高压断路器操动机构驱动电机及其控制技术研究

高压断路器操动机构用电机驱动提高了断路器运行的可靠性与可控性,因此设计了一套适用于126 kV真空断路器的电机操动机构。基于操动机构动力学分析结果确定驱动电机转矩、转速要求,提出一种有限转角永磁无刷电机设计方案,研制样机进行联机试验完成动作要求检验。在此基础上,设计分段转矩控制策略,结合驱动电机输出转矩需求将操动机构的运动过程分为4个阶段,从降低触头碰撞、避免预击穿现象发生、提高断路器工作可靠性角度对各阶段电机输出转矩进行动态调节。结果表明:所研制的驱动电机配合分段转矩控制策略,在保证灭弧室对操动机构动作时间、动作速度要求的前提下,实现了操动机构的运动过程优化和工作可靠性提高,促进了断路器智能化操作进程。

热态C_(5)F_(10)O/CO_(2)混合气体电击穿特性研究

热态气体的临界击穿场强是评估高压断路器弧后电击穿特性的基础数据,文中研究了C_(5)F_(10)O/CO_(2)混合气体在C_(5)F_(10)O混合比例k=0~10%、压强0.1~2.0 MPa、温度300~4 000 K范围内的临界击穿场强。基于质量作用定律数学模型,得到不同温度下混合气体的平衡组分,采用两项近似方法求解玻尔兹曼方程,分析混合气体的电子能量分布函数、折合电离和吸附系数,获得混合气体的临界折合击穿场强和临界击穿场强。结果表明:0.6 MPa下,温度低于3 000 K时,随着温度降低,k=0~10%混合气体的临界击穿场逐渐低于SF_(6);在温度高于3 000 K时,混合气体的临界击穿场强为SF_(6)的1.2倍以上,具有较强的绝缘能力。研究结果可为C_(5)F_(10)O/CO_(2)混合气体高压断路器弧后电击穿特性研究提供参考。

冲击弹性波及AI在套筒灌浆检测的应用

随着我国大力推进装配式混凝土及钢结构建筑,装配式混凝土建筑在我国也得到了长远的进展,套筒连接的灌浆密实度直接影响结构的承载力,是最关键的质量要点之一。按规范要求,需对其进行全数检测。尽管业内提出了X射线工业CT法、预埋传感器法、预埋钢丝拉拔法、X射线胶片成像法等方法,但其各有适用范围和特点,检测成本较高,还无法实际应用。对此,开发了基于冲击弹性波和AI模拟贝叶斯网络和人工神经元网络建立预测模型的检测方法,可较好地解决这个问题。

我国黄土地区土层地震动峰值加速度衰减关系研究

收集、筛选并整理了2001—2019年我国黄土地区发生的141次M_(S)2.4~6.7地震的1092条台站记录,选取台站中两水平向峰值加速度偏高的值作为拟合值,采用两步回归法拟合得到了我国黄土地区水平向土层地震动衰减关系,分析了地震动残差随震级和距离的分布趋势,并将衰减关系和已有研究成果进行了对比。结果表明:绝大多数实测值均在拟合峰值加速度衰减曲线±1倍标准差范围以内,模型能较好地反映中国黄土地区峰值加速度随距离衰减的趋势。

高压断路器中C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的开断性能

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体是一种潜在的SF_(6)替代气体,开展其在高压断路器中开断性能的研究,对推动环保输电方式发展、支撑双碳目标实现具有重要的工程意义。基于磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)理论,仿真计算了充有0.6 MPa 5%C_(4)F_(7)N/CO_(2)、10%C_(4)F_(7)N/CO_(2)、15%C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体和纯SF_(6)的40.5 kV断路器20 kA短路电流开断过程,分析C_(4)F_(7)N混合比例对电弧温度特性、灭弧室气压与喷口气流特性的影响规律,并与纯SF_(6)进行比较。研究结果表明:与混合气体相比,SF_(6)气体电弧具有更高的弧芯温度和更小的电弧半径,随着C_(4)F_(7)N比例的增加,混合气体弧芯温度升高、电弧半径减小。断路器短路开断过程中,SF_(6)气体建立起更高的吹弧气压,气吹速度明显高于混合气体,可以形成更好的气吹效果来冷却电弧。最后,基于Mary电弧数学模型计算得到电流零区不同气体的电弧时间常数与电弧功率耗散系数,并以临界恢复电压上升率(rate of rise of TRV,RRRV)定量评判气体开断性能,0.6 MPa的5%C_(4)F_(7)N/CO_(2)、10%C_(4)F_(7)N/CO_(2)、15%C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体临界RRRV分别为1.54、2.22和2.28 kV/μs,远低于SF_(6)的4.98 kV/μs。

550 kV快速断路器气流场仿真与开断性能

快速断路器能够显著缩短开断时间,提高系统暂态稳定性,保证电力系统的安全稳定运行。为此提出快速断路器灭弧室结构设计方案,建立磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)电弧数学模型,计算不同燃弧时间的快速断路器开断过程气室压强、喷口气流速度和电弧温度变化趋势,对比分析气压特性、电弧电导、弧后电流等关键开断参量,综合评估快速断路器开断性能,确定样机设计方案。研究结果表明:分闸速度11.7m/s、超程33 mm、充气压强0.65 MPa的灭弧室设计方案,具备7 ms短燃弧、11.5 ms中燃弧和16 ms长燃弧开断能力。样机顺利通过了T100(a)开断试验,短燃弧时间为7.4 ms、中燃弧时间为10.8 ms、长燃弧时间为16.1 ms,验证了仿真计算的有效性。该550 kV快速断路器成功将开断时间缩减至25 ms以内,对提高电网稳定性、可靠性具有重大意义。

乙型肝炎病毒与肝脂质代谢相关性的研究进展

乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)被认为是一种“代谢病毒”,影响肝脏的多种代谢途径,其中对脂质代谢的影响近来受到广泛关注。脂质代谢途径不仅参与了乙型肝炎的病理过程,而且还参与了HBV相关疾病如肝细胞癌和肝脏脂肪变性。此外,越来越多的研究发现,一些潜在的靶点可以通过减少或增强某些与脂质代谢相关的蛋白质或代谢物来抑制HBV的复制或表达。为了更清楚地了解HBV影响肝脏脂质代谢途径及其发病机制,本文系统地综述了有关HBV感染与肝脏脂质代谢相关性的研究进展和观点,为慢性乙型肝炎的发病机制和治疗策略提供新的思路。

SF_6/N_2混合气体电击穿特性仿真及实验

通过求解两项近似Boltzmann方程,得到SF_6/N_2的放电参数,并将该参数引入流体模型。结合有限元法和通量校正传输法对SF_6/N_2的流注放电过程进行循环迭代求解,计算其击穿电压。以均匀电场中压强0.1~0.6MPa、间隙5mm为例进行数值模拟,通过气体放电实验对计算结果进行验证。根据计算及实验结果得到不同混合比、压强下SF_6/N_2的协同效应系数,分析采用上述计算方法研究混合气体协同效应的准确性。为更全面地反映混合气体应用条件,进一步开展压强低于0.1MPa的SF_6/N_2击穿特性实验研究。研究表明:随着电子崩不断向前发展,放电间隙的空间电子数密度快速增长,SF_6放电过程中的空间电子数密度增长速度低于SF_6/N_2。0.1MPa下20%SF_6/80%N_2放电5ns时的电子数密度峰值达到4.6×1014m^(-3),而SF_6中该值仅为3.7×1012m^(-3)。当气压为0.1~0.6MPa时,SF_6/N_2击穿电压计算值与实测值的最大误差为9.23%,协同效应系数计算值随压强、混合比的变化趋势与实验结果相符,误差均值为5%。0.02~0.08MPa下SF_6/N2击穿电压、协同效应系数随压强、混合比的变化趋势与0.1~0.6MPa下的基本相同。

针-板电极下SF_6的电晕放电特性分析

为研究SF_6气体在针-板电极下电晕放电特性,通过建立SF_6气体电晕放电的流体模型,采用有限元-通量校正传输法(finite element method-flux corrected transport,FEM-FCT)对其进行仿真计算,得到负针-正板电极下电晕放电过程中的电子数密度分布以及空间电荷对电场的畸变作用。在此基础上,提出一种SF_6气体电晕起始电压的数值计算方法,对放电过程进行循环迭代求解,计算SF_6气体在不同气体压强、电极间距下的电晕起始电压。通过脉冲电流法开展SF_6电晕放电特性研究,测量负针-正板电极下电晕起始电压,对计算结果进行验证。研究表明:随着电子崩不断向前发展,其头部的电子数密度迅速增长,当气压为0.1 MPa、5 mm绝缘间隙放电4 ns时的电子数密度峰值达到4.85×1015 m–3;放电过程产生的空间电荷将导致外电场畸变,气压为0.1 MPa、5 mm间隙放电4.4 ns时电场强度最大值为30.7 kV/mm;SF_6电晕起始电压随气体压强升高基本呈线性增长、随间距增大而增长缓慢;针板间距5 mm时,计算值由0.1 MPa时19 kV上升到0.6 MPa时的71.4 kV,实验测量值略低于仿真计算值。

高压断路器分合闸过程触头间隙C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体动态绝缘特性实验研究

高压断路器分合闸过程中触头间隙介质的绝缘强度及其变化是断路器结构设计的重要性能指标。搭建高压断路器触头间隙介质绝缘特性实验回路,测量C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体断路器空载分合闸过程中不同压强、不同C4F7N含量时触头间隙介质的动态击穿电压,研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体断路器的关合预击穿特性和分闸绝缘特性。实验发现,断路器空载分合闸过程中C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体动态击穿电压存在“低电压击穿”现象;合闸过程中,动态击穿电压分散性较大,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体断路器的关合预击穿特性显著劣于SF6断路器,增大压强或增加C4F7N含量对混合气体动态击穿电压分散性的改善不大;正、负极性条件下0.7MPa时9%C_(4)F_(7)N/91%CO_(2)混合气体的分闸平均绝缘强度上升率(rate of rise of dielectric strength,RRDS)分别为49.8kV/ms和42.7kV/ms,具有“反极性”效应;分闸过程中,“低电压击穿”现象主要出现在刚分后2ms(开距约6mm)范围以内,断路器若在此时间(开距)范围内熄弧,极易发生弧后重击穿现象,因此,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体断路器结构设计时应避免在此范围内熄弧。

1100 kV GIL快速接地开关分闸过程C4F7N/CO2混合气体介质绝缘强度计算分析

GIL快速接地开关气室内介质的绝缘强度受介质种类、分合闸速度及气室压强等因素的影响。针对1 100k VGIL超B类快速接地开关空载分闸过程,计算以环保型混合气体C4F7N/CO2为绝缘介质时,气室内气流动态变化过程和电场分布,并依据气体击穿判据,计算不同混合气体配比、分闸速度和气室压强下介质的临界击穿电压,分析介质发生绝缘击穿的情况,结合液化温度,提出满足绝缘要求的混合气体配比、分闸速度和气室压强。研究结果表明：接地开关在分闸过程中,除动、静触头间隙外,动触头和静端屏蔽罩之间同样是介质击穿的薄弱区域;当气室压强为0.45 MPa、分闸速度为2.9 m/s、开距为11 mm时,20%C4F7N/80%CO2的最小相对绝缘强度分别是15%C4F7N/85%CO2的1.12倍和SF6的1.02倍;开关充0.45 MPa的20%C4F7N/80%CO2气体、分闸速度提高至8.7 m/s时,同一时段内的临界击穿电压上升率提高了2.12倍;绝缘介质为20%C4F7N/80%CO2、速度为8.7 m/s时,提升气室压强至0.55MPa后,临界击穿电压始终大于瞬态恢复电压（TRV）,接地开关空载分闸过程有极小可能发生介质绝缘击穿。综合考虑绝缘和液化温度要求,接地开关气室应充0.55 MPa的20%C4F7N/80%CO2,分闸速度选用8.7 m/s。

35 kV聚合物混凝土固体绝缘输电管道研究

聚合物混凝土固体绝缘输电管道是一种新型的输电装置,文中介绍了聚合物混凝土的性能和聚合物混凝土固体绝缘输电装置的制作工艺,对试制的35 kV聚合物混凝土固体绝缘输电管道样机,设计了样机的测试试验并进行相关测试,主要包括:绝缘电阻试验测试,电容和介质损耗试验测试,工频耐压试验测试,局部放电试验测试,雷电冲击耐压试验测试,温升试验测试,动热稳定性试验测试。试验结果表明,35 kV聚合物混凝土固体绝缘管道样机的各项性能测试结果均达到设计时的预期要求,使得聚合物混凝土固体绝缘输电管道成为切合实际的输电装置。

电机转矩波动对断路器运动速度影响的研究

为了减小驱动电机换相转矩波动对真空断路器动触头运动速度的影响,提出一种换相期间PWM调制电机驱动回路开关管的方法。根据电机操动机构的工作原理,计算得到断路器动触头运动速度与电机输出转矩之间的数学关系,同步调节换相过程中各开关管触发信号PWM的占空比,减小输出转矩下降幅度,提高动触头运动速度。真空断路器电机操动机构联机实验结果表明,换相期间采用PWM调制的动触头运动速度整体得到提升,断路器平均合闸速度提高了0.21 m/s。

C4F7N/CO2和C4F7N/N2混合气体热力学物性参数计算

环保型绝缘介质C4F7N及其混合气体的热力学物性参数的研究对了解其使用范围及应用前景具有参考价值。因此,采用Riedel蒸气压方程和Raoult定律计算了不同混合配比下C4F7N/CO2和C4F7N/N2混合气体的饱和蒸气压;基于P-R状态方程计算了C4F7N/CO2和C4F7N/N2的压缩因子和密度,根据分子结构特征,采用Joback基团贡献法和Thodos法计算分析了两种混合气体的定压比热容和粘度。计算结果表明:若要气体绝缘开关设备和气体绝缘输电管道在0.5MPa下运行时绝缘介质的液化温度≤253K,混合气体中C4F7N摩尔分数分别应≤8%和≤10%,该摩尔分数下混合气体各自的全球变暖潜能值分别约为SF6的2.45%和3.83%,温室效应较小。上述条件下,两种混合气体均趋于理想气体状态,压缩因子接近于1,两种混合气体中的C4F7N含量虽少,但对其混合气体的定压比热容贡献较大,而对粘度贡献不大。所得结果可为C4F7N/CO2和C4F7N/N2两种环保混合气体熄弧特性及其在GIS和GIL中的应用研究提供基础数据。

基于隔离开关结构和操作特性的电弧放电模型研究与应用

文中从微观粒子动力学特性出发,以特高压GIS(gas insulated switchgear,GIS)隔离开关为研究对象,建立隔离开关SF_(6)放电数学模型,分析气室结构和操作特性对电弧电阻的影响,计算得到隔离开关操作下触头间隙多次重复击穿VFTO全波频暂态特性,并与实测波形进行对比,结果表明:隔离开关电弧放电模型受触头间隙电场结构及操作速度影响,当间隙距离由1 cm上升至9 cm时,流注发展时间由10.32 ns上升至90.22 ns,电弧电阻最大下降速率与燃弧电阻至分别由1.17×10;Ω/ns和0.71Ω增大至9.36×10;Ω/ns和20.22Ω;以分闸操作为例,对比分析多次重击穿下的VFTO仿真波形与实测波形,二者击穿次数,残余电压,最大幅值,以及波形陡度等参数基本一致,误差在1.36%~9.98%之间,单次击穿波形在6.8、19.6 MHz和33.2 MHz频率段上的电压分量具有较高的吻合度。隔离开关电弧放电模型能够充分考虑隔离开关气室结构和操作特性等因素,更好的指导隔离开关工程设计需求。

隔离开关电弧流体数学模型研究与应用

在流注放电理论的基础上,该文从微观粒子的动力学特性出发,研究隔离开关触头间隙放电机理,建立cm级间隙电弧击穿及高频过电压下介质恢复过程的流体数学模型。搭建隔离开关电弧特性实验平台,对比分析仿真与实验波形的特征参数及频率分布,结果表明,击穿过程中,电弧电阻的变化规律由空间电子数密度与电场强度决定,0~1.7ns内电弧电阻下降率较大,随后逐渐变缓,10.89ns放电通道完全导通,电弧电阻减小至0.02Ω,随后气体介质开始恢复,并受电源电压特性决定。仿真电压波形参数与实测数据误差范围为2%~10%。因此,流体数学模型能够科学地解释隔离开关触头间隙微观粒子的动态发展过程,将线路电压特性、放电结构特征与电弧微观发展过程相结合,为指导隔离开关设计提供理论依据。

利用风电制氢储能系统提高东北某区域电网弃风消纳能力

在分析东北某区域风力分布情况和风电接纳能力的基础上,为了提高风电的消纳能力,将电网不能消纳的富余风电通过电解水制氢储存,提出以风电、氢储能技术为基础的风电制氢系统。通过对风电氢储能系统基本结构和电气特性分析,建立氢储能系统的数学模型,并利用Matlab/Simulink仿真平台对氢储能系统进行仿真分析。实验结果表明:风电氢储能系统可以自适应风电出力随机、间歇和波动特性,并极大提升了风电消纳能力以及风力发电的稳定运行。

2 kPa下均三甲苯-偏三甲苯与均三甲苯-邻甲乙苯体系二元汽液相平衡数据研究及精馏模拟

均三甲苯是一种重要的化工原料,通常存在于重整重芳烃中,其中均三甲苯与偏三甲苯、邻甲乙苯的分离较为困难。测定了2 kPa下均三甲苯(1)-偏三甲苯(2)、均三甲苯(1)-邻甲乙苯(3)两个体系的汽液相平衡数据,并分别采用NRTL和UNIQUAC活度系数模型对相平衡数据进行关联,回归获得二元交互参数,并进行了热力学一致性检验。结果表明,在2 kPa下,均三甲苯与邻甲乙苯无法通过普通精馏实现分离。通过对均三甲苯-偏三甲苯-邻甲乙苯体系进行烷基化反应,而后分别采用单塔减压精馏和双塔减压精馏对反应产物的分离进行精馏模拟,得出较优工艺为双塔连续减压精馏,两塔塔板数分别为50,回流比分别为7和8,此时均三甲苯纯度可达98%(质量)。该研究不仅补充了汽液相平衡数据库,也为低压下C9体系的分离工艺设计提供参考。

热态SF_(6)/CF_(4)击穿特性研究

热态介质折合临界击穿场强是判断开关设备弧后介质是否发生重击穿的依据,获取热态SF_(6)/CF_(4)的折合临界击穿场强,对于评估和优化SF_(6)/CF_(4)高压开关设备开断特性具有重要意义。文中采用质量作用定律计算压强为0.1~1.6 MPa下SF_(6)/CF_(4)等离子体粒子组分含量,分析300~4000 K温度范围内混合气体50%SF_(6)/50%CF_(4)随温度变化过程。采用两项近似法求解玻尔兹曼方程,计算不同压强下热态SF_(6)/CF_(4)折合临界击穿场强(E/N)_(cr)随温度的变化关系。结果表明:温度低于1500 K时,(E/N)_(cr)几乎不变,约为268.3 Td(1 Td=1×10^(-21)Vm^(2));温度高于2000 K时,由于CF_(4)分解产物CF_(x)(x=1,2,3)的影响,混合气体(E/N)_(cr)高于纯SF_(6);随着温度的进一步升高,(E/N)_(cr)稳定在40 Td左右。最后计算了0.7 MPa下不同比例冷态SF_(6)/CF_(4)有效电离反应系数,并与文献值进行对比,验证文中计算方法和参数的有效性。

基于改进鲸鱼算法的储能系统优化配置研究

在含大规模风电的配电网中增设储能系统能够降低风电出力波动带来的不利影响。针对储能系统在电网中安装地址及容量优化的问题,以有功网损、电压偏差及总投资成本最小为目标,建立了储能系统多目标优化配置模型。为克服鲸鱼算法求解高维多目标优化问题时易陷入局部最优的问题,引入立方混沌映射、混合蛙跳个体交流机制以及综合满意度评价机制对基本鲸鱼算法进行改进。以IEEE 33节点系统为算例,采用改进的鲸鱼算法对储能优化配置模型求解,仿真结果表明,所提模型能有效对储能系统进行选址定容,提高系统经济性和安全性,同时验证了改进鲸鱼算法的准确性和有效性。