方程数目增加以及主对角元素出现零元素时所引起的求解困难。该方法概念清晰,列写过程简单,对于小型网络的分析具有一定的实用价值。

基于经验小波变换的振动信号特征量提取

为解决岩巷掘进机动载荷识别困难问题,提出了一种基于经验小波变换(EWT)和相关性阈值去噪相结合的掘进机截割头振动信号特征量提取方法。不同岩壁硬度下的掘进机截割头振动信号经过EWT处理变为若干个分量信号;利用相关性阈值去噪对振动信号各个分量进行去噪处理;计算不同岩壁硬度下各分量与原始信号的相关性,根据选定阈值提取包含振动信息较多的分量,构建振动信号特征矢量,从而实现掘进机截割头振动信号的特征量提取。通过仿真试验表明,EWT能够有效提取不同岩壁硬度下掘进机截割头振动信号的特征量,且其性能优于奇异值分解特征量提取方法。

基于无变压器型混合有源滤波器的快速重复控制策略的研究

混合型有源电力滤波器(HAPF)需要具有稳态精度高和动态响应快的特点,为此根据无变压器混合有源电力滤波器(TLS-HAPF)拓扑结构,提出了一种基于快速重复控制(RC)的改进型控制策略,即比例积分控制(PI)和快速RC两部分相融合。在dq同步旋转坐标系下,这种控制策略不仅可以很好地抑制由非线性负载产生的6n±1次谐波,同时还具有动态响应速度快、占用存储空间小等特点。基于时域法设计了复合控制器的控制参数;分析了其稳态性能和动态性能;并相对于传统控制策略进行了对比性仿真和实验。结果表明,所提出的控制策略在不改变原系统稳态精度的情况下,能够有效提高系统的动态响应速度。

笼型异步电动机转子断条故障诊断方法

针对笼型异步电动机发生转子断条故障时,用于判定故障类型及其严重程度的定子电流信号中的边频信号容易被主频信号所淹没的问题,研究了一种基于Hilbert变换和支持向量机理论的笼型异步电动机断条故障诊断方法。首先进行了详细的理论推导,为该方法在断条故障诊断中的应用奠定了基础。然后设计并完成了一系列断条故障试验,取得了真实有效的故障数据。最后,将该方法应用于试验数据的分析与处理,结果表明Hilbert变换能有效提取到断条故障时定子电流信号中的故障特征量,而采用这些特征量训练得到的支持向量机分类模型则能在故障样本有限的前提下实现最优分类,将二者结合起来用于断条故障诊断的准确率高达98%。

异步电动机断条与静偏心复合故障的电流特征

为了研究笼型异步电动机断条和静态偏心复合故障特征,采用多回路数学模型和改进的绕组函数法对复合故障下的定子电流特征进行了机理分析和仿真研究。首先建立笼型异步电动机的多回路数学模型,通过改进的绕组函数法计算了笼型异步电动机复合故障下的电感参数,推导了复合故障在定子电流中产生的特定谐波频率计算公式,然后建立了笼型异步电动机正常状态和复合故障时的有限元仿真模型,通过仿真对理论结果进行了验证。结果表明,复合故障发生时定子电流中除存在单一断条和静态偏心故障的特征频率外,还会产生一系列附加谐波分量,理论分析与仿真结果相符。

矿用乙丙橡胶电缆绝缘电热老化状态评估

针对乙丙橡胶电缆在电热作用下的绝缘老化特性研究较少的问题,对矿用乙丙橡胶电缆进行了电热联合老化试验,分析了乙丙橡胶电缆绝缘在不同老化时间下的极化/去极化电流特性,提出了反映绝缘老化程度的特征参量——老化指数和去极化电量。结果表明,随着老化时间的增加,乙丙橡胶电缆绝缘表面颜色由白色逐渐加深变为棕色,老化后期绝缘外层生成白色粉末状物质,绝缘内形成较多孔洞;绝缘的极化电流和去极化电流均随老化时间的增加逐渐增大,其中去极化电流在老化前期变化明显,在老化后期变化较小;分别根据极化电流和去极化电流计算得到的老化指数和去极化电量均随老化时间的增加而增大,可作为评估乙丙橡胶电缆绝缘老化状态的特征参量。

10kV异步电动机定子绕组老化槽放电指纹分布规律的研究

在10 kV异步电动机制造过程中,为抑制运行中定子槽内发生放电,常在绕组直线部分包绕一定阻值的半导电层。尽管如此,电动机在运行过程中,由于电磁力的作用,槽放电仍然是导致电动机定子绝缘故障的主要原因之一。针对这一问题,设计并制作了宽度可调单层绕组定子铁心槽部模型,研究了F级绝缘10 kV异步电动机真机定子绕组绝缘在不同程度磨损老化后槽放电指纹的分布规律。通过提取表征放电特性的特征量,给出了定子绕组在不同磨损老化状态下,槽放电指纹随电压的变化规律,为10 kV电动机绝缘在线监测和寿命评估提供了判断依据。

基于零磁通原理的微电流传感器的研究

为了快速准确地补偿微电流传感器的误差,提高微电流传感器的测量精度。根据零磁通补偿原理,研制了一种微电流传感器。微电流传感器包含感应单元、信号补偿单元以及信号处理单元,其中补偿单元采用有源与无源相结合的方法对输出电流进行相位和幅值补偿,信号处理电路用于实现对二次侧输出的微弱信号进行调理,放大。通过搭建实验平台,实验结果表明利用该补偿方法时电流传感器在测量μA级到m A级的工频电流时准确度可达到0.2级,且补偿方式方便快捷。

主通风机电动机绝缘状态监测及故障诊断方法研究

分析了矿井主通风机电动机绝缘老化状态及绝缘故障产生原因和演变过程,介绍了一种矿井主通风机电动机绝缘状态在线监测及故障诊断系统;结合现有的故障数据库,针对绝缘状态故障诊断过程中信号的模糊性问题,提出了一种基于模糊理论与D-S证据理论的电动机绝缘故障诊断方法。该方法运用模糊理论求取故障信息的隶属度函数值,利用D-S证据理论组合规则进行信息融合与处理,根据相应的诊断判定准则,确定系统的绝缘故障类型。系统实例分析验证了该方法的可行性和有效性。

具有原边互感识别功能的恒流恒压无线充电系统开发

为了满足电动汽车电池先恒流后恒压充电的需求,根据补偿网络工作的特性,结合充电安全性的要求,设计了基于LCC-LCC/S混合补偿网络的无线充电系统方案。在恒流充电模式下,副边采用LCC补偿拓扑。在恒压充电模式下,副边采用串联补偿拓扑。在此基础上,针对静态充电技术中容易出现两侧线圈偏移的问题,提出了根据原边逆变器输出电流和互感的内在电路关系自动识别互感值,再移相调节输出的高频电压,从而保持额定充电电流和电压的方法。最后,搭建了恒流输出5 A、恒压输出200 V的无线充电系统样机对设计的系统方案进行验证。实验结果表明,系统可以通过切换副边补偿网络,自动稳定地切换充电模式,且线圈发生偏移之后仍然可以实现额定电流和电压充电。该系统省去了原、副边之间的无线通信,允许两侧传输线圈有较大的偏移量,运行安全性高,电路结构和控制策略简单。

温度和湿度对高压电动机定子绕组相间放电的影响

为了评估温度、湿度对高压电动机定子绕组相间放电特征的影响,设计制作了相间放电模型,搭建了用于不同温度和湿度下相间放电的试验平台,采集了不同温度、湿度下的相间放电谱图,分析了相间放电的最大放电量、放电重复率、平均放电功率等随温度、湿度和电压的变化规律。结果表明:高压电动机定子绕组相间放电过程与温度、湿度密切相关。随着温度的升高,相间放电的起始放电电压减小,正、负半周放电起始相位左移,最大放电量、放电重复率、平均放电功率逐渐增大;随着湿度的增大,相间放电的起始放电电压增大,正、负半周起始放电相位右移,各放电参数逐渐减小。