山区输电线路雷击跳闸预警的融合算法研究

如何准确预警雷击引起的线路跳闸事故是长期困扰电力运行部门的重要难题,而现有的线路雷击跳闸预警技术未能充分考虑区域雷电活动特征与雷击线路的物理过程,存在预警准确率低、虚报率高的问题。该文在已广泛应用的雷电活动短时预警技术基础上,提出一种融合蒙特卡罗法与雷电先导分形模型的输电线路雷击跳闸预警算法。该算法充分考虑了雷电活动特征、雷击线路物理过程与线路走廊微地形条件,一方面依据区域雷电活动监测数据,拟合得到了地闪频次随海拔高度的变化规律与雷电流幅值累积概率分布函数,并以此构建了蒙特卡罗法所需的目标分布样本,从而模拟了雷电流幅值与落雷位置在一定区域内的分布情况;另一方面采用雷电先导分形模型,实现了对雷电先导发展路径随机性与确定性相统一的物理过程的模拟,从而充分考虑了微地形条件对雷击线路物理过程的影响。同时,在该算法的基础上构建了输电线路雷击跳闸概率数据库,形成了雷击跳闸预警系统。该系统在云南电网的运行经验表明,2021年雷雨季节的雷击跳闸预警中,预警准确率为87%,有助于电网相关部门提前采取有针对性的预防措施。

雷击下输电线路上行先导稳定起始的初始流注区域空间电荷判据

雷电作用下准确判断线路上行先导的稳定起始时刻显著影响线路雷电屏蔽性能分析的准确性,而如何确定合理的判据是研究重点。该文依据导线正极性上行先导发展数值模型,通过计算不同条件下的导线上行先导发展过程,提出正极性上行先导的初始流注区域临界空间电荷判据。研究表明,导线出现稳定的上行先导时,初始流注区域的空间电荷量存在一临界值,该临界值仅受导线半径的影响,与导线高度、运行电压及雷电参数无关。与已有的上行先导起始判据相比,以此临界值作为稳定起始时刻判据可以更好地解释空间电荷对上行先导的屏蔽作用随导线半径增大而减弱的现象,并进一步探讨该判据与海拔高度的关系,可为输电线路雷电屏蔽性能的分析提供参考。

用于储能电站热失控预警的热敏涂层材料研究

[目的]磷酸铁锂电池储能电站是新型电力系统消纳大规模新能源的重要基础,然而电池单元的热失控严重威胁储能电站的运行安全。对储能电站局部过热进行实时监测和科学预警具有重要意义。[方法]在此工作中,制备了一种具有感知过热温度并产生颜色变化的热敏微胶囊,将其适量添加到环氧树脂基体中构成具有感知外部过热温度场特性的复合绝缘材料。[结果]测试结果表明,所制备的热敏微胶囊/环氧树脂绝缘示温涂层的颜色可以灵敏地随外界温度变化而发生变化,在60℃左右时发生颜色突变。当热敏微胶囊的掺杂质量分数为0.25%时,复合涂层的绝缘强度、介电特性和纯环氧树脂材料相当,保持良好的本征电气性能。[结论]研究提出的热敏变色复合绝缘涂层可对外界局部过热状态的温度可视变化,为储能电站的热失控预警应用提供了一条新的技术路线,具有一定的工程应用价值。

面向新型电力系统建设的直流输电技术专题主编寄语

新型电力系统是新型能源体系的重要组成和实现“双碳”目标的关键载体。习近平总书记在党的二十大报告中强调加快规划建设新型能源体系,确保能源安全,而建设数字化、信息化、智能化的先进直流输电系统是推动传统能源系统向清洁、低碳、安全、高效的新型电力系统演进的重要支撑。“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期,也是推进以大型风光电基地为基础,以稳定安全可靠的特高压输变电为载体的新能源供给消纳体系建设的机遇期。当前新型电力系统的建设已取得阶段式进展,但新能源的大规模可靠送出与高效利用仍面临送端系统优化组网、柔性直流远距离外送、受端系统稳定运行等多重考验。

操作冲击电压累积作用对油纸绝缘性能影响的研究

过电压对于油纸绝缘的性能影响的研究目前主要集中在油纸绝缘在冲击电压作用下的U-N特性方面,而对于油纸绝缘在冲击电压作用下的物理化学特性的变化方面的研究比较少,并且研究主要集中在雷电冲击方面,对于操作冲击电压的影响规律的研究却比较少。因此,文中对操作冲击电压累积作用下油纸绝缘的电气特性和机械性能变化进行了研究,研究发现：在承受操作过电压的累积冲击之后,油纸绝缘的直流体积电导率呈上升趋势;油纸绝缘的介电特性和交流电导率在10-2~100Hz频域内呈上升趋势,而在100~107Hz的范围内基本保持不变;其介质损耗角正切值在10-2~103Hz频域内呈上升趋势,而在103~107Hz范围内基本保持不变;就其在工频50 Hz频率下的电气特性而言,油纸绝缘的介电常数、体积电导率、击穿电压变化均不大,局部放电起始电压以及局部放电截止电压呈下降趋势,但是其介质损耗则会上升;同时,操作冲击电压的累积作用会使得绝缘纸的聚合度轻微下降,但对于油纸绝缘的抗拉强度则影响不大。

多次雷电冲击电压作用下变压器油浸绝缘纸板累积效应特性

油纸绝缘是电力变压器最常用的一种绝缘介质,其在运行过程中不可避免的会受到多次雷电冲击电压的作用,在冲击电压的累积作用下变压器内绝缘有可能会产生不可逆的损伤。鉴于此,通过自动连续冲击电压发生器对油纸绝缘模型的累积施压,来模拟侵入变压器的雷电过电压对油浸绝缘纸板的累积效应。研究了雷电冲击电压幅值U与油浸绝缘纸板击穿时雷电冲击电压累积次数N之间的关系,即U-N特性。并采用Weibull模型分析了油浸绝缘纸板试品U-N特性的变化规律。还通过原子力显微镜(AFM)对比研究了不同次数雷电冲击电压作用后油浸绝缘纸板表面形貌的变化。研究结果表明:随着雷电冲击电压幅值的升高,油浸绝缘纸板累积直至击穿所需要的次数大幅度下降,雷电冲击电压对油浸绝缘纸板具有明显的累积效应;多次雷电冲击电压的累积作用会导致油浸绝缘纸板表面颜色与形貌的变化,200、400、600、800次标准雷电冲击电压作用后,油浸绝缘纸板表面粗糙度比累积试验前分别增加了0.61、2.80、5.97和11.76倍。

SF_(6)气氛中表面电荷对环氧树脂气固界面电子倍增过程的影响机制

为了研究表面电荷对绝缘介质气固界面电子倍增过程的影响机制,本文搭建表面电荷定量注入与沿面闪络动态观测平台。在SF_(6)气氛中通过非接触式电晕放电向环氧树脂表面注入定量电荷,根据光电倍增管探测放电发出的光信号判断沿面放电起始时刻,并对沿面放电起始电压UIFO和闪络电压UFO进行测量;同时通过Monte Carlo法求解SF_(6)中电子输运参数,结合Poisson方程计算沿面放电电子崩起始电压,并利用电子崩对流-扩散方程计算电子崩发展参数,研究表面电荷对沿面放电电子崩起始与电子崩发展的影响规律。研究结果表明:表面电荷一方面通过增强电极三结合点处场强,提高SF_(6)气体有效电离系数,促进电子崩起始;另一方面,积聚在电子崩发展临界长度xele内的表面电荷通过减小电子崩中空间电荷数量与增加电子崩头部半径阻碍电子崩的发展,抑制流注的形成,在两种机制的共同作用下,沿面闪络电压随着电荷沉积位置的变化呈现非单调性下降。

冲击电压作用下冲击电容器用聚丙烯薄膜累积失效特性

直流输电系统中,中性母线冲击电容器时常会承受雷击、操作、故障等原因引起的过电压。过电压的频繁作用可能导致冲击电容器内绝缘介质（通常为聚丙烯薄膜）的劣化,引起其绝缘性能的下降。因此利用冲击电压累积试验平台,开展了冲击电压对聚丙烯薄膜累积作用的试验研究,获得了冲击电压幅值U与累积击穿次数N之间的关系（U–N特性）,研究了累积作用对聚丙烯薄膜介电特性的影响规律,分析了冲击电压波形参数对聚丙烯薄膜U–N特性的影响。研究结果表明：冲击电压对聚丙烯薄膜具有明显的累积效应,随着冲击电压作用次数的增加,聚丙烯薄膜的相对介电常数以及介质损耗因数逐渐增加;冲击电压作用下聚丙烯薄膜累积击穿次数与电压幅值的关系满足Weibull分布模型,标准雷电以及标准操作冲击电压作用下聚丙烯薄膜的U–N特性表达式分别为U=18.78N–0.033 71以及U=20.51N–0.027 43;不同波形参数下聚丙烯薄膜的U–N特性差异显著,在一定范围内,聚丙烯薄膜对冲击电压累积作用的耐受能力随波前时间的减小或波尾时间的增大而下降。

双极性振荡衰减冲击电压作用下油浸绝缘纸的绝缘累积效应特性

变压器内油纸绝缘在雷电冲击电压的重复作用下会产生累积损伤,从而对变压器的安全运行产生威胁。实际侵入变压器的雷电冲击电压波受变电站进线衰减、折反射及绕组谐振等因素的影响,具有显著的振荡特性,该波形与IEC规定的标准雷电波形有显著差异。为此基于变电站实测的雷电侵入波形,通过试验方法产生了不同波形参数的双极性振荡衰减冲击电压,采用柱–柱电极结构测量了冲击电压幅值与冲击电压累积次数之间的关系特性(U-N特性)。通过观察累积冲击作用前后油浸绝缘纸的微观形貌变化并测量其相对介电常数和介质损耗角正切,探索了多次冲击电压作用对油浸绝缘纸的累积损伤效应。研究表明,多次双极性振荡衰减冲击电压作用下油浸绝缘纸表现出明显的累积效应,随着冲击次数的增加,电极覆盖区域的试品表面会出现乳白色胶状附着物,且试品表面的纤维结构发生变化,粗糙程度逐渐增大,其相对介电常数和介质损耗角正切值均呈明显上升趋势。

多次双极性振荡衰减冲击电压作用下的油纸绝缘累积效应

为研究电力变压器实际遭受的雷电冲击电压波和IEC规定的标准雷电冲击电压波（SLIW）对油浸绝缘纸累积作用,基于变电站实测的雷电侵入波形,通过试验方法产生了不同波形参数的双极性振荡衰减冲击电压,采用匝间绝缘模型模拟真实状况下油纸绝缘所承受的电场,并通过测量冲击电压幅值与冲击电压累积次数之间的关系特性和不同次数冲击电压作用前后相对介电常数等电气参数,探索了多次冲击电压作用对油纸绝缘的累积效应。研究表明：多次双极性振荡衰减冲击电压作用下油纸绝缘表现出明显的累积效应,在不同波形参数的冲击电压作用下油浸绝缘纸的U-N特性曲线均呈指数变化规律;在相同电压幅值下,油浸绝缘纸对双极性振荡衰减波的累积耐受能力比标准雷电冲击电压波更好,表明相同电压幅值下标准雷电冲击电压对绝缘的要求偏严;油浸绝缘纸的相对介电常数和介质损耗角正切值均随累积次数的增加呈明显上升趋势,表明多次双极性振荡衰减冲击电压作用对油纸绝缘性能有明显的影响。

铜微粒对环氧树脂直流沿面闪络特性的影响

高压直流断路器的触头在频繁分合闸过程中会由于电弧烧蚀和机械磨损等原因而产生铜微粒,铜微粒会沉积在断路器断口环氧树脂表面,并显著降低其沿面绝缘性能。针对上述问题,搭建了试验平台,研究了直流电场下铜微粒粒径和位置对环氧树脂沿面闪络电压的影响规律;基于COMSOL Multiphysics建立了环氧树脂非平衡态等离子体沿面闪络模型,分析了铜微粒粒径和位置对沿面闪络电压的影响机制。研究结果表明：附着铜微粒会显著降低环氧树脂沿面闪络电压,铜微粒紧贴高压电极表面时,沿面闪络电压随铜微粒粒径的增加而下降;铜微粒位置亦会对环氧树脂沿面闪络电压产生影响,铜微粒与电极间距越小,沿面闪络电压下降就越明显;铜微粒粒径和位置的变化改变了初始放电发生过程和正负流注头部最大电场强度,进而改变了环氧树脂沿面闪络电压。上述研究结果可为解决高压直流断路器中铜微粒引起的沿面闪络问题提供参考。

海量实测过电压数据智能自清洗方法

系统过电压及其造成的事故屡见不鲜,严重威胁电网稳定性与安全性,因此,电网过电压数据的高效,准确获取是电网暂态分析和安全运行的重要保障。虽然相关研究已捕获了一定数量的过电压数据,但针对过电压数据采集与传输过程中数据库掺入错误、无效波形导致数据质量降低而无法实现有效应用的问题尚未解决。文中以某变电站实测过电压在线监测数据为研究对象,研究错误波形与真实过电压波形间的差异性规律,提出基于稀疏自编码、主成分分析(PCA)以及基于密度峰快速搜寻的聚类(CFSFDP)的海量过电压自动清洗方法。通过稀疏自编码与PCA实现电力系统实测波形降维与特征自提取,利用CFSFDP聚类方法实现无效、错误波形的有效隔离,创新性的构建海量过电压数据智能自清洗结构方法实现过电压数据预清洗与完全清洗,梯度式提高过电压波形数据库数据质量,数据质量提升的干净过电压数据库有利于进一步加深过电压产生与传播特性的认知。

单组分光敏微胶囊/纳米SiO_(2)/环氧树脂复合绝缘介质的自修复特性

以环氧树脂为代表的固体绝缘介质在长期电/机械应力作用下不可避免地会产生局部裂纹,严重影响其服役寿命。该文针对上述问题制备一种含有单组分紫外光敏微胶囊的环氧树脂复合绝缘介质,当环氧树脂表面产生裂纹损伤时,机械应力集中于胶囊壳体并使其破裂,囊芯光敏修复剂流出填充损伤通道,在外施紫外激励下实现损伤通道的固化自愈。同时通过向环氧基体内引入纳米SiO_(2)作为紫外光屏蔽介质,实现对囊芯光敏修复剂的紫外保护。该文利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪、热重分析仪、宽频介电谱分析仪等测试微胶囊与复合介质的本征性能与自修复特性,结果表明,微胶囊壳体致密且均匀,具有良好的耐热性能;SiO_(2)复合介质紫外屏蔽效果显著,能保证囊芯修复剂的反应活性;复合介质在保持环氧材料良好本征性能的同时实现了对机械损伤的自修复。