电力系统中全光纤电流传感器的研究进展

为了解决传统电磁式互感器测量电流易受电磁干扰和绝缘成本高的问题,全光纤技术凭借其绝缘、高精度、大动态的电流测量优势和数字化输出等优点逐渐被应用于电力系统中。结合国内外光纤传感技术,综述了全光纤电流测量技术应用在电力系统中的进展以及尚存在的问题,展望了全光纤电流传感器(all fiber optical current sensor, AFOCS)的发展趋势。对偏振式、反射式和双调制式结构的AFOCS存在的优、缺点进行评价,分析了每种结构的传感器在电力系统中的应用前景,并对比了温度、线性双折射和数据处理算法等不同因素对全光纤传感器测量电流精度的影响。结果表明:随着传感器结构的改进以及各种算法的应用,AFOCS应用在电力系统中已成为新的趋势,测量电流的精度以及稳定性得到明显提升,未来需要进一步提高室外环境中传感器测量电流的稳定性以及降低故障率。

交直流叠加电场下油浸绝缘纸的空间电荷特性研究

为了研究换流变压器中的油浸绝缘纸在交流电场及交直流叠加电场下的空间电荷特性,该文利用基于自动均分相移检测原理的快速空间电荷测量系统,分别测试了油浸绝缘纸试样在交流电场（有效值为15k V/mm）及交直流叠加电场（交流分量有效值与直流分量均为15k V/mm）下的空间电荷分布。研究表明：在交流电场下,油浸绝缘纸的空间电荷分布呈对称状,且内部空间电荷积累并不明显,仅在靠近下电极处积累了部分同极性电荷;而在交直流叠加电场下,油浸绝缘纸中的空间电荷积累相当明显,负极性电荷在整个交流周期中均占主导地位。因此,不同于交流电场,在交直流叠加电场的过零相位处下电极附近积累的空间电荷对油浸绝缘纸的内部电场有严重的扭曲作用,且由于电荷在电极界面处的注入、抽出对应的电场与时间不平衡导致空间电荷分布发生极大的改变。

新型环保气体在35 kV断路器中灭弧性能的仿真与实验研究

高压电力设备中常用的灭弧气体是SF_(6),其具有良好的灭弧性能和绝缘强度。但是,SF_(6)是一种强温室效应的气体,在将来将被逐渐禁用。因此,研究以氟化腈C_(4)F_(7)N气体为代表的新型环保气体作为SF_(6)的替代气体并分析其灭弧性能,成为了近年的热点问题。电流开断是一种复杂的多物理场耦合过程,研究气体电弧的发展规律对提升断路器的开断能力意义重大。文中主要针对SF_(6)、C_(4)F_(7)N/CO_(2)不同气体介质的燃弧过程进行了仿真,得到C_(4)F_(7)N混合气体的温度分布和气压分布与SF_(6)的差异。通过35 kV断路器开断实验,可以解释断路器开断过程中的相关物理现象,并研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)的具体灭弧性能,以判断其对SF_(6)的实际可替代性。最终结果显示,5%C_(4)F_(7)N+6%O_(2)+89%CO_(2)混合气体在单次分闸以及重合闸工况下都可以成功开断25 k A的短路电流。

GIS绝缘缺陷局部放电检测的有效性研究

GIS因大容量、高可靠性、环境友好等优点在电力系统获得了广泛应用,局部放电检测作为GIS绝缘状态监测和缺陷诊断的重要手段,但存在误报和漏报现象,需要针对其检测有效性进行研究。文中针对球—板带尖刺电极模型和绝缘子沿面附着金属微粒两种典型绝缘缺陷展开研究,研究不同缺陷类型下局放起始电压和击穿/闪络电压的关系,提出局部放电检测有效性系数α以表征脉冲电流法对绝缘缺陷检测的难易程度。研究结果表明,两类缺陷的局部放电起始电压和击穿/闪络电压均随缺陷尺寸增大而显著降低,球—板带针电极引发的局部放电起始电压与间隙击穿电压差别较大,且局部放电量较高,而绝缘子表面金属微粒引发的局部放电起始电压与闪络电压更为接近,且局部放电量相对间隙缺陷较小,因此,绝缘子沿面金属微粒的局部放电检测有效性系数相对间隙电场集中缺陷更低,通过局部放电检出的难度相对较大,因而危害也更大。此外,随着气压升高,两种典型缺陷局部放电检测有效性系数α均呈现降低趋势,因而可通过适当降低气压开展局部放电试验来提高GIS局部放电检测的有效性。

35kV干式空心电抗器匝间绝缘振荡波试验

匝间绝缘缺陷是造成干式空心电抗器烧毁事故频发的重要诱因,而振荡波试验是干式空气电抗器匝间绝缘考核和缺陷检测的重要手段。为此分析了振荡波试验电源的主要技术路线及其优劣,采用电触发型气体间隙作为振荡波试验电源主开关,并针对电路拓扑和关键器件进行了优化,最终研制输出电压200 kV、重复频率50Hz、振荡频率10~100 kHz的衰减振荡电压脉冲发生器,可针对0.3~30 mH的35 kV干式空心电抗器进行匝间绝缘的振荡波考核试验。针对10 mH电感负载进行匝间绝缘考核的验证试验,电抗器无缺陷条件下,装置输出振荡波幅值为160 kV,振荡频率26.3 kHz,脉冲振荡周期数超过12个;存在匝间短路缺陷时,振荡波幅值158 kV,振荡频率增大至31.1 kHz,波形衰减加快,振荡周期数减小至9个。试验结果表明,研制的振荡波试验装置可用于检测35 kV干式空心电抗器匝间绝缘缺陷。

快速空间电荷测量用高压高频脉冲源的研究

采用电声脉冲法测量空间电荷时需要对试样施加脉冲激励,使试样中的空间电荷发生微弱位移产生机械波。为了获得足够高的信噪比,必须连续采集多个信号进行平均处理,对于多数测试系统平均次数至少需要40次。测量一次所需时间为脉冲频率和平均次数的乘积,因此脉冲源的频率决定了测量的速度。基于高压固体开关设计了高压高频脉冲源,可产生半峰宽5 ns至380 ns的窄脉冲,兼具连续脉冲模式和脉冲簇模式,脉冲重复频率可达3 k Hz,在脉冲簇模式下脉冲间隔最小为1μs,输出脉冲幅值最大为2.5 k V。经设备校验可知脉冲源可有效提高空间电荷测试速度,并适用于交流甚至任意波形下的空间电荷测试。