特高压气体绝缘金属封闭式组合电器的现场冲击耐压试验方法

气体绝缘金属封闭式组合电器(GIS)的现场冲击耐压试验能够更有效地检测出金属尖刺、绝缘子断裂等集中性缺陷,已成为设备现场耐压试验的重要组成部分。为此针对1000kV淮南—南京—上海交流特高压南京变电站1100kVGIS现场雷电冲击耐压试验工程,利用ATP-EMTP电磁暂态分析软件对特高压GIS现场冲击耐压试验系统进行建模,并研究了特高压GIS现场冲击耐压试验方式的选取与试验条件对电压波形的影响。研究结果表明:当负载电容Ct<7000pF时,能够通过调节波前电阻使负载电压满足标准雷电波要求,当负载电容Ct>7000pF时,无法得到标准雷电波;接入单台断路器的方式试验电压波形质量高,试验工作量大;接入多台断路器的方式试验效率高,但需降低对试验电压波形的要求。接入外置分压器会使电压幅值略微下降、波前时间增加;套管间高压引线长度增加会使波前时间略有缩短,并导致负载电压波形出现振荡,引线长度取20m较为合适。

信息缺失下变压器状态预警方法

为了解决变压器状态信息间的弱关联问题,从而准确预警变压器的异常状态,引入信息决策理论构建变压器信息决策表,并提取了变压器状态决策规则。通过信息决策表中各决策规则之间的近似关系,提出了概率化表征变压器状态的方法,实现了信息缺失下的变压器状态预警。此外,基于属性依赖度理论,提出了结合遗传算子的最优属性核计算方法,该方法通过提取分析信息决策表的关键条件属性,完成了变压器状态预警规律的总结和发现。采用64个案例验证了所提方法的有效性,并示例说明了变压器状态预警规律的发现过程。研究结果表明:状态预警方法的正判率约为81.3%,该方法能够在信息缺失下预警变压器状态,并具有自学习优化能力,预警精确度会随状态信息的增多而不断提升。变压器状态预警方法能够为变压器智能化运维和风险管控提供理论指导。

气液灭火剂对磷酸铁锂电池模组灭火能效研究

为研究不同灭火剂对储能电池模组火灾有效性,搭建储能舱试验平台,选取8. 8 kWh磷酸铁锂储能电池模组,以0. 5 C倍率恒流过充诱发电池热失控至起火,灭火试验采用中压细水雾、Novec1230、七氟丙烷、六氟丙烷4种不同灭火剂,对比不同灭火剂的灭火效能。研究结果表明:六氟丙烷无法在短时间内扑灭明火;Novec1230和七氟丙烷2种气体灭火剂能快速扑灭明火,但降温效果不彻底,容易发生复燃,均不适合作为磷酸铁锂电池模组灭火剂;中压细水雾能迅速扑灭明火,持续喷射可防止复燃,是较为理想的灭火材料。

基于信息属性约简技术的变压器状态感知方法研究

及时准确和高效地感知变压器健康状态对提升电网运行安全性和供电可靠性具有重要意义。针对当前变压器状态感知和故障诊断中状态信息不完备、多状态信息孤立和无法有效融合等问题,文中结合信息属性约简技术和遗传算法提出了一种变压器状态感知方法。通过分析变压器信息决策表中信息属性依赖度,结合遗传算法约简决策表中冗余的信息属性,求解获得变压器信息决策表的最优属性核,最后通过信息属性的优选,匹配待评估变压器的检测信息实现变压器状态感知及故障诊断。根据变压器实际故障案例验证了所述方法的可行性和有效性。与传统方法相比,通过该方法在变压器状态感知及故障诊断方面具有较高的计算效率和诊断准确率(诊断准确率为84%)。

复杂多径传播条件下变压器局部放电定位方法研究

局放超声波信号在电力变压器内会产生复杂的多径传播现象,极大地影响检测设备对局部放电源位置的诊断。为提高电力变压器现场局部放电源定位的准确性和抗干扰性,该文提出复杂多径传播条件下变压器局部放电定位方法。该方法首先通过分析局放信号在变压器内折射、绕射传播路径,构建抗多径效应的局放定位模型,再通过凸优化方法进行求解,得到变压器内部局部放电源坐标。该方法的优势在于求解局部放电源空间位置坐标的过程中免去对各类误差精确概率模型的假设,更切合变压器局放定位现场实际。在MATLAB声场有限元仿真、35kV真型电力变压器、110kV现场电力变压器和特高压换流变压器上开展变压器内部局放定位仿真和实验,实验结果表明局放定位精度达到0.1m。

人工智能在局部放电检测中的应用(一):去噪与故障定位

局部放电会加速电力设备绝缘老化,是电力设备状态评估的重要监测指标。局部放电的研究领域主要包含放电信号的去噪、缺陷类型的模式识别、设备状态评估以及放电源的故障定位,其中人工智能算法能够有效解决局部放电检测中的非线性拟合和最优解等问题。本文介绍了局部放电的检测手段,对人工智能算法在局放信号去噪和放电源故障定位两部分中的应用进行了综述,并指出了当前研究中的不足之处和解决策略。

XPLE电树枝生长过程中局部放电SHF信号特性研究

交联聚乙烯(XLPE)电缆中电树枝的生长伴随局部放电(PD)的产生,二者间存在一定关联。XLPE材料绝缘强度较高,其中发生的PD在超高频(SHF,3~30 GHz)频段的信号幅值相对较高。文中采用基于针-板电极结构和XLPE绝缘材料的试样,在不同温度和电压下对电树枝生长过程中的形态和PD的SHF信号进行同步检测,分析了电压与温度条件对二者的影响,并研究了二者间的特征关系。研究表明XLPE中电树枝的长与宽和温度与电压呈正相关,电压较低时对分形维数较低,较高时分形维数无明显变化。SHF信号幅值也与温度和电压呈正相关关系,电压较高时,信号幅值呈现先增大再减小至平缓趋势,频率在电压较低时信号有一定程度下降。电树枝生长情况和SHF信号的幅值呈正相关关系,且当电树枝生长速度较快时,SHF信号的频率也会升高。

人工智能在局部放电检测中的应用(二):模式识别与状态评估

故障类型的模式识别以及状态评估对于故障诊断和维修至关重要。不同缺陷类型将产生具有差异性的局部放电信号,缺陷的严重程度以及局部放电的演变过程同样会引起局部放电信号的改变,这种情况能够转化为不同严重等级和发展阶段的模式识别,模式识别属于典型的分类问题。本文对模式识别和状态评估这类分类问题进行综述。相比基于数理统计的分类结果,人工智能算法实现了接近100%的识别准确率。然而当前研究中仍存在一些不足,对此本文给出了解决策略并对未来的研究方向进行了展望。

不同倍率下磷酸铁锂电池模组过充热失控特性研究

随着电化学储能技术在电力系统中的广泛应用,电化学储能技术的安全性越来越受到重视。文中以储能用磷酸铁锂电池模组(8.8 kW·h,25.6 V,344 A·h)为研究对象,进行3次不同倍率(0.4C,0.5C,1C)的恒流过充试验,研究其在不同充电倍率条件下的过充热失控特性,并辅以starccm+软件进行热场仿真计算。结果表明,电池模组在额定充电倍率0.5C(172 A)和1C(344 A)下持续过充会发生起火,起火时间随着充电倍率增加而减少;充电倍率对磷酸铁锂电池模组过充行为特性影响较大,随着充电倍率的增加,热失控最高温度和峰值电压升高,过充测试时间随着充电倍率的升高而降低;不同充电倍率条件下,电池安全阀首次打开时的电压均为1.7倍额定电压,可以进一步研究以作为电池热失控预警参数。文中研究成果可为规模化储能用磷酸铁锂电池的安全性研究和电池管理系统(BMS)对过充故障的安全管理提供参考。

基于TCAD的脉冲作用下晶闸管反向恢复特性仿真研究

研究暂态脉冲电压作用下高压晶闸管反向恢复特性对换流阀参数设计、故障保护以及试验检测等具有重要意义。首先参照晶闸管实际结构,建立了晶闸管二维半导体仿真模型,基于载流子漂移扩散模型求解,仿真获得了晶闸管静态击穿特性和反向恢复电流特性,实验结果验证了仿真模型的有效性。在上述基础上,建立了半导体器件-电路仿真混合模型,并分析了正常导通和误触发导通时晶闸管内部电流密度变化的异同。仿真表明,反向恢复期间电压脉冲易导致晶闸管误触发,误触发电压随脉冲施加时刻后移而升高。

宽时域范围变压器油冲击绝缘强度经验公式

变压器油的冲击绝缘强度依赖于脉冲作用时间。为获得适用范围更广的变压器油冲击绝缘强度经验公式,实验研究了不同宽度冲击电压作用下变压器油的50%击穿场强,并给出了电场有效作用时间的统计学定义。分析实验结果,给出一新经验公式：lg Ebr=aexp（–blgteff）＋c,其中a=0.223 9,b=0.544 3,c=–0.055 84,Ebr和teff的单位分别为MV/cm和μs。与Martin经验公式相比,所提经验公式的时域适用范围更广（几十ns～几ms）。放电过程的变化导致Martin经验公式的适用范围较小。此外,利用前人的实验数据发现该经验公式可适用于多种液体不同条件下冲击绝缘强度的估算。

磷酸铁锂储能电池热失控及其内部演变机制研究

目前国内磷酸铁锂电池储能电站大规模建设投运,但磷酸铁锂电池热失控风险较为突出,储能电站火灾隐患始终存在。该文针对磷酸铁锂储能电池设计了绝热热失控定点冷却实验,开展了磷酸铁锂电池热失控不同阶段的材料特性演变研究;然后得到了电池自发热起始温度、自加热起始温度、泄压阀打开温度和热失控最高温度,并分析了不同热失控阶段电池正极、负极、隔膜等固态组件的成分和结构变化规律。结果表明,磷酸铁锂电池热失控初期反应主要集中在负极和电解液中,热失控风险安全处置温度范围为60~100℃。研究结果可为磷酸铁锂电池储能电站的安全防护和热失控预警提供重要数据支撑。

一起特高压换流站交流滤波电容器故障分析与思考

交流滤波器是特高压直流输电工程中改善电能质量的关键设备,但其常因生产工艺控制不严等方面的原因,导致事故频发。本文针对某特高压换流站发生的一起交流滤波器跳闸事故进行了深入研究,通过对故障电容器进行外观检查、电气检测、解体分析、油色谱试验及故障录波分析,排除了操作过电压、合闸涌流及谐波的影响,认为电容器套管引出线与芯子焊接工艺不佳是本次事故的主要原因。通过抽取3台同批次备品电容器进行耐压、局放、24 h额定电流、短路放电以及解体检查等试验研究,判定该缺陷为偶发性缺陷,而非家族性缺陷。最后,针对此次故障提出了相应的预防措施及建议,以提高换流站滤波器组的运行可靠性。

双层结构预制舱式磷酸铁锂储能电站热失控气体爆炸模拟

双层结构预制舱式储能可以有效节约储能占地面积,适用于在土地资源紧张的区域应用。然而,这种储能形式单位面积电池容量加倍,在热失控等极端条件下的安全性面临严峻考验。利用气体爆炸数值模拟方法,研究双层结构预制舱式磷酸铁锂储能电站热失控气体爆炸后果。首先,对双层结构预制舱式储能进行介绍;然后,通过爆炸模拟软件FLACS建立双层预制舱式储能电站简化模型;最后,以锂离子电池过充热失控引发的汽化电解液为燃料,仿真研究了双层预制储能舱的热失控燃烧爆炸特性。研究表明:双层储能舱内部气体爆炸产生的冲击波在打开泄压孔后向四周扩散,冲击周围相邻储能舱,有引起连环爆炸的危险;相比于下层储能舱爆炸,上层储能舱泄压孔打开后空间开阔,泄压降温效果更为显著,爆炸产生的高温和超压冲击效果较差。本文的研究成果可以为双层结构预制舱式储能电站安全消防设计提供理论和数据支撑。

基于无源测温的变压器接线端子温度异常检测方法研究

以变压器接线端子温度异常检测的高精准性、高抗噪性为目标,研究基于无源测温的变压器接线端子温度异常检测方法。采用声表面波传感器依据其谐振频率会随着声表面波反射栅的间距与前进速度变化出现的改变,采集变压器接线端子温度数据,实现变压器接线端子无源测温;依据卷积神经网络提取所采集温度数据的特征,为温度异常检测提供更精准的数据基础;依据提取的特征数据构建孤立森林模型,以异常分数值的大小判断变压器接线端子温度是否异常,实现温度异常检测。实验证明:所研究方法采集的温度数据误差小,特征数据提取的准确性高,温度异常数量检测准确率为99%,且具备优秀的抗噪性能。

江苏电力电容器缺陷统计分析

根据江苏电力范围内的电力电容器配置情况及设备故障缺陷数据,从电容器缺陷原因、缺陷部位、缺陷发生时间等维度,深入分析了35 k V电力电容器缺陷,总结规律,其中设备老化是故障发生的主要原因;引线接头、熔丝、电容器本体和串抗是缺陷多发部位,投运10年左右的设备缺陷较多。最后从设备采购、安装调试、运行维护、技改修理等方面提出了建议和措施,以提高电容器设备运行可靠性。

反向恢复期脉冲作用下高压晶闸管失效分析

为提取高压晶闸管反向恢复期内脉冲过程中表征器件状态的特征参量,明确器件失效机理,文中搭建了高压晶闸管反向恢复期脉冲作用实验平台与特性参数测试平台,利用实验平台研究了高压晶闸管在反向恢复期内不同阶段遭受脉冲冲击过程中的特性参数变化规律,并对退化和失效晶闸管进行拆片分析。结果表明:反向恢复期内脉冲作用下,高压晶闸管退化或失效表现为阻断能力的退化或丧失,由此引起晶闸管漏电流剧增,漏电流可作为表征晶闸管状态变化的特征参量;在反向恢复期初期和中期遭受冲击而失效的器件芯片上可见明显击穿点;在反向恢复期中期遭受冲击且阻断能力退化的器件芯片上可见热应力作用形成的圆斑;在反向恢复期末期遭受冲击而失效的器件芯片边缘与绝缘橡胶相接处可见雪崩击穿闪痕。

特殊工业粉尘地区复合绝缘子蚀损老化特性研究

在特殊工业粉尘地区运行的复合绝缘子,由于粉尘中含有金属微粒、酸性腐蚀性物质、糖类等吸水性物质等成分,容易在运行过程中出现绝缘子伞裙蚀损与烧蚀的情况。为研究特殊工业粉尘环境下复合绝缘子长期运行中的伞裙蚀损与烧蚀对绝缘子老化的影响,文中对某特殊工业地区退出运行的复合绝缘子进行取样,选取具有典型形貌特征的复合绝缘子伞裙,分别对试品的表层和内部进行采样及对比分析,同时选取外观完整的绝缘子与烧蚀严重的绝缘子样品进行对比分析。文中通过傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱分析等微观分析手段研究了高温硫化硅橡胶烧蚀老化前后的有机官能团、元素比例和价态等方面的变化,得到了特殊工业粉尘地区运行的复合绝缘子蚀损特性及其对绝缘子自身老化性能的影响,为特殊地区运行的复合绝缘子的运行状况预测提供了一种可行的参考。

拉伸状态下掺杂SiO2对LDPE材料空间电荷的抑制作用研究

将不同质量分数的SiO2纳米粒子与低密度聚乙烯(LDPE)复合制备了聚乙烯纳米复合材料,并以纯LDPE作为对照样品,控制拉伸率为10%,利用电声脉冲法(PEA)测量样品内部空间电荷的分布,研究拉伸状态下复合材料内部的空间电荷积聚特性。结果表明:纯LDPE样品在拉伸后空间电荷积聚明显减少,说明拉伸具有抑制LDPE材料内部空间电荷积聚的作用;LDPE/SiO2复合材料样品在掺杂SiO2纳米粒子及拉伸后,材料内部空间电荷积聚均有减少,说明掺杂SiO2纳米粒子和拉伸均有抑制材料内部空间电荷积聚的作用,其中SiO2纳米粒子对空间电荷的抑制效果随着掺杂量的增加呈现先增大后减小的趋势。掺杂SiO2纳米粒子引入界面区域是抑制空间电荷积聚的主要原因,而拉伸导致的内部结构变化是影响空间电荷和陷阱分布特性的主要原因。

统一潮流控制器用500 kV油浸式串联变压器技术解析

500 kV串联变压器是苏州500 kV统一潮流控制器(UPFC)工程中的关键设备,承担着换流器与线路电压、功率输送调节的任务。由于500 kV串联变压器特殊的联结方式和运行工况,其与常规500 kV变压器存在诸多不同。第一,网侧绕组相对地主绝缘与线路电压等级匹配,而端间纵绝缘则由各项过电压决定,带来了网侧绕组绝缘水平复杂的特点;第二,绝缘试验中雷电全波冲击试验和外施耐压试验也与常规变压器差异较大;第三,串联变压器的特殊工况造成了其对抗短路能力和过励磁能力要求高的特点。在苏州UPFC工程中,针对500 kV油浸式串联变压器开展了大量的技术研究,克服了网侧绕组绝缘复杂、试验技术特殊、抗短路能力和过励磁能力要求高等难题。文中分别从运行工况、技术特点和试验要求等方面对苏州UPFC工程中500 kV串联变压器进行技术解析。