交直流输电管道绝缘运行安全关键技术

交直流输电管道具有电压等级高、电磁辐射小、敷设灵活性强等优势,在超特高压输电领域弥补了架空线路和电缆铺设的局限性,具有广泛应用前景。影响输电管道运行安全的首要因素是绝缘故障,而其中两大重要诱因是内部微粒的荷电运动和气固界面的电荷积聚。该文系统化梳理国内外相关研究,包括微粒运动与电荷积聚的时空交互、微粒与电荷积聚耦合下的放电物理机制、绝缘子性能增强设计方法、微粒抑制技术等。在此基础上总结出亟待解决的两个关键难题以及需要攻克的技术瓶颈。针对荷电微纳粉尘随机动力学特性与其诱发微弱放电的物理机制,在测量基础上须突破粉尘可视化探测瓶颈,并发展粉尘动力学行为仿真方法,以及基于飞秒瞬态光谱特征的放电检测技术。针对基于电荷调控机制的主动式微粒活性抑制理论,须开发新型涂层材料的精准制备与稳定涂覆工艺,提出主动式微粒协同抑制方法,探索智能输电管道全生命周期数字孪生技术。上述问题的有效解决,可为提升交直流输电管道绝缘安全运行水平提供理论基础和技术支撑。

特高压交流GIS/GIL拔孔型陷阱优化设计与协同布置方法

交流气体绝缘组合电器(GIS)和气体绝缘输电管道(GIL)内的运动金属微粒是诱发设备绝缘故障的重要因素,且特高压下的运动金属微粒引发设备绝缘故障的概率更大,而微粒陷阱可抑制金属微粒的运动,但实际工程中的微粒陷阱仍缺乏主动捕获微粒的能力。该文首先基于GIS/GIL内金属微粒动力学模型,分析了拔孔型陷阱的微粒主动捕获机制,进而根据金属微粒荷电运动与碰撞动力学特性,建立了拔孔型陷阱捕获概率计算模型,考虑陷阱的捕获能力对拔孔型陷阱的结构参数进行优化设计。具体结果表明,针对苏通工程中的特高压交流GIL,当陷阱直径为60cm、深度为30cm时,拔孔型陷阱抑制微粒效果达到最佳。进一步考虑微粒碰撞反射角的随机性,将拔孔型陷阱附近捕获率大于90%的区域定义为有效捕获范围,优化的拔孔型陷阱的有效捕获范围为32cm。最后,通过分析栅格型陷阱与拔孔型陷阱轴向电场分布,表明栅格型陷阱能够增强拔孔型陷阱的有效捕获范围,并以提高绝缘子附近的微粒抑制效果为目标,提出了绝缘子附近栅格型与拔孔型陷阱的协同布置方法。

交流GIS聚酰亚胺电极覆膜微粒抑制效果及绝缘寿命评估

目前针对交流GIS聚酰亚胺电极覆膜微粒抑制效果及绝缘寿命评估的相关研究尚不清晰。文中针对交流GIS,首先基于金属微粒荷电机理与受力模型,搭建了电极覆膜金属微粒运动观测平台,通过观测聚酰亚胺电极覆膜的微粒抑制效果,验证了电极覆膜对微粒抑制的有效性。具体结果表明,薄膜厚度与微粒抑制效果呈正相关特性,不同厚度的聚酰亚胺薄膜对金属微粒启举电压的增幅在49%~68%。其次建立了聚酰亚胺薄膜表面放电特性与寿命测试系统,测试不同厚度实验样品的放电统计参量,明确其放电特性,进而测试不同厚度聚酰亚胺薄膜的绝缘寿命。根据实验结果可知,100μm聚酰亚胺电极覆膜在110 kV下的绝缘寿命最长,为76.86年;25μm聚酰亚胺电极覆膜在500 kV下的绝缘寿命最短,为18.63年,验证了聚酰亚胺电极覆膜的绝缘可靠性。最终基于上述实验结果,文中提出了在交流GIS中的电极覆膜敷设方案。本研究可为交流GIS电极覆膜提供指导与参考。

直流GIS/GIL中驱赶电极与微粒陷阱的协同抑制作用及优化设计方法

直流气体绝缘组合电器和封闭输电线路中的运动金属微粒是造成绝缘故障的重要原因,采用驱赶电极可使微粒朝远离绝缘子的方向运动,与微粒陷阱配合使用可显著提高微粒的捕获概率。该文首先建立微粒与驱赶电极的碰撞动力学模型,发现受驱赶电极作用的微粒落点具有强集中性,进而考虑电场畸变特性与微粒落点分布对驱赶电极的结构参数进行了优化设计。进一步以微粒陷阱的捕获概率优化为目标,提出驱赶电极与微粒陷阱的协同布置策略,相较于无驱赶电极时,陷阱布置在驱赶电极下微粒集中落点位置时的捕获概率提升了20%。同时,考虑驱赶电极对陷阱中微粒入射角的影响,提出驱赶电极与微粒陷阱结构参数的协同优化方法,增加了微粒在陷阱内碰撞次数,提高了微粒陷阱的捕获概率。具体结果表明,当驱赶电极倾角为8°、陷阱倾角为50°时,微粒陷阱的捕获概率最高,可达69.8%。通过搭建包含驱赶电极与微粒陷阱的实验平台,验证了协同布置策略与参数优化方法的有效性。所提出的驱赶电极与微粒陷阱的协同设计方法适用于不同尺寸的直流气体绝缘装备,可为实际工程的微粒有效抑制提供指导。

直流电应力下线形微粒飞萤运动物理机制与临界起始判据

直流气体绝缘开关与输电管道(GIS/GIL)中线形微粒存在特殊的飞萤运动行为,即未碰撞地电极而反向运动或在高压电极表面悬浮运动,是影响直流GIS/GIL绝缘性能的关键因素之一。为厘清微粒飞萤运动物理机制,搭建了微粒飞萤运动观测与荷电量测试平台,获得了不同电压下线形微粒的运动与荷电特性。研究表明,线形微粒附近空间电荷导致微粒荷电量的极性变化,是产生飞萤运动的关键诱因,电极表面线形微粒的电晕起始电压是导致微粒荷电量极性改变的临界电压。进一步,基于直流棒板间隙的光电离模型计算了电极表面线形微粒的起晕电压,由测量结果拟合得到纳入起晕电压影响的微粒荷电量表达式,并结合电荷端部集中特性建立了线形微粒的荷电运动模型,由此提出飞萤运动的临界起始判据,实现了线形微粒飞萤运动的动态模拟。计算获得100kV直流GIL样机中不同尺寸微粒的飞萤起始电场强度,对于0.5MPa的SF6气体环境,直径0.2mm、长度5mm线形微粒的负极性飞萤起始电场强度为2.78MV/m,正极性飞萤起始电场强度为4.93MV/m。该研究在抑制微粒飞萤运动方面为直流GIL的主绝缘设计提供了参考依据。

浅谈电气自动化发展现状与发展方向

随着社会经济快速发展与现代科学技术的不断更新,一些传统行业的发展势必会在这样的大环境下受到影响与冲击。那么传统行业作为国家的支柱性产业,如何改革更新,提高竞争能力,越来越受到社会各界的广泛关注。我国电气自动化的发展历程相比于西方发达国家还是比较短,也存在一些客观的问题。在这个发展过程中,为了适应相关行业的快速发展,电气自动化的发展既是客观需要也是主观目的要求,是一些相关仪表与电机特别是新型仪表电机发展的必要基础与条件,也制约着相关行业的发展。本文将就电气自动化发展的现状与发展前景做一个综合性的论述,也希望能够起到抛砖引玉的作用。

电力系统的抗震脆弱性评估模型设计与实现

传统基于多Agent的电力系统抗震脆弱性评估模型,对电力系统抗震脆弱性实施分析时,未考虑节点权重的分配情况,评估效果不理想。因此,设计基于层次分析法的电力系统抗震脆弱性评估模型,基于电力系统节点服务类型和拓扑位置,构建抗震脆弱性评价指标的层次分析模型,基于该模型设置节点权值分配方案,依据该方案采用层次分析法获取风险综合指标,对节点脆弱性指标实施运算,采集不同状态下的各节点脆弱性权值并进行平均运算,获节点脆弱性指标值。基于节点脆弱性指标值,通过层次分析法实现电力系统抗震脆弱性评估。实验结果说明,所设计模型的抗震脆弱性评估结果精度和效率高。

应用于多相VRM的新型通用对称耦合电感研究

应用于传统电压调理模块(VRM)的并列式多相耦合电感器,因其自身磁芯的结构特点和集成方式,难以实现完全对称化耦合,制约着变换器性能的提升。在此以四相非对称耦合VRM为研究对象,提出各相耦合电感之间对称化程度的量化指标,推导非对称耦合电感下等效稳态和暂态数学方程,给出耦合度、对称度随占空比的归一化变化曲线,得出各相耦合电感非对称度对变换器性能的影响,明确了耦合电感对称化研究的重要性和必要性,进而总结出多相对称化耦合电感的通用设计准则;提出一种新型阵列式多相对称耦合电感器,分析对称化原理,并推广到N相通用型对称耦合电感的设计。最后样机实验结果证明了多相阵列式对称化磁集成理论的正确性和实用性。

直流GIS/GIL中线形金属微粒群飞萤运动现象与危险程度评估

直流GIS/GIL中金属微粒群的存在严重威胁设备的绝缘性能,其中线形微粒会发生“飞萤运动”。为厘清线形微粒群飞萤运动机制,该文搭建飞萤运动观测平台,获得线形微粒群的运动特性。进一步,建立微粒群荷电运动模型,实现线形微粒群飞萤运动的动态模拟。研究表明,微粒群飞萤起始电压与微粒数量呈负相关,且随微粒直径的增加而增大,随微粒长度的增大而减小,叠放状态下微粒群的启举电压减小,但飞萤起始电压不受微粒初始状态的影响;相较于单微粒,微粒间库仑力、空间电荷与场强的变化使得线形微粒群存在一系列不规则悬浮与随机跨越运动。微粒群飞萤显著降低了设备耐电强度,基于微粒的气隙击穿效应对线形微粒群运动行为进行危险程度评估。具体结果表明,对于飞萤的线形微粒群,地电极单微粒飞萤的危险程度最低,高压电极单微粒飞萤与静止微粒飞萤时危险程度较高,微粒绕飞时危险程度最高。该研究在抑制微粒群飞萤运动方面为设备的主绝缘设计提供一定参考依据。