隔离开关动作过程特快速暂态电磁干扰变化特征及变化规律分析

隔离开关开合操作时产生的特快速暂态过电压/过电流可能会严重威胁电网的可靠性,但目前尚缺乏对隔离开关特快速暂态过程的电磁干扰变化特征及变化规律的研究。文中以隔离开关分合容性小电流试验的暂态电压、电流数据为基础,提取了对应的宏脉冲波形和单脉冲波形的特征数据,通过概率密度函数拟合以及样本累积经验分布的KS检验对暂态波形特征数据进行了全面的统计分析。结果表明,分、合闸操作的宏波形持续时间概率密度分别服从GEV、inverse Gaussian分布;VFTO、VFTC单脉冲的最大峰值分别为50 kV、370 A,上升时间分别在ns级和μs级,单脉冲间隔时间为ms级;分、合闸单脉冲次数呈现为正态分布。研究结果可为开关类强电磁骚扰标准试验源的研制及系统级电磁兼容试验标准的制定提供科学依据。

变频电流激励下GIS隔离开关机械缺陷的振动非线性行为及其辨识方法

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)机械缺陷是导致设备故障的关键因素之一,为此开展了变频电流激励模式下隔离开关底座松动缺陷的时频域振动图谱变化规律研究,进行了波形因子、重心频率等6个振动特征量的量化分析,采用灰狼算法优化的支持向量机研究提出了变频电流激励模式下GIS隔离开关底座松动缺陷严重程度辨识方法。结果表明:GIS隔离开关缺陷振动信号特征量与电流激励频率具有强相关性,与单一工频电流激励模式相比,变频电流激励具备更有效检测GIS设备机械缺陷的优势;基于126 kV真型GIS试验平台验证获得构建的隔离开关底座松动缺陷辨识模型的平均识别准确率达90%以上。该研究成果为揭示GIS设备的非线性机械振动特性及提升其机械缺陷检测水平提供了重要参考。

基于变分模态分解和改进灰狼算法优化深度置信网络的自动转换开关故障识别

自动转换开关(ATSE)是保证系统连续供电的设备,对其进行健康监测和故障诊断对系统的稳定运行具有重要意义。为了实现对ATSE的非侵入式故障识别,该文提出一种基于电流信号变分模态分解(VMD)的特征提取和改进灰狼算法(IGWO)优化深度置信网络(DBN)相结合的故障诊断方法。该方法首先利用样本熵确定VMD分解次数并对故障电流进行分解;其次对分解后得到的本征模态函数进行小波包能量的提取,并利用IGWO对DBN网络结构参数进行优化;最后通过DBN将电流能量特征与ATSE的故障类型建立起映射关系从而完成最终的故障识别。所提IGWO采用了分段调节与非线性递减的衰减因子相结合的策略,以平衡算法全局搜索和局部搜索能力;并采用莱维飞行更新探狼的移动位置,来避免算法陷入早熟收敛。实验结果表明,该算法不仅能显著提高前期对参数寻优的训练速度,后续泛化实验的故障分类准确率也有98.78%的良好表现。

变电站隔离开关操作产生的电磁暂态特征量研究

变电站隔离开关操作产生的电磁骚扰是电力系统二次设备防护的重要内容。基于真型实验场开展了一系列实验,在AIS和GIS内进行了一系列不同电压等级不同容性负载的隔离开关分合闸重复实验。由于隔离开关操作持续时间长,采样率高,采集得到的实测数据十分庞大,为了方便处理实测数据,设计了一种自动计算的模型既能实现隔离开关全过程多次放电脉冲群的特征量提取,也能实现单次击穿波形的分离和计算。计算结果显示AIS隔离开关操作产生的电磁骚扰主频在300~600 kHz,有些文献中测量结果高达几MHz,GIS产生的电磁骚扰在17~20 MHz。暂态电流及其耦合的电磁骚扰主频仅受变电站结构和参数影响,相同实验条件下GIS产生的地电波比AIS幅值更高主频更大振荡更强烈。该实验结果为电力系统开展针对二次设备的电磁防护试验提供了量化参数。

一种升降工作装置异常动作原因分析

在复杂的设备布局空间中,各类机电产品和电子器件密集度不断提高,产品设计时需考虑电路、磁场、机械运动等各种因素的耦合作用,尤其需确认器件间特性匹配的情况。文中以一种升降工作装置异常动作的情况为例,对接近开关与步进电机共同工作时产生共频干扰的机理进行了说明,阐述了机电产品设计中器件特性匹配的重要性。

基于电磁瞬态过程的GIS隔离开关分合位置确认方法研究

GIS隔离开关在电力系统中扮演着重要角色,但分合闸不到位故障会威胁系统安全。传统的状态检测方法所反映的腔体内部信息有限,文中提出了一种基于电磁瞬态过程的新方法。利用在GIS隔离开关带电分合过程中产生的电磁瞬态信息,通过分析电磁瞬态信号的起止时间与开关动静触头位置关系,反演GIS隔离开关腔体内动静触头状态。同时,还提出了一种低采样频率下提取高频电磁瞬态信号特征的方法,并开发了相应的采集装置。不仅有效降低了数据采集量,同时可以成功确认GIS隔离开关的分合位置。最后通过实验证明了文中提出方法的有效性。

基于弗雷歇距离的GIS隔离开关卡涩缺陷识别及量化方法

电力工业上GIS(gas insulatedswitchgear)隔离开关的多种机械故障多是由传动机构及导电部结构应力变化导致,而这种应力变化的早期体现形式主要是卡涩缺陷。对GIS隔离开关卡涩缺陷的识别及量化对避免设备发生严重故障具有重要意义。然而,GIS隔离开关面临因工业现场开关机械状态的离散化导致的难以对卡涩缺陷进行识别和量化的问题,限制了运维人员对GIS隔离开关机械状态的感知能力与故障预警能力。文中以GIS隔离开关正常机械状态下的驱动电机功率曲线作为标准曲线,采用多窗口斜率的特征点识别方法,结合开关运行物理过程分析将电机功率曲线进行分段处理。在开关动作各分段内,采用弗雷歇距离分析对GIS隔离开关的卡涩缺陷进行识别,并相应地以标准曲线与动作曲线的弗雷歇距离作为量化依据。最后,通过ZF12B⁃126型GIS隔离开关实验,验证了文中所提出技术路线的有效性,实验证明在卡涩缺陷发展初期,文中采取的方法可以灵敏的对卡涩缺陷进行识别。

新型抗干扰隔离开关在风载作用下的力学特性分析

户外高压隔离开关是电力传输系统的核心设备,但常受到外界风力等干扰而造成合闸失败的影响,因此设计了一种抗干扰的新型高压隔离开关。为了进一步研究该新型隔离开关在风载作用下的力学特性,首先在Fluent软件中对高压隔离开关风场阻转矩计算模型进行构建,计算得到风场来流方向在导电杆上产生的阻转矩大小。然后在有限元软件Ansys中建立了新型隔离开关的有限元模型,最后通过将风载所产生的阻转矩施加到仿真模型上进行力学特性分析。结果表明:隔离开关的变形量及应力集中的位置均位于支架的销轴孔位置,断定该处属于隔离开关的薄弱环节,应重点考虑该处的加固处理。通过以上仿真分析,为隔离开关抗风优化设计提供依据。

特高压GIS用磁环型阻尼母线VFTO抑制性能试验研究

GIS中的隔离开关在操作过程中由于断口重复击穿会产生特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)。VFTO幅值高、波前陡,严重威胁电气一次绝缘,并会产生电磁干扰问题。目前,实际工程中除采用带投切电阻的隔离开关抑制VFTO外,还可以采用磁环型阻尼母线对VFTO进行抑制。为了保证GIS的可靠性,磁环型阻尼母线抑制性能的优劣至关重要。为此,亟需研究提出一种在试验室进行磁环抑制效果的评定方法。文中针对磁环型阻尼母线的抑制性能,设计了专门的抑制性能试验回路,该试验回路中主要包含套管、阻尼电阻、放电间隙、磁环型阻尼母线、GIS短母线、VFTO传感器以及VFTO测量系统。该试验回路的额定电压为1100 kV,回路中的套管和母线可承受的额定工频电压为1100 kV,阻尼电阻的阻值为560Ω或1500Ω,放电间隙可以通过电极间距的调整产生不同等级的放电电压值和放电陡波,陡波上升时间可以达到30 ns。应用该试验回路在试验室进行模拟试验的方法检验磁环型阻尼母线的抑制效果,试验结果表明,该试验回路可以完成磁环型阻尼母线抑制效果的检验,可以定量地给出抑制效果的优劣。该方法可以推广到其他电压等级的GIS产品中,有助于推动实现磁环型阻尼母线的工业化设计、制造及检验。

高压GIS用三工位隔离接地开关的结构类型

文中介绍了72.5 kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备(简称GIS)常用的3种结构类型的三工位隔离接地开关:双导电杆连杆传动的三工位隔离接地开关、滚珠丝杠传动的三工位隔离接地开关、齿轮齿条传动的三工位隔离接地开关。这3种三工位隔离接地开关有别于传统的旋转闸刀式结构,都是属于国内外主流的动触头直动插入式结构。通过对这3种三工位隔离接地开关结构、滑动电联接形式以及运动形式的阐述,分析了各种结构的优势,为GIS核心模块部件的改进和优化设计提供技术指导。

双断口真空开关分断速度对动态电压分布影响

多断口真空开关的均压问题可以通过内在调控措施解决,分断速度是内在调控措施之一,但是对于速度调控的研究尚未深入。为研究操动机构分断速度对双断口真空开关动态电压分布的影响,在分析开断速度对电压分布影响机理的基础上,提出双阶段速度控制方法。并建立双断口真空开关模型,仿真分析同步、异步、变速分断情况下的电压分布情况。设计真空开关速度调控装置,搭建真空开关分断速度测试平台。试验表明:同步开断时,高低压侧开关速度变化对断口的电压分布影响较小。异步分断与变速分断均可以通过分断速度的改变调控动态电压分布,动态电压不均匀系数最多可降低15%。文中成果为研究多断口真空开关通过速度调控电压分布提供数据参考。

基于区域生长优化的水利工程设施点云单体化研究

水利工程中输变电设施安全监测是保证水电站安全运行的重要环节,其中基于点云的变形监测需要准确分割出各种输变电设施。为此,通过对三维点云进行降维处理,获取水利工程设施的二维点云图像,基于区域生长算法和点云单体化算法实现分割工作。同时在区域生长算法的基础上提出了一种旋转角度优化算法,通过旋转三维点云数据,得到易于分割的最优角度点云图像,提高了区域生长算法的精度和速度。为验证旋转角度算法的精度,设计了仿真试验分割立柱点云,试验结果精确率达98%以上,表明旋转角度算法可应用于结构点云单体化领域。实际水利工程应用结果表明,所提方法可有效解决普通像素图像过分割的问题,能准确分割水利工程不同区域及设施。

关于极快速暂态过电压(VFTO)研究的现状

操作GIS中的隔离开关时,产生的极快速暂态过电压(VFTO)给GIS和隔离开关本身带来严重威胁。综述了VFTO的相关研究现状,包括VFTO的产生机理及危害、基本参数、相关间隙的击穿特性、隔离开关机构速度的影响、隔离开关耐受VFTO的试验,以及VFTO的抑制方法、建模与计算等。同时,提出利用实测残余电压估算隔离开关触头间隙击穿特性的方法,并应用于某750 kV GIS,为绝缘配合设计提供依据。

基于导体温升原理的隔离开关发热改善方法研究

隔离开关发热一直是电力系统中难以解决的问题,当隔离开关温度较高时会使零部件温度升高,材料的物理、机械及电气性能逐渐下降,令材料老化速度加快,导致隔离开关出现工作故障,引发停电事故。为解决上述问题,分析了稳态热力系统的构成,推导隔离开关温升计算公式,结合接触电阻理论提出隔离开关发热改善方法,采用接触电阻等效并联方式,将接触电阻数值减小,从而提高隔离开关触头系统的通流能力,达到降低温升的目的,以4000 A钳夹式隔离开关为研究对象,进行了实例计算与验证,为实际工程解决隔离开关发热问题提供一定的参考。

异物对GIS隔离开关绝缘性能的影响分析

隔离开关作为气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)的重要组成部件,如果存在异物,将对隔离开关绝缘性能产生影响。因此,计算GIS隔离开关存在异物时的电场分布至关重要,采用三维有限元计算方法,分析不同大小金属异物在不同位置及非金属异物介电常数对电场强度的影响。仿真研究表明,当金属异物位于屏蔽罩处最易发生放电;在SF6气体中当异物大小达到3 mm时也可发生放电;非金属异物对绝缘性能影响相对较小,但介电常数越大越易发生放电。基于电场强度分析结果对隔离开关的生产和安装提出合理建议,保证设备安全可靠运行。

针对LED屏的高品质供电方案研究

为了支撑重要场所的敏感负荷高品质供电,以LED屏为例,分析了其谐波产生机理,设计了“双电源切换开关+有源消谐模块”的定制电力技术方案,并根据谐波分布特征计算了有源消谐模块的部署容量。方案中双电源切换开关主要保障电压质量,有源消谐模块主要防止谐波源污染电网、影响ATS误动作。针对某些空间受限的应用场所,建议在满足技术经济性的前提下,采用基于SiC-MOSFET器件驱动技术的新型有源消谐装备,其具备高功率密度、体积小等特点。

隔离开关合闸状态的非接触自动检测方法

为了提升隔离开关合闸状态自动检测效果,采用了基于激光位移传感器的隔离开关合闸状态非接触自动检测方法,使激光位移传感器的分辨率达到最大值,优化了激光位移传感器的光学参数,提升了其位移测量精度;通过光学参数优化后的激光位移传感器,采集隔离开关轮廓曲线,得到隔离开关轮廓曲线采样点集;利用最小二乘法拟合隔离开关轮廓曲线采样点的椭圆方程,并计算隔离开关导电臂与水平方向的夹角;当导电臂夹角处于规定夹角区间内,则判定合理开关合闸到位,完成隔离开关合闸状态非接触自动检测。结果表明,该方法计算的前、后导电臂夹角分别在0.4°与0.5°左右,均低于夹角规定区间。这一结果对实现隔离开关合闸状态非接触自动检测是有帮助的。

隔离开关温度检测用可逆变色涂料制备方法及其性能

隔离开关触头异常发热问题较为突出,影响电网的安全稳定运行。为了及时检测异常发热,提出一种隔离开关温度检测用可逆变色涂料制备方法,并对其性能进行分析研究。采用三组分法以结晶紫内酯为发色剂、双酚A为显色剂、棕榈酸为溶剂制备可逆变色材料,并对其组分质量配比进行优选。结果表明:提高双酚A的质量配比,变色材料颜色加深,变色开始温度和变色结束温度均有所提高。提高棕榈酸的质量配比,变色材料颜色变浅,变色开始温度未见明显变化,而变色结束温度逐渐降低。采用原位聚合法制备变色微胶囊并进行差示扫描量热分析,其发生相变的温度区间与其变色温度范围较为一致,且其热稳定性良好。采用混合搅拌法制备不同配比(持久性就地成型防污闪复合涂料:微胶囊)的变色涂料具有较好的变色性能。各配比变色涂料的水接触角均大于100°,且单位长度沿面闪络电压均大于8.5 kV,具有较好的疏水性能和耐电性能。研究成果可为高温高湿运行环境中的隔离开关热致缺陷在线检测提供方法参考。

双地刀隔离开关新型防误操作装置

在电网中隔离开关起到隔离电源、倒闸操作、关合和切断小电流电路的作用,而接地刀闸主要用于设备或线路检修接地以及在一定场合具备关合短路电流、切合线路电磁感应电流、静电感应电流的能力。在设备或线路停电检修时,接地刀闸使检修部分导体与大地导通,这样可以有效隔绝供电侧电源及感应电压,保护作业人员不受触电伤害。而防“带电合接地刀”与“带接地刀送电”是保障电网稳定、设备运行及维护人员生命安全的重要强制性要求,目前防止“带电合接地刀”和“带接地刀送电”主要是利用电气闭锁与机械闭锁相结合的方式实现,在一些特殊运行方式下原有电气闭锁和机械闭锁完善的情况下还会因违规使用解锁钥匙手动操作接地刀闸,无法完全杜绝人为主观因素造成的误操作。根据现状研发了一种双地刀隔离开关新型防误操作装置,在解决敞开式隔离开关设备防接地刀闸存在人为“带电合接地刀”误操作情况,本文主要阐述该装置的研发背景及工作原理。

户内高压隔离开关机构运动过程影响因素研究

本文通过理论计算推导与ANSYS动力学仿真,对影响隔离开关操动机构运动速度和可靠性的关键变量进行研究,设计出一套可数控的隔离开关及其电动操动机构,应用于海外箱式高压并联电容器装置的样机,机械特性测试结果显示,隔离开关操动机构运动速度和可靠性提高30%,达到了设计要求,验证了计算仿真结果的合理性。