高压开关柜故障起火自动灭火装置优化设计研究

近年来发生了多起高压开关柜火灾事故,传统开关柜灭火通过人工方式灭火,存在灭火效率低、人员风险大等问题。现有开关柜自动灭火装置研究存在引入电场畸变、启动阈值不清及灭火剂选择不当等问题。为解决上述问题,文中开展了高压开关柜故障起火自动灭火系统研究。优化设计了了灭火剂喷头结构,降低了最大场强,避免了绝缘击穿风险。进行了真型开关柜火灾模拟试验,基于试验过程中温度场分布确定了灭火装置启动阈值。探索了灭火剂类型与用量,确定了合理的高压开关柜灭火剂设置方案。建立了完整的高压开关柜自动灭火系统,试验结果表明文中所提出灭火系统快速有效。

不同着火位置对高压开关柜火灾影响的数值研究

基于流体动力学计算软件文中研究了不同着火位置对高压开关柜火灾的影响,分析了柜内温度场、无量纲温度因子、烟气分布及总热释放率火灾特征参量。计算结果表明,手车室发生火灾时最高温度低于电缆室或母线室最高温度,且不同着火位置下顶壁或侧壁无量纲温度因子差异明显,可用来进行早期火灾安全预警的诊断手段。烟气场和总热释放速率分布表明,电缆室和手车室着火时,其烟气可充满整个高压开关柜柜体,而母线室着火时烟气仅充满整个母线舱室。另外,电缆室火灾具有较大的总热释放率,因其相邻手车室可燃构件也被引燃进而释放更多的热量。通过文中的研究结果,可进一步认识和了解高压开关柜火灾蔓延发展趋势,也可为高压开关柜的早期安全预警提供技术和理论支撑。

新型变电站高压开关柜漏电火灾在线监测算法

新型变电站高压开关柜漏电火灾在线监测算法在监测的过程中存在漏电数据收集失误现象,火灾信息评估的完整程度较低,在监测的同时需调整算法机制,导致预警不及时,监测的精度较低。针对该问题,对新型变电站高压开关柜漏电火灾进行在线监测,首先针对开关柜漏电情况收集漏电数据,根据剩余电流判断漏电信息,及时捕捉精准的漏电区域数据,利用D-S证据理论融合算法对获取的漏电数据发生火灾的情况进行在线监测,构建识别框架并提取相似函数,判断达到火灾时的温度阈值,完成整体监测研究。根据分析的结果可知,该在线监测方法具有较强的监测及预警精度,在相同的条件下,火灾信号温度采集差值为1℃,系统整体虚警率为0.001%,剩余电流为310 mA,能够有效监测漏电信息及火灾发生情况,表明该方法具有较强的监测能力。

使用添加剂提高开关柜用环氧材料憎水耐电痕特性的研究

为了沿海地区空气绝缘开关柜用环氧绝缘件找到一种合适的具有较好憎水性、耐电痕特性的环氧配方材料,以适应盐雾、潮湿的环境条件,文中对开关柜常规用的注射用环氧配方,分别加入2%活性SiO_(2)纳米颗粒、2%Al_(2)O_(3)纳米颗粒及6%Al(OH)_(3)颗粒,通过对配方的接触角、耐电痕特性的测量,得出环氧树脂材料配方内掺杂活性SiO_(2)纳米颗粒、Al_(2)O_(3)纳米颗粒及Al(OH)3颗粒后可以有效提高憎水性、耐电痕特性,将原配方的耐电痕性能从1A0提高到1A2.5,同时机械性能有轻微的改变。

40.5 kV开关柜母线套管受潮后绝缘性能试验研究

开关柜绝缘件在湿热环境中长时间运行易出现受潮使绝缘性能下降,进而导致柜内出现局部放电和闪络故障,严重影响设备的稳定运行。文中针对一起典型的40.5 kV开关柜母线套管受潮后局部放电故障,对受损程度不同的母线套管开展绝缘性能试验研究,比较了绝缘件烘烤试验前后的电气性能和材料性能。试验结果表明:局部放电量、绝缘电阻、玻璃化转变温度均能反映套管的受潮程度,该套管烘干后的绝缘电阻由MΩ量级增至100 GΩ量级,局部放电量显著降低,材料的玻璃化转变温度降低,且不同试样因受潮的程度增加而增大;放电烧损的套管其绝缘性能受损,局部放电量已不能反映受潮程度,但绝缘电阻、玻璃化转变温度能反映其受潮程度。该结果可以为开关柜绝缘件受潮故障分析和诊断提供支撑,进一步证明了开关柜除湿、局部放电检测对提高开关柜运行可靠的重要性。

基于射频技术的开关柜无源无线温度测量系统

配电开关柜安全运行对保障供电可靠性至关重要,配电开关设备的温度监测是前期状态判断和故障后期诊断的重要手段。文中研制了一套基于射频技术的开关柜无源无线温度测量系统,用于配电设备温度状态监测,通过无源无线的方式减少传感设备供电寿命问题、引线爬电问题及布线安装问题。对系统中传感器设备的传感、通讯、封装相关技术进行研究,对系统运行的工作流程进行设计。对系统进行实际运行环境测试和性能及功能测试,测试结果显示本系统适用于开关柜的温度监测,对智能配电网传感节点的智能化、无线化和自取能、自组网有着推动意义。

基于SVM-PSO混合算法的12kV开关柜触头盒双屏蔽结构三维电场优化研究

开关柜在长期运行过程中可能会因触头盒电场集中导致放电甚至击穿事故,采用双屏蔽结构是改善开关柜触头盒内电场分布的有效方法。为此,以KYN28A-12开关柜为研究对象,提出了一种基于SVM-PSO混合算法的开关柜触头盒双屏蔽结构三维电场优化方法。首先,在Comsol Multiphysics中建立了开关柜的三维仿真模型,分析了接地屏蔽长度、高压屏蔽半径和长度对触头盒、接地屏蔽和高压屏蔽表面场强的影响规律;然后,构建了含触头盒、接地屏蔽和高压屏蔽表面场强3个优化目标的评价函数,采用SVM算法建立了不同接地屏蔽长度、高压屏蔽半径和高压屏蔽长度下评价函数的预测模型;最后,利用PSO算法进行评价函数的寻优,获得了触头盒双屏蔽结构参数的优化结果,并开展了三维电场仿真计算,相对误差为4.8%,验证了优化结果的正确性;优化后的触头盒在1.2Ur下的局放量为1.38 pC,验证了优化结果的有效性。研究结果为开关柜触头盒双屏蔽结构的设计和优化提供了理论依据。

基于有效加热空间的12 kV开关柜加热器布置策略研究

通过安装加热器来提升柜内温度是防止开关柜内部绝缘件发生凝露最常用的方法之一。针对现有加热器安装位置不合理和加热过度加剧绝缘件老化等问题,提出了一种基于有效加热空间的12 kV开关柜加热器布置策略。首先,根据凝露的产生机理,建立了露点与室温的对应关系,并对不同类型、功率、安装方式的单个加热器进行了有效加热空间的试验研究;然后,综合各类型加热器的有效加热空间,设计了不同类型加热器的组合方式,在12 kV开关柜内进行了有效温升试验,确定目标温升对应的加热器组合方案;最后,针对某东南沿海省份,利用2019年各区县环境温湿度的气象监测数据,将已确定的温升组合方案进行地区分类,实现了一种区域性的12 kV开关柜加热器差异化布置策略。结果表明,通过该方法确定的加热器布置方式比盲目性的布置方式加热效果更好,温升分布更加均匀。此外,区域性的布置策略能在很大程度上增加各方案的适用性,具有一定的实际参考价值。

基于化学反应速率理论的空气开关柜局部放电特征气体研究

空气开关柜局部放电的检测具有重要实际意义,气体检测法较传统检测方法有明显优势,而气体检测法的关键在于特征气体的选取。为给特征气体的选取提供理论依据,基于化学反应速率理论对局部放电下空气的分解机理进行研究。首先,利用Gaussian软件搭建气体分子的计算模型,并优化反应物和产物的分子构型,在此基础上搜索各反应路径的过渡态,进而得到相应的反应速率常数,并以此为依据分析不同放电情形下可能的气体产物;之后,对气体分子在开关柜材料的吸附性能进行研究,分析吸附作用对反应的影响,结合反应速率常数与开关柜对气体吸附的影响,选取气体分解产物中的NO_(2)、CO、O_(3)作为特征气体;最后,搭建实验平台模拟不同缺陷类型下的局部放电,并收集局部放电下3种特征气体的浓度,以此数据为基础验证特征气体选择的可行性,结果表明:选取NO_(2)、CO、O_(3)3种特征气体能够较好地反映空气开关柜局部放电的情况。

基于幂函数模型的高压开关柜温升预测与试验研究

文中针对高压开关温升预测缺少电流同温升关系模型这一难点,首次建立导电部位稳定温升τw与电流I的数学模型,得出τw与I的变化规律,通过高压开关柜系列电流下的温升试验,验证了该模型的合理性和准确性。阐述了电器发热基本理论中温升τ与时间t关系模型的推导过程,通过高压开关柜系列电流下的温升试验,进一步研究了该模型下不同试验时间段的拟合温升规律。在温升预测应用中,按文中τw与I的数学模型,求解形成稳定温升与电流标准曲线,作为温度在线监测的判断标准,从而实现故障提前预警。

新型40.5kV/2500A干燥空气绝缘充气柜温升控制研究

采用干燥空气取代SF_(6)绝缘的中压充气柜,符合绿色环保发展方向,但空气的对流散热能力弱于SF_(6),这对充气柜的散热结构提出了更高要求。文中提出了一种采用纵向直线布置主回路的40.5 k V 2 500 A干燥空气绝缘充气柜总体结构,其具有主导电回路短、发热功率较低的特点。对该充气柜进行发热与散热分析、仿真和试验研究,发现采用常规结构气箱时,其内部空气温升达60 K左右,气箱内热量无法散到气箱外部是整体温升超标的主要因素。从增强对流散热和辐射散热方面对散热结构进行优化,重点设计了柜体侧板外表面的散热通道,优化后的方案通过了1.1×2 500 A温升试验,验证了设计和优化思路的可行性。

基于5G通信的便携式安全智能应急分合闸装置

针对选择就地方式对高压开关柜进行分合闸操作时存在的安全隐患,研制了一种基于5G通信的便携式安全智能应急分合闸装置,并介绍了该装置的具体结构。现场测试结果表明,该装置在保持一定的安全距离下可实现分合闸操作,规避了手动操作开关柜所带来的安全风险。

开关柜内部热点温度非接触反演计算研究

内部过热是开关柜运维过程中的常见缺陷。现有的开关柜内部接触式测温技术在可靠性与安全性方面不足,存在着推广的局限;外部非接触式红外巡检则具有难定量诊断缺陷的问题。本文以KYN28-12A型630 A的自冷型开关柜作为研究对象,建立其温度流体场仿真模型,通过流线分析寻找合适的表面测温点,并通过正交计算得出不同工况、缺陷下开关柜负荷电流,将表面测点温度与内部热点温度之间的关系作为反演样本,最后基于支持向量机回归方法完成样本训练,形成反演计算用的降阶模型并进行了现场验证。研究成果实现了在无需内置温度传感器条件下开关柜内部热点温度的定量测算方法,在实施环节具有安全性与便捷性,尤其适用于大量难以停电改造的存量开关柜。

高压开关柜局部放电多物理信号特性对比研究

高压开关柜作为电力系统的重要组成设备,其绝缘缺陷导致的设备故障会降低电网运行的安全性。局部放电检测在开关柜局部放电领域尚未行成统一的评判体系,为了提高开关柜绝缘缺陷的诊断水平,文中对多种局部放电测量方法进行灵敏性及有效性研究,明确了检测方法对于缺陷类型的适用性。文中设计并制作4种典型局部放电缺陷,搭建包含脉冲电流法,特高频法,超声法和暂态地电压法的局部放电多方法测量系统,在不同电压等级下测量局部放电信号并进行汇总。结果表明,在开关柜内,暂态地电压法和特高频法适用于所有类型缺陷的测量,超声法适用于测量悬浮缺陷和比较严重的尖端缺陷和沿面缺陷,无法对气隙缺陷产生的放电进行测量,脉冲电流法在测量除气隙缺陷外的其他3种缺陷类型时均有较高灵敏性,对气隙缺陷测量能力较差。

智能化中置柜在察哈素选煤厂的设计及应用

介绍了采用智能测温触臂实现了对断路器触头测温,采用无线测温传感器实现了对母排搭接面测温,采用霍尔式微型传感器实现了对断路器机械特性全面监测,采用永磁电动机驱动断路器手车和接地开关实现了状态自动切换的方法;研究以智能监控装置为核心,构建基于智能化中置柜的10 kV配电监控系统和配电设备健康管理系统的实现方式;应用结果表明,改造后的智能型中置柜运行可靠、智能、高效,有效解决了常规中置柜运行中存在的断路器触点发热与操作机构故障无法预先感知、断路器手车和地刀需人工频繁操作等问题。

变电站开关柜附柜的结构设计与应用

随着电网负荷的逐年增加,开关柜发热问题愈发突出。分析了现有开关柜散热故障问题,设计了一种让内部空气循环对流的开关柜附柜,并对开关柜改造原理及改造技术方案进行了阐述。实际应用案例表明,该开关柜附柜可以实现快速降温降压,避免温度压力异常产生短路爆炸故障对人身造成的伤害和设备损坏,降低了电力人员巡检次数,提高了变电站设备运维管理水平。

KYN44A-40.5高压开关柜优化改造分析

KYN44A-40.5铠装移开式交流金属封闭开关设备(以下简称开关柜)适用于三相交流50 Hz,40.5 kV单母线及单母线分段电力系统,主要应用于发电厂、变电所、工矿企业、高层建筑等变配电中,作为接受和分配35 kV网络电能的设备,并对电路进行控制、保护和监测。随着电力系统智能化的不断发展,以及对安全可靠性需求的不断提高,高压开关柜顺应发展要求,进行了相应的优化改造,主要针对变电站35 kV母线电压互感器柜中电压互感器手车重心太高、容易倾倒的问题进行了优化。

KYN28A-12kV/4000A开关柜的结构改进与温度场分析

文中针对12 kV/4 000 A开关柜设计中的温升问题,从限制发热和改善散热两方面对KYN28A-12 kV/4 000 A开关柜进行结构完善,将开关柜结构进行了简化建模,导入Ansys中分析了开关柜内的温度场。数值模拟的温升结果满足GB 3906—2006国标要求,改进后开关柜进行了实际温升实验,温升结果也满足IEC62271国际标准要求,表明结构改进方案是合理的,但模拟结果与实际实验结果最大温升点不太一致,希望在以后的研究中继续完善。

基于新型关联规则算法的开关柜局放程度分类研究

为对开关柜绝缘状态进行评估,文中介绍了一种新型的关联规则数据挖掘(ARM)算法,用于识别开关柜局部放电的严重程度。该算法采用模糊C均值聚集(FCM)的方法划分局部放电特征量区间,基于改进型Apriori寻找满足最小支持度和最小可信度的候选集,对候选集进行递推和多次检索以产生用于分类的关联规则库。基于关联规则库对采集的10 kV开关柜中的多组针尖电晕局部放电信号进行模糊推理,结果表明采用关联规则的局部放电分类识别率高,分类结论准确,为开关柜绝缘状态评估提供了一定的理论依据和实际应用价值。

开关柜内部电弧故障产生力和热的计算模型

开关柜内部电弧故障会引起许多效应。在电弧周围引起压力升高 ,并在柜体内和空气中引起温度升高。建立的模型对内部电弧故障引起的力和热的效应规律进行研究 ,并对这两种效应进行了数值求解。结果表明 ,对于持续时间为 1s的电弧故障 ,柜体内部压力在最初阶段上升很快 ,在达到一个峰值后下降直至消失 ,但热效应持续时间较长。