GIS局部放电在线监测系统的研究与设计

为了有效准确地对气体绝缘金属封闭开关GIS(gas insulated switchgear)进行局部放电在线监测,针对当前主流监测设备存在着兼容性差、数据实时处理能力弱等不足,设计了一套多通信接口的GIS局部放电在线监测系统。结合双树复小波变换良好的去噪能力和提升小波变换高效的计算能力,在软件系统数据处理模块中引入提升双树复小波算法,对监测所得的数据进行去噪处理,并显示相应局放图谱,最后基于统计特征参数法对处理后的数据进行局放特征参数计算。仿真和实验结果表明,该系统人机界面友好,具有良好的数据处理和特征参数计算能力,所测得的结果直观准确,较之其他在线监测系统,更能满足GIS局部放电在线监测的实时性要求,在工程实践中具有更高的应用价值。

基于分形理论的SF_6/N_2混合气体放电仿真

为了研究SF_6/N_2混合气体电介质击穿现象,利用编写的Matlab程序对放电通道发展过程进行数值模拟,并结合分形几何原理计算放电树枝的分形维数。基于分形理论,建立了考虑空间电荷分布和引入物理时间的棒-板分形放电仿真模型,通过有限元方法(FEM)计算空间电场,并首次结合通量校正传输(FCT)法求解带电粒子连续性方程,研究了不同发展概率指数、不同放电阈值和SF_6含量变化下分形放电特性。结果表明:概率指数越大,SF_6含量越高,则分形维数越小,放电树枝分叉也越少;体积含量50%/50%的SF_6/N_2混合气体放电分形维数D=1.219 2,整个放电过程流注发展平均速度为1.15Mm/s,并得到了不同时刻空间电荷及轴向电场与电子浓度的分布。

考虑风速和导线高度影响的高压直流输电线下离子流场计算

为了预测高压直流输电线下的电磁环境,对不同条件下的地面离子流场分布进行了计算研究。采用Kaptzov假设,通过模拟电荷法计算人工边界处的标称电位,再结合泊松方程计算出空间电荷产生的电场,同时提出一种新的空间电荷密度更新公式,基于上流有限元方法求解离子电流密度方程。通过同轴圆柱电极电场问题验证了该算法的有效性,并利用考虑风速的单极高压直流输电线路模型说明了该算法的可靠性。最后,将其应用到不同导线对地高度和不同风速影响下的双极高压直流导线离子流场问题,结果表明导线对地高度和风速都会影响地面最大合成场强和离子流密度,且风速会使其发生偏移。

基于ETG-通量校正传输法的短间隙SF_6/N_2混合气体流注放电数值仿真

利用粒子输运方程及耦合泊松方程,研究了短间隙中10%~90%SF_6/N_2混合气体在不同阶段的流注放电特性。针对流注头部粒子空间分布出现陡梯度问题,基于不均匀的三角元网格剖分,采用Euler-Taylor-Galerkin(ETG)格式对粒子连续性方程进行时间离散,利用通量校正传输法(FCT)对离散后的方程进行求解,可以明显提高计算准确度和减小数值扩散。基于以上算法,考虑电子与SF_6/N_2中性混合气体的电离、复合、吸附以及光电离等过程,对短间隙气体流注放电过程进行了仿真。仿真结果表明,初始场强的大小影响流注的发展,随着流注发展,流注头部空间电荷加剧了两极板间的电场畸变,间隙击穿时流注头部电子浓度达到10^(20)/m^3,最大空间场强达到114k V/cm;光电离对加速流注的形成和发展有很大的影响;仿真结果也验证了ETG-FCT法应用于气体放电研究的有效性。

电气设备温度在线监测系统设计

为预防电气设备异常升温而导致的电力故障等问题,设计一种以无线传感器网络(WSN)为核心,传感器技术为基础的温度在线监测系统。系统由6个传感器节点和1个数据汇总单元组成,传感器节点负责温度测量并通过无线传感器网络将温度信息发送给数据汇总单元;数据汇总单元会在每天的规定时间将各个传感器节点测量数据无线传送给巡检员并在系统供电电压不足或者设备异常升温时发出报警短信。测试实验结果表明:无线传感器网络有效通讯距离远,系统功耗低,测量数据准确可靠,适合于电力系统的温度在线监测。

高压GIS局部放电报警系统设计

针对现有GIS局部放电检测设备的缺陷,设计了一种基于无线传感器网络(WSNs)和GSM的GIS局部放电报警系统。GIS局部放电报警系统由一个信息中转站和若干个传感器节点组成,传感器节点获取GIS工作状况信息,通过nRF24l01无线模块将信息发送给信息中转站,信息中转站再利用GSM模块将各传感器节点发来的信息发送给GIS站管理员,实现了对GIS局部放电高效的实时在线监测。测试实验结果表明:该系统简单、经济、工作稳定、监测范围广,当GIS发生局部放电时,系统能准确地发出报警信息;传感器节点使用1000 m Ah的锂电池供电可持续工作超过211天,信息中转站采用20 Ah的铅酸电池供电可持续工作超过58天。

高压开关柜温度远程在线监测系统设计

针对现有高压开关柜测温系统的缺陷,设计了一种温度远程在线监测系统。系统由6只SAW温度传感器和1个基于雷达原理的无线询问器组成,询问器通过向传感器发射高频激励信号（497-503 MHz）并接收带有温度信息的回波信号实现温度测量,同时,系统利用GSM模块进行短信报警、即时温度查询以及系统参数设置实现了远程在线监测。经过大量的实验和测试表明：该系统工作稳定,抗干扰能力强,测量误差在0.5℃以内,采用10 Ah锂电池供电,可持续工作超过35天,相比传统设备,更适合于高压开关柜的温度监测。

复合绝缘子图像在线采集前端控制系统设计

为了提高复合绝缘子憎水性带电检测的安全性,设计了一套基于无线通信的复合绝缘子图像在线采集前端控制系统.系统由喷水装置、图像采集装置、无线收发器以及电脑组成,喷水装置通过2.4G无线模块与插在电脑上的无线收发器通信,图像采集装置通过WiFi与电脑通信.将喷水装置和图像采集装置安装在塔上,在塔下就能用电脑控制它们向复合绝缘子喷水拍照,图像自动保存在电脑里,憎水性分析软件调用此图片即可分析复合绝缘子的憎水性等级.测试结果表明:该系统操作简单安全,工作稳定,抗干扰能力强,无线通信丢包率在3.5%以下,电池充1次电能持续工作超过14h,拍摄图像清晰,能够满足分析绝缘子憎水性对图像清晰度的要求.

GIS局放在线报警系统自供电电源的研究

为能够为SF6气体绝缘组合电器设备(GIS)局放在线报警系统提供电能,设计了一种基于电磁感应原理的无线取能系统。利用取能线圈从GIS盘式绝缘子外侧感应工频磁场,线圈两端的感应电势经整流电路后,应用具有电池管理功能的超低功耗升压充电器,将感应电能收集与管理,通过升压稳压电路为系统提供电能。通过理论分析和软件仿真,验证了该取能方案的可行性,满足系统的需求,有效解决了取能线圈输出电能低而无法满足系统工作的问题。结果表明,该取能电源能够周期性地为在线报警系统提供可靠的电能。

改进和声算法在均压环三维电场优化中的应用

±500 kV直流耐张塔均压环三维电场优化对输电线路安全稳定运行特别重要。为了解决均压环三维电场优化问题,文中首先分析了均压环对绝缘子串电位分布的影响,确定了以高低压各侧单个绝缘子承受最大电压为目标函数;将有限元法与和声算法相结合,提出了两点直线搜索方法选取记忆库内元素,两点变异方法选择库外元素,动态化参数方法改善解向量多样性的均压环优化方案;对比分析了采用和声算法和穷举法优化后的绝缘子串电场和电位分布曲线。结果表明,优化后的高低压各侧单片绝缘子承受的最大电压较穷举法降低了0.96%和0.2%,有效提高了均压环优化速度。