5G技术在UHV换流站中的应用实践

【目的】为了更好地支撑特高压(UHV)站点基建管控和智能运检业务需求,国内首次将第五代移动通信技术(5G)用于UHV换流站基建现场。【方法】在实现豫南站5G网络全覆盖的基础上,搭建5G虚拟专网,部署移动边缘计算(MEC)云平台。充分考虑前期基建和后期运行的需求,将智能基建工地与后期智慧换流站同步衔接,依托5G优势,融合人工智能(AI)等技术,实现了UHV基建施工现场各类数据的实时采集、统一汇聚。提供了UHV基建的远程视频监控、工程监控预警、基建现场全景呈现、安全隐患识别和专家远程辅助指导等多功能场景的5G解决方案。组织开展了智慧工地、智能巡检和智能管控类5G系列应用,开展了5G网络适配性测试。【结果】文章为豫南换流站业务应用提供了灵活、大带宽和高速率的5G通信手段。有效赋能了UHV换流站内各项业务需求,验证了5G对UHV建设与巡检类业务的承载能力,提升了管理效率,降低了运维成本。【结论】5G在UHV豫南换流站的成功应用,提供了5G+能源互联网的典型UHV变电站解决方案,验证了5G在电力行业的可行性,推动了5G在电力场景的深化应用。

分体分步式换流变有载分接开关研制

特高压直流换流变压器有载分接开关长期承载满负荷运行的方波电流,切换电流di/dt大,熄弧困难,并且动作频繁,基本被国外企业垄断。文中首先针对特高压换流变传统有载分接开关无任何直接有效的电气量监测保护的“黑盒”难题,以及故障极易引起换流变本体损坏,影响特高压直流工程可用率问题,提出了一种分体分步式有载分接开关拓扑,实现换流变有载分接开关核心部件分体布置以及分步闭环控制保护,并分析梳理了工程应用的电气应力;然后进行了切换开关、分接选择器和控制保护装置等关键核心部件的研制;最后搭建基于LC谐振法的切换试验系统,对所研制的分体分步式有载分接开关进行了切换试验、容量试验、温升试验以及绝缘试验。试验结果表明:所研制的分体分步式有载分接开关额定级电压4 kV,最大通过电流1600 A,切换开关外置,无油化设计,内部集成电气测量系统,切换过程能够实现分步操作控制和保护,避免故障扩大化,满足±800 kV/5000 A特高压直流输电换流变压器的工程应用需求。

不同风场中特高压换流站阀厅屋盖风压特性试验研究

特高压(ultra high voltage,UHV)换流站阀厅的金属屋面系统在风荷载作用下易发生屋面表层风揭事故。为深入探讨该类建筑屋面的风压极值特性,基于风洞试验分别探讨了大气边界层(atmospheric-boundary-layer,ABL)风、壁面射流、均匀湍流三种风场作用下的屋面风压特性,比较了平均风剖面、风速、风向、湍流强度等因素对屋面风压的影响。结果表明:阀厅屋盖迎风前缘负风压最大,且控制风向角在45°左右;壁面射流风场下平均风压系数与脉动风压系数均超过大气边界层风场的结果;风速对阀厅屋盖的负风压系数均值和极值影响较小,而湍流度对风压系数的极值影响较大;大气边界风场时,JGJ/T 481—2019《屋盖结构风荷载标准》的最不利风压系数建议值偏于安全;而在壁面射流风场下,阀厅屋盖全风向最不利风压系数在所有区域都大于JGJ/T 481—2019的建议值,设计中应加以重视。

基于多维振动特征图谱的特高压换流阀主循环泵轻量化故障诊断模型

针对特高压换流阀阀冷系统中主循环泵故障特征提取难和故障诊断模型规模大的问题,提出一种基于多维振动特征图谱的轻量化主循环泵故障诊断模型。首先,基于振动轨迹图像(vibration locus image,VLI)和伪颜色编码的时域特征提取方法,构建主循环泵的时域特征图谱。其次,融合马尔科夫变迁场(Markov transition fields,MTF)和小波包变换(wavelet packet transform,WPT),全尺度提取振动信号的低频和高频故障特征,构建主循环泵的频域、时频域特征图谱。最后,通过全维度动态卷积(omni-dimensional dynamic convolution,ODconv)优化轻量化卷积神经网络模型框架,构建了轻量化主循环泵故障诊断模型(OD-ShuffleNet)。并融合时域、频域和时频域故障特征,在减少硬件资源占用的基础上进一步提升模型的故障诊断精度。分析结果表明,模型的诊断准确率为95.0%,优于经典卷积神经网络架构。

能源技术进步与区域专业化——特高压输电工程的视角

基于2003—2020年中国285个地级市数据,以特高压输电工程为切入点,研究能源技术进步对区域专业化的影响及作用机制。结果显示:以特高压输电技术为代表的能源技术进步显著提升了区域专业化水平,具体而言,较没有特高压输电项目城市,配备特高压输电工程城市的专业化水平提升约1.09%,且该效应在中小城市、资源丰富城市和内陆地区更强;在考虑样本选择偏差、基期分工水平、调整指标测度、剔除极端值并进行安慰剂检验和倾向得分匹配后,该结果依然稳健;进一步的机制分析表明,特高压建设所表征的能源技术进步通过激发资源禀赋的比较优势、生产的集聚效应来促进地区专业化。继续扩大特高压输电规模,合理实施区域专业化,互通有无、取长补短,对促进区域协调发展具有重要意义。

特高压直流GIL绝缘设计与研究

高压直流电器随电压等级升高其绝缘结构设计难度显著增大,不能简单地沿用交流绝缘件增大尺寸来处理;否则不仅会增大产品尺寸和成本,在绝缘件运行存在温度梯度时其表面还会积聚大量电荷,使电场分布产生更严重畸变。近年来众多研究企图通过调整绝缘件质量或覆盖表面涂层来改善直流绝缘件电场分布,虽获得一些研究成果,但还不能被产品设计使用。文中强调通过调整绝缘件形状来改善电荷聚集和电场分布的观点,由此提出了结构尺寸小,电场分布好的“椎盘/椎盆”新的直流绝缘件设计,并对其结构和电场作了优化设计计算。对GIL基本母线单元母线中支撑件设计作了分析与论证。此外,对产品内绝缘的金属微粒的防治强调防重于治的设计思想,并提出了相应的防治措施。文中对高压直流产品设计必须用的各种场强设计允许值提出了研究方案。文中提出的椎盘/椎盆绝缘件也适于其他超/特高压直流气体绝缘电器选用。

特高压换流站抗震韧性及震后修复策略快速评估方法

地震作用下特高压换流站中设备极易损坏,然而由于资源条件限制使得震后抢修效率较低,从而导致了大量经济损失。为寻求高效的震后修复策略,该文搭建一套基于功能状态模型的抗震韧性快速评估框架。从结构和电气两方面建立换流站系统的二维功能网络模型,并利用贝叶斯网络进行功能状态快速评估。为提高系统震后修复效率,提出一种生物启发式多目标优化算法,利用震后迭代模拟得到系统阶梯型功能时变函数。通过对一典型±800 kV特高压换流站进行抗震韧性分析,得到换流站系统的关键抢修设备及最优修复策略,证明了最优修复策略的有效性和必要性。该框架量化了特高压换流站的震后修复过程及抗震韧性水平,可为换流站系统的震后应急抢修提供参考。

UHV/CVD生长SiGe/Si异质结构材料

以 Si2 H6 和 Ge H4 作为源气体 ,用 UHV/CVD方法在 Si( 1 0 0 )衬底上生长了 Si1- x Gex 合金材料和 Si1- x Gex/Si多量子阱结构 .用原子力显微镜、X光双晶衍射和透射电子显微镜对样品的表面形貌、均匀性、晶格质量、界面质量等进行了研究 .结果表明样品的表面平整光滑 ,平均粗糙度为 1 .2 nm;整个外延片各处的晶体质量都比较好 ,各处生长速率平均偏差为 3.31 % ,合金组分 x值的平均偏差为 2 .0 1 % ;Si1- x Gex/Si多量子阱材料的 X光双晶衍射曲线中不仅存在多级卫星峰 ,而且在卫星峰之间观察到了 Pendellosung条纹 ,表明晶格质量和界面质量都很好 ;Si1- xGex/Si多量子阱材料的

短波频段内UHV输电线路对无线电台站的无源干扰

为了解特高压交流输电线路对无线电站的无源干扰的影响,利用基于线天线电磁场计算的矩量法程序NEC研究了入射电磁波在1000kV特高压交流输电线路、架空地线以及铁塔上产生的电磁散射对附近无线电台站的无源干扰问题。利用该方法计算分析不同类型的特高压输电线路的无源干扰水平,得到了特高压输电线路的避让距离;通过与特高压线路缩比模型试验的比较验证了所提出避让距离的有效性。考虑到1000kV交流特高压输电线路的其他因素可能产生的影响,从偏严和保护环境的角度出发,建议在短波频段内1000kV交流特高压输电线路对不同无线电台站无源影响的防护间距为:一级无线电台站2000m;二级无线电台站1000m;三级无线电台站500m。

基于UHV-FTRTPS的特高压交流变压器局部放电试验技术

我国特高压交流变压器局部放电试验的电源大多采用中频发电机组,具有配套装置多、笨重不便操作等缺点。为此,提出了一种基于调频式谐振特高压试验电源(UHV-FTRTPS)的特高压交流变压器局部放电试验方法。该方法试验电源的功率放大器件主要为模拟功率放大器,通过计算与分析高压补偿电抗器的损耗、试验电路的附加损耗、被试特高压交流变压器空载损耗、中间升压励磁变压器损耗得出试验电源的总容量,并以减少试验回路总损耗为目标,确定了试验电源输出电压信号的频率调节范围;同时依据被测试特高压交流变压器现场加压时间和步骤,提出了中间励磁升压变压器台数及档位的2种选择方式;针对试验过程中试验电源输出电压信号中出现的自激振荡干扰和电磁干扰,提出了增加信号屏蔽措施和RC输出滤波器的解决方法。依据理论分析和计算得出了试验电源的总容量≥600 k W,确定了试验电源输出电压信号的频率调节范围为140~155 Hz。现场试验结果表明,被测试特高压交流变压器的局部放电量≤500 p C,验证了提出的局部特高压交流变器局部放电试验方案的正确性、有效性。

1200 kV雷电冲击电压标准测量系统

目前,冲击电压测量系统溯源所需的国家计量标准系统额定电压只有700 kV,无法满足3500 kV及以上的特高压电器的溯源需求。对研制的1200 kV电阻分压器进行结构分析,并对建立的1200 kV冲击电压测量系统进行性能测试及改进,在700 kV电压范围内与已有的700 kV冲击电压国家标准测量系统进行比对校准,在700 kV至1200 kV电压范围进行线性度实验。对1200 kV标准冲击电压测量系统进行了不确定度评定,评定结果表明研制的1200 kV雷电冲击电压标准测量系统的试验电压、波前时间、半峰值时间的测量误差均在国际标准IEC 60060及国家标准GB/T 16927允许范围内,将我国的冲击电压国家标准测量系统额定电压等级提高至1200 kV。

UHVDC换流变压器油纸绝缘缺陷直流局部放电发展过程

特高压换流变压器绝缘承受的直流电压高,绝缘缺陷劣化发展迅速,且单凭局部放电(PD)量值和放电次数无法对绝缘缺陷的发展阶段进行分析诊断。为此,研究了特高压换流变压器内部油纸绝缘缺陷直流局部放电特征及其发展过程,构建了油纸针-板等7种局部放电模型。采用阶梯式升压法研究在长期外加电压作用下,绝缘纸板从起始放电到被击穿的整个缺陷发展过程中脉冲电流信号的实时特征及其统计特性,通过拍照的方式给出各模型各发展阶段纸板表面电腐蚀状态,并给出各相应发展阶段电场的空间分布。结果表明:直流局部放电发展过程复杂,初期以大放电脉冲为主,放电频率低,等待恢复时间随机性强;中期和末期以小脉冲放电为主,等待恢复时间均匀分布;临界击穿时等待恢复时间分布集中。结合多种放电模型直流局部放电试验,可断定不同缺陷结构从起始直流局部放电到击穿的过程中,其局部放电的总体发展趋势表现一致。

对AC UHV输电线附近可听噪声预测公式的评估

特高压输电中,导线的选择是由输电线下的可听噪声大小决定的,所以可听噪声的预测十分重要。为了从不同机构总结出的多种半经验公式中选择最适合用来预测我国特高压交流输电线下可听噪声大小的公式,结合我国对特高压交流输电线的要求,将相导线水平和正三角排列方式下可听噪声大小的不同预测结果与测量结果进行对比和分析。结果表明:相导线水平排列大雨时可用ENEL公式或IREQ公式计算,小雨时可用ENEL或GE公式计算;相导线正三角排列大雨时可用ENEL公式或BPA公式计算,小雨时只有BPA公式最适合。所以,我国特高压交流输电线下可听噪声的计算在相导线水平排列时选用ENEL公式,相导线正三角方式排列时选用BPA公式。

弛豫SiGe外延层的UHV/CVD生长

利用自制的冷壁石英腔 UHV/CVD设备 ,60 0℃条件下 ,通过 Ge组分渐变缓冲层技术 ,在 Si( 1 0 0 )衬底上成功地生长出完全弛豫、无穿透位错的 Si0 .83Ge0 .17外延层 ,并在其上获得了具有张应变的 Si盖帽层 .另外 ,还在 550℃下生长了同样结构的样品 ,发现此样品厚度明显变薄 ,组分渐变层的应变释放不完全 ,位错网稀疏而且不均匀 ,其上的 Si0 .83Ge0 .

UHV交流输电线路对调幅广播收音台防护间距

为研究特高压交流输电线路对调幅广播收音台的防护间距,通过特高压交流试验基地的实测数据,得到了特高压交流输电线路的无线电干扰水平,为有源干扰的计算提供了强有力的数据支持。利用NEC电磁计算软件,建立了特高压输电线路的实体模型,计算了无源干扰随频率、入射角度以及防护间距的变化规律,得到了特高压交流线路3种典型塔型的无源干扰水平。最后通过比较有源干扰和无源干扰影响,给出了特高压交流架空输电线路对调幅广播收音台的防护间距计算值。

UHV断路器非对称电流开断试验方法研究

受设备容量的限制以及传统试验方法的局限,实验室很难对具有较长时间常数的特高压断路器进行非对称电流开断试验。笔者分析了该试验的原理,提出了一种新的电流补偿的试验方法。通过计算分析,论证了试验方法的等价性。1 100 kV断路器非对称电流开断试验采用了该试验方法,并顺利完成了多台产品的试验。这种试验方法还进行了推广应用,成功地完成了发电机断路器的非对称电流开断试验。

基于T区中低频衰减特性构成方向元件的特高压三端混合直流输电线路单端方向保护研究

将保护装置安装在T区两侧,基于T区中低频衰减特性构成方向元件,提出一种特高压三端混合直流输电线路单端方向保护方法。分析特高压三端混合直流输电系统整流侧、T区以及线路末端逆变侧三端边界频率特性,发现T区边界对故障电流暂态信号中低频分量有一定的衰减作用、整流侧边界和线路末端逆变侧边界对故障电流暂态信号高频分量有明显衰减作用。利用小波分解,根据T区两侧线路暂态电流中低频能量差判断故障方向,并提出故障方向判据。当T区左侧发生故障时,利用线路L1末端所检测到的高频暂态电流能量与低频暂态电流能量的比值来判别整流侧区内、外故障;当T区右侧发生故障时,利用线路L2首端所检测到的高频暂态电流能量与低频暂态电流能量的比值来判别线路末端逆变侧区内、外故障;T区发生故障时,判定为线路区外故障。给出基于T区中低频衰减特性构成方向元件的特高压三端混合直流输电线路单端方向保护方案,最后在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建昆柳龙特高压三端混合直流输电系统模型并对所提保护方法进行验证,仿真表明该文所提保护方法能实现特高压三端混合直流输电线路全线速动保护。

UHVAC输电线路大跨越段的防雷保护

为确保特高压输电线路的耐雷可靠性,对晋东南-南阳-荆门UHV输电线路的黄河大跨越段和汉江大跨越段的雷电性能进行了研究并介绍了UHV输电线路大跨越段雷电性能评估的计算方法,同时根据我国输电线路大跨越段的运行情况,参考俄罗斯标准,以大跨越段在雷电过电压下的雷击无故障时间(耐雷指标)来确定防雷保护方案,还计算了UHV输电线路大跨越段的年绕击跳闸次数和年反击跳闸次数及雷击避雷线跨越档距中央的反击跳闸次数,提出了按雷电过电压要求的跨越塔塔头间隙。研究表明,我国特高压输电线路大跨越段的耐雷指标不宜<50 a。

直流UHV线路杆塔规划及经济档距的确定

为降低直流特高压(UHV)输电线路的工程投资,结合±500 kV和国外已建UHV的经验,分析了现有杆塔荷载和经济档距。根据工程实际情况,计算了塔型方案中各塔的摇摆角系数、水平档距、垂直档距、摇摆角角度及塔头间隙等。计算确定,在理想平地情况下的经济塔高为51 m、经济档距为510 m。研究结果已被应用于云广±800kV线路。

UHV串联式TV高压隔离部分的有限元分析及优化

用于超高压和特高压的电压互感器可采用多台电压互感器在一次侧和二次侧串联实现,一次绕组的串联结构与传统的串级结构相似,二次侧的串联结构需要使用高压隔离电压互感器,目前这种互感器还没有设计的经验。为此以1 000 kV串联式标准电压互感器为例,用有限元分析软件ANSYS对高压隔离互感器的三维电场分布进行了数值模拟计算和性能优化。结果表明,基于有限元法的数值模拟是分析和设计串联式电压互感器的有效手段,经优化设计后的高压隔离互感器能够同时满足绝缘和精度方面的要求,优化结果为更高电压等级的串联式电压互感器的设计和制造提供了可靠的、科学的数据。