微纤化/纳米纤维素复合绝缘纸的力学特性及计算方法

油纸绝缘变压器的绝缘纸处于强机械振动和机械冲击的作用环境中,这对绝缘纸的强度和抵抗变形的能力提出了很高的要求。因此,实现对纤维素绝缘纸机械性能的有效提升和准确预测至关重要。文中通过微纤化/纳米纤维素的体相掺杂,制备出不同质量分数的纳米纤维素晶须、纳米纤维素纤维和微纤化纤维素改性绝缘纸。然后对不同掺杂浓度下微纤化/纳米纤维素改性绝缘纸的微观形貌、应力-应变曲线和杨氏模量进行测量,对比了不同长径比的微纤化/纳米纤维素对绝缘纸机械性能的改性效果。从自身强度、形态、界面效应和团聚效应等方面分析了微纤化/纳米纤维素对绝缘纸的改性机理。在详细实验结果和综合分析的基础上,基于Halpin-Tsai模型对理想情况下填料改性作用的分析,考虑到团聚相和界面相的影响,实现了对不同掺杂浓度下改性绝缘纸杨氏模量的预测。独立实验验证表明,所提出的预测模型误差小于1.57%。该研究对实现绝缘纸的纳米改性和机械性能预测具有重要意义。

35kV低频变压器的轻量化设计方法

针对低频变压器铁心尺寸、重量等较传统工频变压器增大的问题,提出了一种35 kV低频变压器的轻量化设计方法,综合考虑变压器损耗、重量和尺寸进行多目标优化。首先,依据国家标准及设计手册给出低频变压器初始结构。然后,选取变压器尺寸、重量与损耗作为优化目标。其次,根据低频变压器特点选取相应的优化变量并给出约束条件。最后,通过遗传算法对低频变压器进行优化设计,并进行对比分析,结果表明,总损耗减少了11.04%,铁心、线圈重量减少了4.36%、6.71%,铁心中心距减少了12.85%。

252kV GIS状态仿真及故障诊断平台的构建

针对GIS设备故障仿真试验系统的构建展开研究,设计开发了一套完整间隔的252 kV GIS设备故障仿真试验系统。该仿真试验系统具备金属尖端、悬浮电位、微粒等典型GIS局放缺陷的多源实物模拟功能,同时集成了特高频、超声、光学以及脉冲电流法等局放检测手段,可针对局放信号特性、传播特性开展全面综合的检测分析和诊断评估研究。

电力变压器绕组变形检测与诊断技术的现状与发展

随着电网容量的日益增大,短路故障造成的变压器损坏事故呈上升趋势。及时有效采取检测手段对变压器绕组变形进行测试,能有效防止变压器已有变形的进一步恶化,最大限度地保证变压器不发生事故。从绕组变形的检测方法、检测原理、检测结果的影响因素和判断准则等几个方面进行归纳,综述了近年来变压器绕组变形领域的重要研究成果。同时,结合实际应用案例,从检测方式、测试结果的影响因素、检测信息量、检测灵敏度、变形判断方法及检测标准等角度对不同检测方法进行了分析比较。结果表明,扫频阻抗法能够较好地弥补低电压短路阻抗法和频率响应法在不同形式绕组变形灵敏度上的差异,提高绕组变形诊断的有效性;振动带电检测法无需停电就可开展变压器绕组变形检测。相比其它检测方法扫频阻抗法和振动带电检测法具有较明显优势,建议开展进一步现场应用研究,提高检测手段成熟度和变形判断方法的准确性。

气体流速对大气压氩气等离子体射流影响的实验与仿真

为了研究气体流速对Ar大气压等离子体射流(APPJ)的影响,首先对其进行了实验研究,并通过建立二维轴对称模型,数值仿真了Ar气流在空气中的流速与摩尔分数分布。考虑了高流速下湍流对APPJ的影响,耦合求解了连续性方程、N-S方程、K-ε湍流方程以及混合气体的组分输运方程。实验结果表明,随Ar流速的变化APPJ表现为层流、过渡态和湍流3种模式,当流动为过渡态时APPJ长度为最长。仿真结果表明,当流动处于层流时,随着流速的增加,径向的Ar速度与摩尔分数逐渐增大,这与APPJ长度随Ar流速逐渐变长的实验结果相符合;当流动处于湍流时,Ar的径向扩散陡然上升,Ar头部的摩尔分数下降,这也与实验中观察到的当Ar流速很大时射流长度反而变短的现象基本相符合。

大气压氩气等离子体射流长度的影响因素

为了研究不同大气压氩气射流结构的放电特性以及气流速率、外施电压和电极结构对射流体长度的影响,设计了外表面双电极、外表面单电极和中心同轴电极3种不同结构的氩气等离子体射流装置,并结合气体动力学和静电场进行了分析。实验结果表明,随着气流速率的增加,射流管内的氩气流动状态会经历从最初的层流态到中间的过渡态再到最后的湍流态的过程,相应的射流体长度也随着气流速率的增加先增大后减小,并在雷诺数为2000～3000时达到最大值。总体上来说,在同一气流速率下,单电极结构的射流体长度略大于双电极结构,而中心电极结构的射流长度较短;中心电极结构的放电最为稳定,双电极次之,单电极最差。分析认为,射流体长度主要取决于流注崩头的高能电子,由于双电极和单电极结构的电场以轴向分量为主,放电类似于流注放电,射流体较长;而中心电极结构的电场集中在中心电极尖端,放电起始于电晕放电,射流体较短。同样受电场分布的影响,随着射流管内径的增大,双电极和单电极结构的射流体长度最大值先增大后逐渐趋于饱和,而中心电极结构的射流体长度最大值则略有减小。

纳秒脉冲下圆台形可加工陶瓷真空沿面耐电特性测试与仿真分析

真空中绝缘子表面的沿面闪络现象极大地限制了电真空设备的发展进程。为此,将一种具有优良可加工性能和良好耐电性能的可加工陶瓷引入真空绝缘领域,结合工程实际中经常采用圆台形绝缘结构,将其加工成不同角度的圆台形绝缘子,在ns脉冲电压下对试品进行了真空沿面耐电性能的测试,并分析了锥角对阴极三结合点处电场、表面电荷分布和初始电子运动轨迹的影响。结果发现:正锥角的闪络电压明显高于负锥角,而45°绝缘子的闪络电压最高。分析认为,锥角对绝缘子阴极三结合点处的电场和表面电荷分布影响很大,正锥角时阴极三结合点处的电场和表面电荷密度较小,而负锥角时两者较大,同时负锥角时电子的自由程变短,减小了电子与绝缘子碰撞时的能量。

大气氛围中氩气等离子体射流的数值模拟

为了分析大气压空气环境中氩气等离子体射流的特性,建立了二维轴对称的等离子体射流喷射模型;考虑待处理材料对等离子体射流的影响,利用Jets&Poudres软件耦合求解了等离子体射流的可压缩N-S方程、能量方程以及K-ε湍流方程;采用自由边界条件来处理射流等离子体的外边界条件,分析了射流等离子体的温度、速度以及所含空气组分等特性,并研究了工作气体体积流量以及喷口直径对喷射特性的影响。结果表明,射流等离子体的温度和轴向速度分布呈倒锥形分布,温度与轴向速度沿径向呈高斯分布衰减;等离子体径向速度的最大值出现在射流的尾部,且径向速度的峰值约为轴向速度峰值的1%;随着氩气体积流量的增加,等离子体的轴向体积流量显著增加,而等离子体温度逐渐降低,说明体积流量的增加提高了等离子体的冷却效应;随着喷口直径的增加,等离子体温度逐渐升高,而轴向速度的峰值显著减小,其最小值则几乎不变;在靠近喷嘴的等离子体射流高温高速区域,空气难以进入,该区域内的空气体积分数为3%～5%。

GIS特高频局部放电检测与诊断技术的研究进展

UHF法作为一种抗干扰性能佳、灵敏度高、易识别缺陷类型以及可实现放电源定位的局部放电检测方法,在GIS绝缘缺陷和故障诊断中有着良好的应用前景。通过介绍近年来GIS局部放电电流特性、UHF信号传播特性、UHF传感器设计与测试、诊断与评估技术等方面的重要研究成果,讨论了UHF检测盲区、幅值量化标定、危险度评估等目前在研究和实践中存在的问题,提出了今后GIS UHF技术的研究与应用发展方向。

多层均压结构可加工陶瓷真空沿面耐电特性的实验与仿真研究

真空中沿固体绝缘材料表面的闪络电压通常远低于绝缘材料自身及相同长度真空间隙的击穿电压,这一现象极大地限制了高压真空设备的发展。将一种具有优良可加工性能和良好耐电性能的可加工陶瓷引入真空绝缘领域,结合工程实际中的绝缘堆结构,加工制作了多层均压结构;在纳秒脉冲电压下对不同多层均压结构的样品进行了真空沿面耐电性能的测试,并分析了不同均压结构对样品沿面电场和电子运动轨迹的影响。结果表明:多层均压结构样品的耐压强度要高于圆柱形样品,且其闪络场强随着绝缘层与金属层比例的增大有增大的趋势,径向电场随该比例的增大而减小;使用圆台形绝缘子组成多层均压绝缘结构时,电子难以与样品表面发生碰撞,闪络的稳定性得到了一定程度的提高。

真空中不同温度下典型脉冲功率领域用有机绝缘材料介电特性的研究

针对脉冲功率领域最常采用的环氧树脂、交联聚苯乙烯和聚乙烯3种典型绝缘材料,设计了一套适用于真空中且可以控温的标准三电极系统。在真空中对不同温度和频率下的介电参数(介电常数、介质损耗、表面电阻率和体积电阻率)进行了测试,并研究了烘烤对其介电性能的影响。结果表明:在不同的温度和频率下,3种材料中聚乙烯的εr和tanδ最小,环氧树脂最大;交联聚苯乙烯的体积电阻率和表面电阻率最大,环氧树脂和聚乙烯次之。烘烤可在一定程度上降低绝缘材料的介电常数和电阻率。综合比较3种材料的电性能和耐热性能,其中交联聚苯乙烯的性能最好,适用于真空脉冲功率领域绝缘。

基于多源信息的电力变压器全量状态评价模型

为适应电力设备状态检修的发展趋势,克服传统评价模型在数据获取方式、部件划分、性能指标设置、评分模型等方面的缺陷和不足,依据国家电网公司变压器状态评价框架,结合停电试验、带电检测、在线监测、专业巡检、运行环境等因素,重新梳理了设备状态量、不良工况和家族缺陷等因素,构建了一套综合多源信息的全量状态评价模型。实例分析证明该评价模型更全面、即时地描述了电力变压器的实际运行状态,可为一线运维人员制定设备检修策略提供科学指导,也为其他变电设备的状态评价提供了实践依据。

基于宽频等值电路的变压器局部放电电气定位研究

当变压器中发生局部放电时,脉冲电流信号会沿着绕组传播,检测绕组两端脉冲电流信号即可实现对变压器局部放电的检测。为此,建立变压器宽频等值电路模型,在可能发生局部放电的高压绕组处,于不同线饼与地之间施加局部放电脉冲,模拟高压绕组不同位置对地放电,在高压套管末屏及中性点处采集脉冲电流信号,研究不同位置局部放电脉冲电流信号在变压器绕组中的传播规律。通过计算可知,脉冲电流信号在两个不同频段能量占比的比值与脉冲电流传播的距离比呈线性关系,最大误差为9.80个线饼。该方法实现了变压器局部放电的电气定位,现场实验结果验证了该定位方法的有效性。

真空绝缘堆的电场仿真

真空绝缘堆是脉冲功率系统的重要部件,承担着绝缘支撑以及不同氛围隔离的重要作用,往往也是整个系统的薄弱环节之一。笔者对真空中绝缘堆的不同绝缘结构进行了电场仿真分析,探讨了金属极板的层数、绝缘层与金属极板的位置、两者的比例、绝缘子的角度、电极嵌入对真空绝缘堆电场分布的影响。仿真结果表明:加入金属极板改变了绝缘子表面的电场分布;随着金属极板层数的增多,最大场强是减小的;当金属极板在外面时电场畸变减小;随着绝缘子与金属极板的比例增大,电场畸变随之增大;当绝缘子角度为45°时,电场畸变减小;电极嵌入能够降低三结合点处的电场。该仿真结果有利于真空绝缘堆的设计。

光纤光栅传感器在变压器多参量智能监测中的应用研究

随着变压器向超高压、大容量、智能化方向发展,现有的监测方法无法准确捕捉变压器运行状态中的潜在故障。基于光纤光栅传感器的原理,提出了一种用于智能变压器多参数监测的光纤光栅温度和油位传感器。对温度传感器和油位传感器进行设计,通过试验分析了所设计传感器的特性,并对试验数据用最小二乘法进行拟合。结果表明,变压器温度与温度传感器波长之间存在良好的线性关系,温度灵敏度为10.275 pm/C,拟合度为0.99765。同时,变压器油位与油位传感器波长也存在良好的线性关系,加压和降压灵敏度分别为4.538 nm/MPa和4.638 nm/MPa,加压和降压拟合度值分别为0.99956和0.99927,可满足智能变压器多参量的监测要求。

变压器中性点过电压分析与绝缘配合

电力系统发生不对称短路、非全相运行和雷击等故障时,变电站变压器中性点会出现较高的过电压,严重影响中性点绝缘的可靠性,因此需要对变压器中性点过电压和绝缘配合开展研究。文章在PSCAD/EMTDC中搭建110 kV输电系统仿真模型,计算分析线路发生各种故障时的中性点过电压,依据仿真所得过电压值,确定放电间隙距离以实现更加优化的绝缘配合。结果表明,线路发生单相接地故障时中性点最高过电压为117.73 kV;发生单相断线时中性点最高过电压为52 kV;发生雷击时中性点最高过电压为118 kV;采用放电间隙并联避雷器的中性点保护方式时,选取放电间隙距离为13 mm~14 mm时能达到最优的绝缘配合效果。该研究结果可以为110 kV变压器中性点的绝缘配合优化提供重要的理论和实验参考依据。

油浸式变压器内部温度的热-流场耦合仿真与特性分析

绕组热点温升是评估油浸式变压器运行状态及剩余寿命的关键指标。以110 kV油浸自冷式变压器为研究对象,搭建包含散热器等效几何结构的二维闭环全尺寸热-流场仿真模型,模型预测温度与温升试验结果误差小于5℃,准确性较高。仿真结果显示绕组水平油道内存在油流静止段,为改善此区域的油流循环,分析了水平油道宽度和挡油板数量对油流速和绕组温升的影响规律。研究结果表明:加宽水平油道可降低绕组平均温度和热点温度;安装挡油板可显著提升水平油道油流速,降低绕组平均温升;所设置条件下,安装5个挡油板为综合散热性能最优方案。

电力变压器抗短路能力综合治理技术研究

本文针对变压器抗短路能力问题,从变压器抗短路能力核算、短路故障预防、绕组变形检测诊断以及抗短路能力不足变压器改造等方面开展研究与分析,为变压器抗短路能力隐患的有效治理提供了理论和实践依据。

基于同轴电容的谐波电压监测及影响因素分析

谐波含量是电能质量的关键指标,高电压等级电网的谐波电压监测水平尚不能完全满足电力企业生产需求。通过建立基于同轴电容末屏接地电流的谐波电压测试系统,分析了不同频率下电容量对谐波电压含有率测试结果的影响程度,实测表明电容量变化对谐波电压含有率的影响不大于2%;分析了绝缘性能与谐波电压含有率误差的关联关系,当tanδ(f)小于0.2时,谐波电压含有率测试误差不超过2%;实测了不同绝缘状态下tanδ(f)的变化范围,分析表明绝缘状态对谐波电压含有率影响不明显。

变压器油中光纤多应力老化特性试验研究

本文中作者通过加速热老化试验测试了不同老化程度下光纤对于绝缘油理化特性的影响。搭建了光纤损耗测试平台以及机械振动平台,分析了热应力和机械应力作用下光纤光学传输特性的变化规律。