湿热环境下含芯棒-护套界面缺陷复合绝缘子的界面老化机制研究

湿热环境下,含界面缺陷的复合绝缘子更易发生酥朽断裂、界面击穿等严重事故。目前湿热环境下含芯棒-护套界面缺陷复合绝缘子的界面老化机制尚未明确。本文对含有不同界面缺陷的复合绝缘子短样进行湿热老化,对比吸潮与干燥状态下各试样的温升与放电结果,然后通过解剖观察、微观形貌观察及表面元素与官能团变化分析,研究湿热环境对含界面缺陷复合绝缘子性能的影响。结果表明:绝缘子界面缺陷在湿热作用下会加速绝缘子的老化进程,扩大为界面失效,界面处局部放电与水分杂质的极化损耗会引发异常发热故障,其中金属缺陷引发的温升明显高于其他类型缺陷;随着界面缺陷逐步扩大,环氧树脂由界面向内部发生氧化分解,玻璃纤维大量裸露,进而发生劣化。

中国高校“休眠态”科技成果现状、成因与对策研究

高校科技成果转化率低会导致大量成果休眠,造成科技资源严重浪费。本文以2011—2020年本科高校为对象,在Patentics数据库中手工收集“休眠态”专利数量,深入分析“休眠态”专利的现状及成因。结果表明,中国本科高校休眠专利增长态势明显。基于分类视角,从空间分布来看,休眠专利呈集聚特征;从休眠时间来看,浅度休眠期为沉睡“洼地”;从技术分类来看,物理、化学领域集中度最高;从专利类型来看,发明专利转化困境亟需破除。进一步研究发现,资金投入不够、技术能力不足、政策法规及体制环境不完善是“休眠态”科技成果形成的主要因素。在此基础上,提出拓宽资金来源渠道、优化高校技术人才培养机制、健全市场导向的政策支撑机制等对策建议,助推高校科技成果转化应用。

基于磁流体动力学的35 kV自脱离防雷装置灭弧仿真

为研究影响基于气吹灭弧原理的自脱离防雷装置灭弧的影响因素,文中基于磁流体动力学理论建立装置灭弧过程的数值仿真模型,研究电流初始相角与装置气流速度峰值对装置熄弧性能的影响,并结合大电流燃弧试验验证模型有效性。研究结果表明,自脱离防雷装置灭弧时间与工频电流初始相角密切相关,在0°~180°电角度区间内,电弧熄灭所需时间随工频电流初始相角的增大而减小。装置气流速度峰值对电弧熄灭具有决定性作用。当灭弧气流速度峰值高于243 m/s时,装置可在半个工频周期内有效熄灭电弧并防止重燃;灭弧气流速度峰值低于243 m/s时,在装置产气灭弧筒出口处将出现“电弧堵塞”现象导致电弧重燃。研究结论可为气吹防雷装置灭弧性能优化提供理论依据。

结合MIDAS仿真和BP神经网络的输电杆塔基础滑坡风险评估

近年来,暴雨及洪涝等异常灾害使得滑坡现象频发,导致野外输电杆塔发生倾斜、位移及沉降,严重威胁电网安全运行。为解决现有输电杆塔基础滑坡风险评估方法存在的普适性差、主观性强等问题,构建了一种结合仿真计算和数据驱动的杆塔滑坡风险评估模型。首先,将杆塔基础荷载纳入杆塔基础滑坡影响因子,结合MIDAS软件仿真得到坡体安全系数。其次,基于卫星、气象等多源信息融合,提取8个杆塔基础滑坡影响因子,搭建按误差逆传播算法训练的多层前馈(back propagation,BP)神经网络模型。最后,对比测试样本集安全系数的仿真结果与模型预测值,误差范围为0.01%~0.24%,并结合合成孔径雷达干涉技术(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)验证了模型有效性和可行性。结果表明:利用该神经网络模型可实现对任意输电杆塔基础所在坡体安全系数的精准、快速预测,同时具有普适性强的特点。研究成果可为输电线路防灾减灾提供新思路。

纤维素气凝胶骨架负载SiC提升环氧复合材料非线性电导特性与热力学特性

掺杂SiC颗粒的聚合物材料可以表现出优异的非线性电导特性,并广泛应用于电场梯度材料。然而,由于非线性复合材料中填料含量较高,优异的非线性电导特性以牺牲机械特性为代价。因此,如何在极低SiC填充量下实现非线性电导特性和机械特性的协同优化对实际工程应用而言尤为重要。该文首先利用硅烷偶联剂对SiC进行表面改性,然后在纤维素气凝胶骨架上成功实现自组装,并通过真空辅助浸渍法制备了非线性电导环氧复合材料,实现了其导热性能、机械性能和非线性电导特性的协同提升。研究结果表明:该复合材料在极低SiC填充量下(体积分数4.47%)表现出优异的非线性电导特性,且不同SiC体积分数下纤维素气凝胶骨架负载的SiC/环氧复合材料可以大大拓宽开关场阈值的范围。在体积分数10.58%下,该复合材料阈值场强为2.49 kV/mm,非线性系数为4.54。同时,导热特性和动态热机械特性测试表明,由于相互连接的3D结构,新型复合材料储能模量提高约100%,交联密度高达15.9×10^(–3 )mol/cm^(3),热导率提升至0.69 W/(m·K)。该方法为制备具有优异热力学性能的电场梯度复合材料提供了新的思路。

界面缺陷加速高温硫化硅橡胶在酸热环境下的老化开裂研究

高温硫化(high temperature vulcanized,HTV)硅橡胶(silicone rubber, SIR)具备优良的憎水性和抗污闪性能,并作为复合绝缘子的护套被广泛用于输电线路的绝缘装置。护套与芯棒间的界面状态是决定复合绝缘子长时间稳定运行的重要因素,而界面缺陷会严重影响复合绝缘子运行的可靠性。为此设计了含不同尺寸界面缺陷的HTV硅橡胶–环氧玻纤试样板,分别在80℃水、硫酸和硝酸溶液下进行人工老化。结果表明:经80℃硝酸溶液处理4 d后,含界面缺陷的试样表面出现大量裂纹,且随着老化时间增长其表面裂纹逐渐扩大。而无缺陷试样在相同老化条件下8 d后表面仍保持光滑。结合微观形貌结果与理化性能检测分析,裂纹是由缺陷试样的界面应力引起的。此外,经过80℃硝酸溶液处理后,含缺陷试样的拉伸性能和介电性能相比于无缺陷试样均显著下降。80℃硝酸溶液处理8 d后,试样抗拉强度和断裂应变分别从4.58 MPa和470%下降到2.07 MPa和130%。同时由于裂纹加速水分入侵导致缺陷试样在102~104Hz的频率范围内出现了新的介电损耗峰。该研究通过对含人工界面缺陷的HTV硅橡胶进行酸热老化,探究了在酸热应力下,界面缺陷加速HTV硅橡胶的老化开裂机理,可为今后研究复合绝缘子护套的开裂机理及相应的老化特性提供理论支持。

基于GWO改进神经网络的风致输电杆塔响应计算方法

针对基于有限元方法的风致输电杆塔仿真模型存在模型参数设置复杂、响应速度低下等问题,提出了一种结合杆塔仿真计算与机器学习的杆塔应力快速计算方法,实现了风致输电杆塔仿真模型的高效运算。首先利用有限元仿真分析10~35 m/s风速0°~90°风向下输电杆塔的应力结果,将其作为神经网络训练样本;分析杆塔本征参数及气象因素对杆塔应力结果的影响,提出一种基于风速、风向和塔材类型等因素的特征值选取方法;利用灰狼优化算法(grey wolf optimizer,GWO)优化算法提高神经网络准确度,建立基于灰狼优化算法改进反向传播神经网络(grey wolf optimizer-back propagation neural network,GWO-BPNN)的杆塔风致应力计算模型,计算速度可达建模仿真的10倍以上。在准确率上,基于数据集划分训练集及验证集,模型准确率在98%以上,将计算结果与实际杆塔受灾情况相比情况一致。本模型可用于输电线路防风预警,致力于输电线路防灾减灾。

山火预警技术在输电线路的应用现状

简述了输电线路监测山火的意义和必要性,分析了山火导致输电线路跳闸的机理。将目前应用于输电线路山火监测的方法分为两种:一种是宏观的、大范围的卫星遥感山火监测技术,另一种是局部的、小范围的传感器网络监测技术。综合分析了目前预警方法和对应算法的应用原理,详细分析和比较了现有预警方案的优点和不足之处。由于可借鉴的山火历史数据少,且输电线路监测环境恶劣,更应注重预警模型以及算法的配合。总结了山火预警技术在输电线路上应用尚未解决的诸多问题,研究更适合于输电线路运行环境的山火预警技术是未来的发展方向。

交流500kV复合绝缘子内部缺陷对轴向电场分布的影响

复合绝缘子的芯棒和护套间的胶接界面贯通于绝缘子两端,是内绝缘的组成部分。一旦芯棒和护套粘接不紧密,在界面形成的间隙将畸变周围电场分布,高场强的长期作用将对芯棒机械性能造成影响。为了研究界面缺陷对电场分布的影响,以南方电网某交流500kV线路复合绝缘子断裂事故为研究对象,应用有限元分析软件ANSYS建立了该断裂复合绝缘子的整体模型和子模型,计算了芯棒表面存在缺陷时的电场分布。结果表明:气隙处电场强度增大,但不足以引发局部放电。水分渗入后,缺陷尺寸足够大时电场强度将会超过空气的击穿场强,导致局部放电,进一步加速界面粘接性的劣化;护套破损后内部芯棒暴露,芯棒蚀损使得机械性能降低,最终将引发断裂掉串。

交流电晕对高温硫化硅橡胶性能的影响

采用针-板电极交流电晕放电试验装置研究了电晕放电对高温硫化硅橡胶憎水性、不同温度下憎水恢复性、力学性能和电气性能的影响,结果表明电晕放电作用不同时间后高温硫化硅橡胶材料憎水性丧失是一个渐进的过程,严重时硅橡胶材料憎水性会暂时性丧失,硅橡胶材料在不同温度下憎水性恢复速度不同,电晕放电作用后硅橡胶材料憎水接触角不能恢复至新试样初始水平.电晕放电不同时间后硅橡胶材料表面受电晕放电影响的范围逐渐扩大,表面产生了黑色粉末状电晕环,前期发展较快,然后逐渐由表层损坏转为纵深方向发展,材料表面和内层均可能遭到不同程度电蚀损,硅橡胶主链基团Si—O—Si、侧链基团Si—CH3和甲基中C—H键相对强度均随着电晕放电作用时间的增加呈下降趋势,材料拉伸强度和硬度有所下降,介电性能明显下降.

高海拔地区直流耐张绝缘子布置方式对其污闪特性的影响

绝缘子污闪特性的研究主要集中在悬垂Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅴ型布置的瓷、玻璃绝缘子,对水平耐张布置绝缘子的污闪特性研究较少,为此在1970m高海拔试验基地分别试验研究了水平耐张布置和悬垂Ⅰ型复合绝缘子和长棒形瓷绝缘子2种直流绝缘子人工污秽闪络特性的影响。结果表明:布置方式对绝缘子直流污闪特性影响不同;在不同污秽程度下,复合绝缘子悬垂Ⅰ型布置的均匀升压法,直流污闪电压比水平布置时高3.9%～9.3%;长棒形瓷绝缘子水平耐张布置的恒压升降法直流污闪电压比Ⅰ型布置时高2.76%～26.1%。最后用高速摄影机拍摄了绝缘子放电发展过程,探讨了2种布置方式对复合绝缘子与长棒形瓷绝缘子直流污闪特性不同影响规律的原因。

110～500kV复合绝缘子的雷电闪络特性

为研究复合绝缘子的雷电冲击闪络特性，在110kV、220kV和500kV电压等级下对复合绝缘子进行了大量的试验。利用Matlab分析试验数据，得到了不同电压等级绝缘子50％雷电冲击电压与干弧距离的关系曲线，拟合出了110-500kV绝缘子50％雷电冲击电压与干弧距离的关系表达式，通过逐步提高冲击电压的峰值研究并绘制出了110kV绝缘子的伏秒特性曲线，为复合绝缘子的选型提供了参考。

±800kV特高压直流悬式复合绝缘子伞形的风洞模拟

复合绝缘子积污发生污闪是输电线路运行的常见事故,对复合绝缘子尤其是更加容易积污的特高压直流悬式复合绝缘子的防污研究就显得更加重要。通过风洞试验、空气流场测试和空气流场的数值模拟,对±800kV特高压悬式复合绝缘子典型伞形进行了研究。结果表明:3种伞形的复合绝缘子的流场特性均优于瓷绝缘子,均属空气动力学优良流型的绝缘子,其中一大两小一中伞形的绝缘子性能最好。

复合绝缘子在耐张串上的使用

总线了国内外复合绝缘子耐张串中的使用情况后分析了耐张串中使用绝缘子的受力情况。针对复合绝缘子受弯曲应力易变形的特点,对其进行了弯曲疲劳、大曲和振动试验,结果表明在振动、反复弯曲、大屈曲条件下复合绝缘子性能不会劣化。综合已有运行经验和试验结果认为复合绝缘子可在耐张串中使用。

芯棒涂覆H-PRTV长棒形瓷绝缘子直流污闪特性

外形结构和材料对绝缘子的污秽闪络特性有较大影响。为此,采用恒压升降法,在高海拔地区进行了大吨位长棒形瓷绝缘子的直流人工污秽试验,通过测量泄漏电流和污闪电压,拍摄电弧发展照片,对比研究了芯棒涂覆强疏水型长效防污闪涂料H-PRTV对长棒形瓷绝缘子直流污闪特性的影响。结果表明,芯棒涂覆H-PRTV后,长棒形瓷绝缘子直流污闪电压明显提高,电弧发展过程明显缩短,临闪前大幅值泄漏电流脉冲减少,整个污秽闪络过程有延缓的趋势。

基于激光雷达技术的输电线路山火监测方法

针对现有架空输电线路通道山火监测方法的不足,基于激光雷达技术,提出采用激光雷达系统对输电线路通道引发的山火进行监测。通过在距离监测点560 m、460 m、360 m及260 m处分别进行激光雷达系统监测烟雾的模拟实验,实验结果充分验证了该系统可实现对线路周边区域引发的山火状态进行宽范围、较高精度的监测和评估,为输电线路的安全运行和维护提供决策信息,进而能够提高整个输电网络的供电可靠性,降低输电通道的山火事故发生率。

基于激光雷达技术的输电线路山火监测方法研究

文中阐述了山火对输电线路产生的影响,简述了输电线路山火监测技术的研究现状,针对目前输电线路山火监测方案存在的不足,提出采用激光雷达系统监测输电线路山火的方案。文中从激光雷达监测原理出发,分析了激光雷达系统在监测输电线路上引发的山火具有一定的有效性,并通过模拟实验验证了激光雷达系统可用于输电线路上山火的监测。进一步依据激光雷达系统存在盲区的特点,从理论上推导了激光雷达在用于输电线路山火监测时的最优安装位置。

氧化铁对复合绝缘子用高温硫化硅橡胶性能的影响

复合绝缘子的伞裙和护套是由高温硫化(HTV)硅橡胶制成的,其常用的红色着色剂为氧化铁(Fe2O3)粉体,属于无机物,在有机物硅橡胶中不易均匀分散。为探讨氧化铁对硅橡胶硫化性能的影响,采用不同氧化铁添加方式制备了含有不同用量氧化铁的硅橡胶试片,测定了试片的硫化曲线。然后通过热空气老化试验,结合试片的机械性能、电气性能和微观形貌测试结果,讨论了着色剂氧化铁在热空气环境中对硅橡胶试片性能的影响。试验结果表明:硫化过程中Fe+3和氧化铁表面的酸根离子消耗自由基,使硫化程度降低,因此氧化铁用量越多,试片刚性越差;将氧化铁预先制备成色母胶,在炼胶过程中添加,可以显著提高氧化铁粒子在试片中的分散性,进而在热空气环境中体现氧化铁耐热添加剂的作用,减缓试片因热氧老化造成的性能下降。

应用超声波探伤仪检测复合绝缘子的内部缺陷

为消除硅橡胶复合绝缘子缺陷对电网安全运行造成的隐患,提出了一种利用超声波探伤仪检测硅橡胶绝缘子护套脱粘和气孔缺陷的方法,该方法根据0.5～10MHz的超声波在不同介质中传播时的异质界面回波特性判定绝缘子缺陷。研究表明,在全检波、正检波、负检波、射频波4种超声检波方式中射频波方式优于其它方式。用压电晶片、透声层、硅橡胶护套3种介质实测表明:当透声层厚度等于1/4波长时形成声阻抗匹配而产生全透射并达到最优检测效果;对绝缘子大面积护套脱粘采用射频幅度法检测,对绝缘介质气孔、夹渣采用射频反射法检测方式。该方法为复合绝缘子内部缺陷检测提供了一种有效手段。

相控阵超声波检测复合绝缘子内部缺陷

为消除因硅橡胶复合绝缘子内部缺陷对电网安全运行造成的隐患,利用相控阵超声波探伤仪对复合绝缘子在正常黏接、硅橡胶中部气孔缺陷、硅橡胶中部断面缺陷以及伞裙护套与芯棒黏接不良等4种情况进行无损检测。通过对比研究复合绝缘子在3种缺陷情况下超声波脉冲回波反射(A扫)图像和相控阵扇形扫描(S扫)图像,发现超声波相控阵法能够更加直观、快速地检测出缺陷信息。最后,总结了绝缘子在正常黏合及缺陷情况下相控阵超声波图像的特征差异,验证了相控阵超声波检测技术应用于复合绝缘子内部缺陷检测的可行性,为检测复合绝缘子的内部缺陷提供一种新思路。