XLPE裂解产气的分子动力学模拟

交联聚乙烯(XLPE)电缆是城市输配电网络中的重要设备,对XLPE绝缘材料裂解机理的深入理解是提出有效故障评估和诊断方法的基本前提,近年来。通过气体产物对电缆进行状态诊断的思想广受关注,然而,现有研究仍未深入阐释影响XLPE绝缘的产气路径和机理。鉴于此,基于分子动力学模拟方法,从原子和自由基层面揭示了XLPE裂解及产气机理。首先基于蒙特卡洛法构建聚乙烯分子的初始几何模型。通过基于距离概率准则的聚乙烯交联算法,建立了具有高度化学合理性和现实物理意义的XLPE分子动力学几何模型。随后基于ReaxFF反应力场进行了分子动力学计算,并通过粒子追踪建立了XLPE裂解过程中特征气体产物生成的自由基链式反应路径。结果表明,氢气生成的自由基链式反应包含两步且为可逆反应;烃类气体分子及碳氧化物分子生成自由基链式反应均始于XLPE分子链C—C键断裂生成亚甲基端基,具体生成的产物类型由氧气和氢自由基的浓度决定。上述研究为理解XLPE电缆系统中的产气现象和从原子层面揭示XLPE固体电介质劣化及产气机理方面提供了借鉴。

基于频域反射法的高压电缆阻水缓冲层缺陷定位研究

为了获取高压电缆缓冲层缺陷的位置信息,本文首先根据缓冲层表面形貌特征将缓冲层状态划分为干燥态、受潮态、腐蚀态以及腐蚀烧蚀态,通过薄片样本研究了缓冲层从干燥态到腐蚀烧蚀态这一缺陷发展过程中体积电阻率和相对介电常数的变化规律。然后推导了高压电缆传输线网络中的分布电容以及分布电导的计算公式,评估了FDR法应用于高压电缆缓冲层缺陷定位的可行性。最后在实验室中搭建了长电缆实验平台,研究了频域反射法定位缓冲层缺陷的有效性。结果表明:缓冲层缺陷的发展主要影响高压电缆的分布电容,产生阻抗不连续点。FDR能够实现对缓冲层受潮及缺陷的定位,但对于腐蚀缺陷及烧蚀缺陷的进一步区分还需结合其他状态检测手段。

山火灾害下输电系统的弹性评估方法及其提升措施

弹性能反映电力系统应对极端灾害的抵御能力和恢复能力。输电系统作为电力系统中的重要组成部分,在小概率-高损失的山火灾害事件中,往往会发生大面积停电事故。文中提出一种考虑山火灾害全过程的输电系统弹性评估框架。首先定量分析极端山火灾害对输电线路故障率的影响,建立火点位置与线路故障率之间的数学关系,并利用系统信息熵获取典型故障场景以描述山火灾害可能导致的故障规模;其次,结合故障元件的地理位置、检修人员调度资源和修复时间等因素,构建以最小化山火灾害下负荷削减量为目标的输电系统恢复模型,提出考虑灾害全过程的输电系统弹性评估方法;最后,以IEEE RTS-79节点输电系统为例,验证了所提模型和弹性评估方法的有效性。算例结果表明,该评估方法可有效、全面地衡量各因素对输电系统弹性提升性能的影响。此外,定量分析了3种典型弹性提升技术措施的效果,为电力部门应对极端山火灾害制定防御及恢复策略提供了可量化的参考依据。

潮间带海上风电机组重力式基础接地特性

为研究重力式基础海上风电机组接地特性,应用CDEGS仿真软件对重力式基础潮间带海上风电机组接地装置的工频特性参数和冲击特性参数进行了系统计算,讨论了海水深度、粘土层土壤电阻率及厚度、砂石层土壤电阻率以及基础结构尺寸参数对重力式基础工频接地电阻和冲击接地电阻的影响。结果表明:潮间带海水深度对潮间带海上风电机组重力式基础接地特性影响很大,在海水深度小于0.3m时,潮间带海上风电机组重力式基础工频接地电阻和冲击接地电阻可能会超过规范允许值,随海水深度增加,工频接地电阻和冲击接地电阻迅速减小;工频接地电阻和冲击接地电阻随粘土层土壤电阻率、砂石层土壤电阻率增大而增大,随粘土层厚度增大而减小,但随着海水深度的加深,粘土层土壤电阻率、砂石层土壤电阻率、粘土层厚度对工频接地电阻和冲击接地电阻的影响逐渐减小;重力式基础的结构尺寸,如直径和埋深对接地电阻的影响有限。

配电线路典型直埋式水泥杆工频接地特性

直埋式水泥杆广泛应用在我国配电线路中,目前我国配网直埋式水泥杆的典型设计中未考虑工频接地阻抗的土壤适应性及故障时跨步电压、接触电压等安全性数据。为评价我国配电线路杆塔的接地安全性,通过现场实测及CDEGS软件仿真,分析了配网典型设计中水泥杆各类不同尺寸杆型故障时工频接地阻抗、地电位升、跨步电压等及影响因素。结果表明,目前各水泥杆可适应的最大土壤电阻率范围只在44~74Ω·m之间,且各类水泥杆的接触电压均超过安全限值,其接地安全性需得到关注。

电力电缆电容锥式终端结构及电场分析

电容锥式电缆终端是在增绕绝缘的基础上增绕时中间夹入导电铝箔形成多层电容串联的结构以起到均匀电缆终端电场分布的作用。为了研究故障时电力电缆电容锥式终端结构对电场分布的影响,采用了有限元法及基于电磁暂态法的软件ATP-EMTP对高压电缆电容锥式电缆终端发热缺陷进行分析。通过对故障电缆的解剖分析、仿真及两种仿真方法的对比,研究了电容锥式终端的结构及正常运行与故障时的电场分布,得出铝箔破碎是造成电容锥式电缆终端发热的主要原因。

一起220kV电缆终端击穿故障原因分析

某220k V电缆线路在进行耐压试验时,加压4min发生绝缘击穿事故。为了判断事故原因,对电缆终端进行解剖试验,分析故障产生的原因,为类似电缆故障处理提供了经验。

垂直导体冲击阻抗研究

为了得到准确的杆塔模型,对垂直导体的冲击阻抗进行了深入研究。概述了常用冲击阻抗公式的推导过程,并指出了其存在的问题。结合电流传播的波过程,考虑了电流沿着导体传播时存在的衰减,并与未考虑电流衰减的冲击阻抗进行了对比。目前应用的垂直导体冲击阻抗公式多假设冲击电流为阶跃电流,考虑到实际雷电流的波形以及杆塔的高度,假设冲击电流为斜波更为合理。基于FDTD计算垂直导体在阶跃电流和斜波电流下的冲击阻抗,通过电流引线将冲击电流注入到导体顶部,计算导体顶部相对于远处大地的电位。计算发现水平电流引线与垂直导体之间存在电磁耦合,造成了电流垂直注入时得到的冲击阻抗要大于电流水平注入的情况,该现象解释了理论公式与试验结果的差异。基于FDTD的计算结果,对常用的冲击阻抗公式进行了评估,发现考虑波过程和电流衰减得到的结果最为准确。

海上升压站利用基础作为自然接地体的仿真研究

海上升压站是大容量海上风电场的重要组成部分。为了抗台风和抗海底冲刷的需要,选址在近海海域和潮间带海域的海上升压站分别选取导管架和多桩作为基础类型。海水的深度,海水的电阻率,海床的电阻率以及潮间带地区的海床土壤结构,均会对入地电流的流散产生影响,有必要研究海上升压站利用基础作为自然接地体的可行性。建立了以导管架和多桩基础作为海上升压站的自然接地体的仿真模型,将导体分段,求解各微段导体的格林函数,再叠加求解出模型的接地电阻。在此基础上,利用指数函数模型拟合,得出接地电阻与各影响因素的关系。计算结果表明,海上升压站利用基础作为自然接地体能够满足实际工程的需要,为实际海上升压站的接地设计提供参考。

柔直输电系统避雷器监测数据异常研究

为了保护柔直输电系统的全控性电力电子元件,在柔性直流换流站的桥臂和换流阀侧会安装避雷器。为了评估避雷器的运行状态,在每一台避雷器上安装了泄漏电流在线监测装置。依托厦门柔直输电工程,统计研究了两个换流站的各个位置避雷器从2016年到2018年5月的泄漏电流监测数据,发现了泄漏电流随着负荷增加而增加的现象。在此基础上对监测表计进行了强谐波下的检测,发现针对交流避雷器设计的监测表计用在柔直避雷器泄漏电流的在线监测上,存在较大测量误差,此外,柔直站运行时产生的大量谐波也是影响其电流监测数据的主要原因。