基于电容层析成像的电缆绝缘缺陷检测仿真研究

电力电缆绝缘性能优越,在轨道交通系统和电力系统中应用广泛,但是在外部绝缘劣化因素的长期作用下易发生绝缘故障,影响系统的供电稳定性。为了准确判断电缆绝缘状态,确保系统安全稳定运行,开展了基于电容层析成像技术的电力电缆绝缘缺陷检测的仿真研究。建立了电力电缆和八电极电容传感器的模型,以信号输出强度为导向优化了电容传感器的几何结构,采用中值滤波算法优化了灵敏度场分布。利用Landweber图像重建算法结合优化后的电容传感器和灵敏度场,对气隙缺陷、水树缺陷、楔形划痕缺陷和复合缺陷4种典型的电缆绝缘缺陷进行了图像重建,实现了电力电缆绝缘缺陷的检测。

特高压双回线路耦合效应的计算与分析

同塔双回的特高压输电线路存在较为严重的耦合效应,为研究其产生机理及其影响因素,详细阐述了双回之间静电感应和电磁感应的产生机理与计算方法,通过建立等效电路模型,分析了换位方式对检修线路静电感应与电磁感应分量的具体影响,指出运行线路对检修线路的电容耦合参数和互感参数的不对称,是检修线路静电感应分量和电磁感应分量产生的主要原因。针对我国拟建的特高压同塔双回线路,基于ATP-EMTP仿真,计算了双回线路在不同工况和运行状态下的感应电压与电流。特别地,针对带并联电抗器的特高压同塔双回输电线路,研究了高抗补偿度和中性点小电抗取值对检修线路感应电压的影响,指出检修线路可能出现较大的感应谐振过电压。研究结果为特高压同塔双回输电线路的建设提供了有价值的参考依据。

SF6断路器开断并联电抗器的截流过电压及其特性分析

断路器开断并联电抗器时会引起截流,产生严重的过电压。针对带中性点小电抗的并联电抗器,通过建立等效电路从理论上分析了其开断过程的过电压特点,阐明了拍频振荡产生的机理,给出了近距离开断和带长线开断并联电抗器时拍频振荡频率随电抗器参数变化的的三维图像。基于我国某一条750kV输电线路的具体参数,通过引入较准确的开关电弧模型,分析了带长线和近距离开断并联电抗器两种工况下操作过电压的具体特征。研究结果为超、特高压输电线路的建设与运行提供了有价值的参考依据。

基于5G与北斗的输电线路无人机车载智能移动巡检系统设计

为提高无人机巡检作业效率,针对输电线路无(弱)信号区域实时数据传输效率低的问题,以无人机移动作业平台为研究对象,以5G与北斗的双通信方式保障巡检系统与无人机之间的数据交互,构建一种适应无人机输电线路全地域巡检的智能车载移动作业系统。首先,基于模块化设计思路,给出适应无人机巡检的移动作业车改装设计方案;其次,基于信号增强与卫星通信技术,提出一种基于5G+北斗的通信系统及其部署方案,在5G网络弱覆盖或失效时,进行信号增强并由卫星通信系统完成通信链路建立和数据传输,进而保障巡检数据传输;然后,基于对Tag码的视觉定位与识别,完成巡检无人机的精准降落回收;进一步,研发移动巡检系统应用软件;最后,通过实地测试验证系统的性能。经实验测试,该智能车载移动作业系统能够实现无人机的自主飞行、远程数据传输及基于视觉伺服的精准降落等巡检任务,为输电线路全地域巡检提供一种系统解决方案。

特高压输电线路潜供电弧的物理模拟与建模综述

基于潜供电弧模拟试验的等价性,阐述了试验回路设计、引弧材料选取、短路电流值及其持续时间选择、风速风向模拟与调节等技术,总结了现有模拟试验中遇到的难题与不足之处,介绍了潜供电弧的现场试验的步骤与过程,特别是国内外特高压等级输电线路潜供电弧的试验成果,给出了现有潜供电弧熄灭时间的有关经验公式。分析了潜供电弧数学建模的研究现状,从简化的黑盒模型以及基于能量守恒的等离子体模型出发,比较分析了各种模型的优势与缺陷,指出了潜供电弧内在作用机制和等效模型研究中存在的关键难题。在上述基础上,结合新型输电方式的发展,分析了不同工况下潜供电弧的新特点,给出了潜供电弧试验与建模的参考性建议。

特高压半波长输电线路潜供电弧低压模拟实验研究

潜供电弧是半波长输电技术面临的关键问题之一,因此针对特高压半波长输电线路潜供电弧进行了低压物理模拟实验研究。通过分析半波长线路潜供电流与恢复电压特性,进行回路等效变换,获得满足等价性的低压模拟实验回路拓扑,通过实验获得了不同潜供电流值、恢复电压梯度等组合方案下潜供电弧的燃弧时间,并与常规输电线路的情况进行对比。比较了短路电弧与潜供电弧的电流、电压特征,并通过高速摄像仪获得潜供电弧的运动轨迹,分析了风速等因素对短路电弧与潜供电弧运动的影响机制。研究表明:当潜供电流值<150A,恢复电压梯度<3.9kV/m时,潜供电弧将快速自灭;当潜供电流值>240A,恢复电压梯度>7.0kV/m时,潜供电弧将会长时间燃弧;风力是影响潜供电弧运动与燃弧的关键因素。研究结果可为解决半波长输电技术的潜供电弧问题提供参考依据,同时对常规线路潜供电弧以及长间隙电弧研究具有借鉴价值。

特高压GIS盆式绝缘子沿面闪络特性研究综述

盆式绝缘子是GIS最薄弱的绝缘环节。文中统计了GIS故障缺陷类型,对GIS故障发生率进行了计算。针对盆式绝缘子沿面闪络特性影响因素进行了系统分析,包括金属颗粒、绝缘子表面缺陷、表面电荷等。探讨了金属颗粒荷电和受力情况、运动特性及其抑制措施。对盆式绝缘子表面缺陷类型、演化过程及其检测方法进行了探索。直流电压下,GIS盆式绝缘子表面极易积聚大量电荷,文中对相关作用机理、测量方法和动态过程进行了总结。详细阐述了轮廓优化,介电涂层和功能梯度材料等提高沿面闪络电压方法的特点和应用范围,对各种方法的优缺点进行了讨论和比较。结合中国在建的特高压输电工程,对GIS/GIL盆式绝缘子设计提出了一些参考性建议。

同塔多回输电线路并联电抗器的参数优化分析

同塔多回输电线路间的电磁耦合使得并联电抗器与中性点小电抗的取值需重新优化。建立了同塔多回输电线路的分布参数耦合模型,得出潜供电流与弧道恢复电压的表达式,并可推广至多重故障情况;研究了影响潜供电流和恢复电压的关键因素。基于潜供电弧的动态模型,计算了电弧起始长度、中性点小电抗等对燃弧时间的影响,进而得到并联电抗器的取值准则,指出单回与多回线路中性点小电抗优化取值的差异之处。采用谐振频率分析法,综合考虑非全相运行、回路间电磁感应等引起的谐振过电压,导出了多回线路的固有谐振频率简化表达式,指出中性点小电抗的取值范围与取值方法。研究结果对超/特高压多回输电线路并联电抗器的优化设计具有指导价值。

半波长交流输电线路的潜供电弧特性与单相自动重合闸

阐述了半波长交流输电线路的运行特性,给出了其沿线电压、电流的分布规律。通过建立简化的输电线路电磁耦合模型,给出了理想半波长交流输电线路的潜供电流及弧道恢复电压的表达式。研究了线路传输功率、人工调谐网络、线路长度等对潜供电流与恢复电压的影响,结果表明半波长交流输电线路潜供电流与恢复电压分布规律与常规线路截然不同。提出了基于快速接地开关的沿线非均匀优化配置方案,并仿真计算了潜供电弧的燃弧时间特性,给出了半波长交流输电线路的单相自动重合闸配合时序。

直流GIL导体表面金属颗粒跳跃运动特性研究

针对直流GIL导体表面金属颗粒去活性化问题,研究不同施加电压下GIL高压导体上表面正球形金属颗粒的运动行为,建立二维极坐标下同轴圆柱电极的颗粒受力模型,采用流体力学理论分析不同雷诺数下阻力系数的取值,并结合经典碰撞和动态接触理论分析颗粒与电极间的非弹性碰撞过程,充分考虑了颗粒法向恢复系数与法向速度之间的关系以及反射随机角度的影响,利用模型对颗粒的运动轨迹进行仿真分析。研究表明:当施加电压大于"谐振"运动临界电压时,颗粒将在腔体下部进行以θ=270°为中心的偏移角度幅值衰减的往复运动,并最终在θ=270°处进行类似于"谐振"的往复振荡运动;在这个过程中颗粒的运动范围角度和"谐振"周期几乎不受初始位置的影响,但却随施加电压的增大而减小,而颗粒进入"谐振"运动的过渡时间随着施加电压和初始位置角度的增大而减小。

特高压线路熄灭潜供电弧的方法比较

单相自动重合闸的可靠实施与潜供电弧的快速熄灭密切相关。介绍了潜供电弧的产生机理,详细阐述了并联电抗器加中性点小电抗、选择开关式并联电抗器组、串联补偿、快速接地开关、混合式单相触发跳闸等熄弧方法的特点及其应用范围。结合我国在建的特高压输电工程,提出参考性建议:采用高抗中性点加小电抗仍然是目前最可取的方法;开关式并联电抗器组在未来长距离特高压输电线路特别是不换位线路中可以考虑采用;可控电抗器作为理想的补偿措施,还有待于技术进步。

基于介电功能梯度材料的盆式绝缘子电场分布优化

为改善盆式绝缘子沿面电场分布,以径向介电常数分布为对象,提出了一种通过识别沿面最大场强位置反馈更新介电常数分布的全局优化算法,实现了介电功能梯度材料盆式绝缘子参数优化设计.通过APDL语言,实现MATLAB与ANSYS联合仿真,研究了步长大小、分层数量等参数对优化结果的影响.结果表明:随着步长减小,沿面场强分布随迭代次数的变化更加平滑,介电常数区间范围增大.分层数目越多,径向介电常数分布越平滑,高压端介电常数值越大,沿面电场分布波动越小,最大场强降低幅度越大,可达70.5%.盆式绝缘子场强集中区域从高、低电极和三结合点处往中间转移,上、下表面电场利用率均达到0.75以上.研究结果为盆式绝缘子优化设计提供了参考.

基于无线传输的输电线路调试测量系统设计与实现

设计并实现了一套基于无线传输的输电线路调试测量系统.该系统由无线中心主站、无线电流采集传输节点、无线电压采集传输节点组成,采用2.4GHz频段高速无线网桥进行数据通信,以避免变电站常规干扰源的频段,且具有传输距离远、传输稳定的特点.利用互感器套管和电容器组成无线电压采集传输节点,基于霍尔电流传感器和电流互感器组成无线电流采集传输节点.无线电流采集传输节点、无线电压采集传输节点间采用基于IEEE1588协议的时钟同步模块进行时间同步.测量系统实现了数据存储、波形显示、数据分析和报表自动生成等功能.在江苏电网某500kV变电站进行了现场试验,验证了该测量系统的有效性与可靠性.本测量系统可避免复杂的布线工作,减少变电站传导干扰影响,显著提高试验效率.

特高压输电线路潜供电流的暂态特性研究

潜供电弧属于自由空气中的长间隙交流电弧,其燃弧时间与电流暂态特性密切相关。该文将潜供电流分解为稳态分量和自由分量,分别建立了对应的电路模型。采用EMTP计算了潜供电流的暂态过程。潜供电流的发展可分为3个阶段:前期,电流快速振荡,迅速衰减;中期,电流有比重较大的直流分量,衰减缓慢,易造成电流不过零,对熄弧产生影响;后期,电流自由分量衰减完毕,以稳态分量为主。自由分量是潜供电流暂态过程的决定性分量。分析了电弧电阻、并联补偿度、中性点小电抗及故障位置等参数对潜供电流暂态过程的影响;基于等效阻抗网络和拉普拉斯变换方法,推导了自由分量的振荡频率和衰减系数与系统参数的关系。区别于潜供电流的稳态分量,仿真与理论分析均表明潜供电弧电阻对自由分量起关键作用,电弧电阻值越大,自由分量衰减越快,越有利于熄弧。

特高压输电线路潜供电弧的燃弧特性

为研究潜供电弧的燃弧时间及其运动特性特性,建立了特高压输电线路潜供电弧低压模拟试验平台。该平台由潜供电弧低压模拟试验回路、基于电荷耦合单元图像传感的高速光学成像系统、基于电容分压的潜供电弧电压测量系统、基于Hall效应的潜供电弧电流测量系统等组成。对未补偿、欠补偿、过补偿3种工况下的潜供电弧进行了试验,得到了潜供电弧典型运动图像及其同步电压、电流波形。试验结果表明:潜供电弧阴、阳极弧根运动特性不同,但都具有极性效应;且该运动特性会对电弧电流、电压特性造成影响。阳极弧根跳跃或弧柱短接时,电弧两端电压将出现骤降;新的阴极弧根激发时,潜供电弧电流增大。潜供电弧发展后期,存在2种不同的熄弧情况:一种为稳定燃烧,电流过零自然灭弧;另一种为短暂熄灭,经过数ms的延时,弧道击穿,电弧重燃,此后快速灭弧。加速潜供电弧通道等离子体的去游离过程有助于电弧的快速熄灭。

江苏500 kV电网限流电抗器雷电侵入波过电压特性

雷电侵入波过电压对超高压输电系统限流电抗器构成重要威胁。本文建立了雷电侵入波下限流电抗器过电压计算简化模型,获得了限流电抗器与雷电入射波、限流电抗器电感、线路参数的关系表达式。采用EMTP建立了限流电抗器雷电侵入波仿真计算模型,包括杆塔的多波阻抗模型、绝缘子串闪络模型、GIS模型等,计算获得了不同杆塔冲击接地电阻、避雷器安装位置、雷电流波头时间、电容式电压互感器电容量下限流电压器过电压,并分析了上述因素对限流电抗器过电压影响机理。本文提出了两种限流电抗器雷电侵入波过电压的抑制措施拓扑,比较分析了其抑制效果,计算结果为限流电抗器的选型和防雷保护方案提供了参考。

变压器综合试验系统的设计与实现

变压器的电气试验项目繁多,现有的试验仪器大多功能单一,试验过程中需频繁变更试验设备和试验接线,工作量大,且给试验人员带来较大的安全隐患。提出了变压器绝缘电阻、短路阻抗、变比、绕组直流电阻、介质损耗、有载分接开关特性测试的一次性接线试验方法,基于C#语言开发了相应的系统软件,通过程序顺序控制,可一键操作完成变压器的电气试验,显著提高了变压器试验效率。

半波长交流输电技术的研究现状与展望

超长距离半波长交流输电因其特有的经济性与技术优势在国内外受到广泛关注。文中介绍了半波长交流输电技术的发展历史与研究现状,阐明了该技术的基本输电特征,分析了半波长交流输电的关键技术问题,如人造半波长交流输电线路的调谐网络优化、功率传输和暂态稳定特性、线路的运行与维护、潜供电弧特性与抑制、内部过电压以及沿途负载供电等,指出了半波长交流输电技术未来发展的重点方向,并给出了一些参考性建议。

J-A磁化建模理论的质疑与修正方法研究

J-A理论在磁建模领域应用广泛,但因存在多种版本,致使应用时对分析结果的正确性难以甄别。从无磁滞磁化曲线表达、采用的能量守恒方程等方面出发,对描述材料磁滞现象的原J-A理论的数学描述提出了质疑,指出了其中的不合理及错误之处。基于材料的磁化物理机制,通过分析给出了正确的能量守恒等式,并藉此推导出J-A理论的修正表征形式。由非线性寻优算法求得模型参数后,针对不同材料样本开展了仿真研究,并与测量数据进行比较,结果表明:相比于原J-A模型,本文提出的修正模型的仿真结果与材料的实测磁特性数据吻合较好,可更准确地模拟磁材料的磁化物理过程。

直流偏磁条件下电流互感器的传变特性

直流偏磁现象会改变电磁式电流互感器(current transformer,CT)的传变特性,影响继电保护可靠性和电能计量的公平性。通过建立等效电路模型,利用电磁关系方程推导剩磁和偏磁对保护用CT起始饱和时间影响的定量数值关系;利用谐波平衡原理获得了偏磁条件下计量用CT传变误差的解析表达式。分析表明,直流偏磁将加速保护用CT的饱和(达若干ms),且偏磁电流越大CT饱和越快;同时,直流偏磁可使计量用CT的角差和比差增大,导致计量结果失真。仿真算例验证了理论分析结果的正确性。该研究结果为保护用CT的选择、继电保护的整定以及计量用CT的使用提供了参考依据。