基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。

750kV单回并行输电线路电磁辐射环境研究

采用《环境影响评价技术导则输变电》(HJ 24—2020)附录C、D推荐的计算模式对750 kV单回并行输电线路电磁辐射环境进行计算与预测。结果表明,经过耕地、园地、牧草地、畜禽饲养地、道路等场所,当导线对地最小高度为15.5 m时,单回并行线路下的工频电场强度最大值超过10 kV/m;需将导线对地最小高度提至16.5 m,才能满足4 kV/m控制限值要求。750 kV单回并行输电线路产生的工频磁场强度小于公众曝露控制限值(100μT),一般情况下不会成为线路建设的环境制约因素;但其产生的工频电场是电磁环境影响的主要因素,电场强度控制限值(4 kV/m)是线路建设的环境制约因素,同时也是输变电电磁环境重点控制因素。现场实测结果与理论预测结果符合性较好,表明采用的预测模式具有较好的应用性,研究结果可为750 kV单回并行输电线路的建设和环境监管提供支持。

高气压下氮氧混合气体的工频击穿特性

文中通过工频击穿实验研究了不同电场均匀度、配比、气压下氮氧混合气体的工频绝缘特性。实验发现:板—板电极下,配比对氮氧混合气体的击穿电压影响较小,氮氧混合气体的击穿电压随充气压力的提高均呈增长趋势;棒—板电极下氮氧混合气体的击穿电压明显降低;针—板电极下氮氧混合气体的击穿电压在0.6~0.9 MPa出现“驼峰”效应,随着针—板电极间距增大“,驼峰”效应越发显著,较高气压下绝缘强度出现饱和。综合分析表明,在不同电场均匀度下,0.8 MPa时80%N_(2)/20%O_(2)与SF_(6)在0.4 MPa时80%的绝缘强度相当。研究结果可为氮氧混合气体作为绝缘介质的设备设计提供参考,对推动电气设备的低碳绿色发展具有重要意义。

低频交流电压下低密度聚乙烯的空间电荷特性

分频输电技术已逐步成为实现碳中和及海上风电远距离传输的主流方案之一。然而,对高压分频输电背景下的电气设备研究较为欠缺,在频率改变对电缆绝缘材料特性影响方面尚需深入研究。为此,采用具备快速检测能力的脉冲电声测试系统,研究了低密度聚乙烯材料在分频电压下不同电场强度、温度时的空间电荷特性以及频率改变对电荷积聚行为的影响。结果表明:当场强及温度条件较为苛刻时,电荷积聚明显;而随着频率的降低电荷积聚量增加,频率下降至20 Hz后,电荷增长速度显著提高。在此基础上,建立了应用于交变电场下的双极型载流子模型,通过仿真计算对实验观察进行了合理化解释,揭示了电场、温度及频率对空间电荷行为的影响机理。研究方法和结果可为海上风电分频输电系统中的频率选择及线缆绝缘优化设计提供理论支撑。

O_(2)体积分数对N_(2)/O_(2)混合气体工频绝缘强度的影响

为了研究不同比例N_(2)/O_(2)混合气体的工频绝缘特性,分析O_(2)占比对混合气体绝缘性能的影响,文中采用Boltamann方程,对比了Wieland近似与Garland近似两种方法,基于电子输运参数计算了不同比例下N_(2)/O_(2)混合气体的临界电场,分析了O_(2)对混合气体绝缘性能的影响;同时开展了0.1~0.8 MPa下5%~21%O_(2)占比的N_(2)/O_(2)混合气体工频放电实验,结合实验数据验证了计算结果的可靠性。文中发现在实验比例范围内,O_(2)占比对N_(2)/O_(2)混合气体工频绝缘特性几乎无影响,气压与N_(2)/O_(2)混合气体的放电电压成线性相关。文章可为以洁净空气电力设备的设计、运维提供参考。

C_(4)F_(7)N-air混合气体在稍不均匀和极不均匀电场中的工频绝缘特性分析

近年来,作为SF_(6)有效替代气体之一,七氟异丁腈(C_(4)F_(7)N)因其优异的电气性能和物化特性而受到关注与讨论,然而由于C_(4)F_(7)N的液化温度较高,需要与低液化温度的缓冲气体并用。选择空气作为缓冲气体,在稍不均匀电场与极不均匀电场下,通过工频击穿实验研究气压、混合占比和电极间隙对C_(4)F_(7)N-air混合气体工频击穿电压的影响。结果发现:C_(4)F_(7)N-air混合气体在两个电场下的工频击穿电压随着电极间隙的增大而近似线性增加,在极不均匀电场下,出现明显“驼峰”效应,混合比为8%~16%的C_(4)F_(7)N-air混合气体工频击穿电压可达到同条件下SF_(6)的67%~86%。在稍不均匀电场下,8%C_(4)F_(7)N/92%air混合气体的绝缘强度约为同条件下SF_(6)的0.8倍。混合比为12%~16%的C_(4)F_(7)N-air混合气体具备与SF_(6)相等的工频绝缘强度。总结:与SF_(6)对比,C_(4)F_(7)N占比为8%~16%的C_(4)F_(7)N-air混合气体具备替代SF_(6)气体的潜力。

基于ANSYS Maxwell建模的超高压输电线路工频电磁场分布研究

超高压交流输电线路产生的电磁辐射可能会对生物体造成危害。为探究超高压输电线路下方电磁场环境的问题,依据有限元仿真软件ANSYSMaxwell搭建500k V单回和双回输电线路的三维模型分析主要影响因素,重点仿真研究导线在不同的距地高度、排列方式、相序分布、相间距离、相导线分裂根数及子导线半径情况下对输电线路下方工频电场和工频磁感应强度分布规律的影响,并探讨了林地和墙体对磁场的抑制作用。

基于有限元法和模拟电荷法的高压输电线路工频电场研究

为更好地研究高压输电线路工频电场效应在不同气象条件下的变化规律,运用有限元法和模拟电荷法,结合高压输电线下工频电场相关理论知识,在高压输电线路下,分析车辆对人体的电击效应。首先,对人体的暂态电击电流峰值、暂态放电能量和稳态电击电流进行精确计算。其次,应用有限元法,仿真和分析小型车对人体所产生的暂态电击电流峰值以及暂态放电能量,并比较最终仿真结果。结果表明:理论计算值与仿真分析值之间存在10%左右的误差,当人所处的电场强度为5~10kV/m,且接触小型车时,由于该场强没有超出人体的疼痛阈值,人体仅仅出现触电感觉,不会危及人体生命安全。高压输电线路工频电场场强低于人体疼痛阈值,安全可靠,并不会对人体造成生命危险。该研究成果能够为相关人员提供有益的借鉴和参考。

基于有限元法的串补站电场分布特性研究

串补工程所涉设备繁多,在布置上与常规站有明显差别,其对电站电磁环境有较大影响。采用三维有限元分析计算方法,结合国外某400 kV串补工程,建立三相完整模型,对串补站近地工频电场分布及其影响因素展开研究。通过模型的对比分析表明:设计尺寸下的串补站近地电场分布满足限值要求,单一因素的变化仅对相关设备邻近区域的电场分布有显著影响;在一定范围内,平台及围栏越高,线路距离越近,近地电场分布所受影响越趋积极。

粒子群优化模拟电荷法在HGIS工频电场计算中的应用

近年来,复合型气体绝缘组合开关设备(HGIS)以其造价适中、占地面积小、运行安全可靠等优点,在我国超高压变电站的建设中得到越来越多的应用。研究分析HGIS配电装置区的工频电场分布规律,对智能变电站的设计与建设、电磁环境评估以及消除民众对电磁辐射问题的不必要担忧等方面具有重要意义。鉴于传统模拟电荷法(CSM)布点和校验环节过于繁琐,难以应对复杂场景。提出将粒子群优化算法(PSO)和传统模拟电荷法结合,形成粒子群优化模拟电荷法(PSO-CSM)。并将其应用到500 kV HGIS配电装置区工频电场的计算中,研究分析配电装置区内各主要设备对工频电场的影响以及整个配电装置区工频电场的分布状况,并提出变电站工频电场防护的相关建议和改进措施。

基于里德堡原子的工频电场测量

里德堡原子是主量子数n很大的高激发态原子。里德堡原子由于具有大极化率特性,其对外部电场十分敏感,原子能级偏移与电场直接关联,可以用来实现对电场强度和频率的精确测量。该文通过双光子激发的方式实现室温中铯原子20S_(1/2)里德堡态的制备,并基于里德堡原子的电磁诱导透明(electromagnetically induced transparency,EIT)光谱实现了工频电场的测量。实验中研究了工频电场的幅值和频率与EIT的频移关系,实现对工频电场强度和频率的测量。实验中EIT光谱频移是测量电场特性的关键,利用电光调制器对探测光相位进行调制,在EIT光谱两侧产生的边带峰与主峰频率间隔则严格等于电光调制器射频源频率,以此频率作为校准基准实现EIT光谱频移的准确测量。设计了一种微型光纤结构的传感器,可以实现电场的远距离测量。该研究方案对室外高压工频电场的可溯源精确测量及工程应用具有重要参考价值,适用于新型电力系统建设的测量要求。

变电站高压设备无人机巡检安全距离确定方法研究

多旋翼无人机凭借其移动灵活、机身精巧等优点在变电站巡检中具有很大优势和应用前景。为解决变电站无人机巡检的安全距离确定问题,本文选用典型机型经纬M300 RTK和御2行业进阶版为研究对象,开展了无人机的测控性能安全距离试验和放电观测试验,对无人机在工频电场和磁场环境下测控性能进行耐受测试,通过电场和磁场仿真,得到了无人机的工频电场和磁场耐受上限,对无人机放电过程、电晕放电干扰进行分析,结合试验和仿真数据提出无人机作业安全距离的判据和确定方法,可为变电站无人机巡检距离控制和路径规划提供参考。

变电站电磁环境监测布点建模仿真研究

针对变电站电磁环境自动监测站布点方案普遍存在的效率不高、科学性不足等问题,以某500 kV变电站电磁环境自动监测站选址为例,通过建模仿真得到该变电站工频电场和工频磁场的空间分布,并实测验证了仿真结果的准确性。通过统计该变电站工频电场和工频磁场的空间分布特征,提出了基于变电站空间场强分布特征的自动监测站布点方案,建议优先在场强中位数分界线附近区域布点,以更好地反映变电站电磁环境。研究结果可指导变电站电磁环境自动监测站选址,提高变电站电磁环境监测布点的科学性,提升监测效率。

±500kV换流站工频电磁环境测量与实验室模拟

换流站内复杂电磁环境会对电力设备在线监测装置测量结果产生不利影响,为了提高装置测量结果的稳定性和可靠性,有必要对换流站设备附近区域的电磁场进行测量并分析其分布规律。文中利用电磁场分析仪对4所±500 kV换流站变压器、高抗、避雷器、电压互感器等附近的工频电场、磁场进行了测量。测量结果表明:所有被测换流站75%以上测点的电场强度分布在0~15 k V/m,最大值出现在避雷器附近,为32.6 kV/m;约90%测点的磁感应强度分布在0~80μT,最大值出现在换流变附近,为0.26 mT。基于实测结果,在实验室内搭建了工频电磁场模拟平台,该平台可同时产生连续可调的电场与磁场,且频率、方向、场强范围均满足模拟换流站现场工频电磁场的需求。文中的研究可以为变电站电磁环境测量、实验室模拟现场电磁环境工况提供参考。

特高压交流输变电工程工频电场测量及不确定度分析

为了解特高压交流输变电工程所产生的工频电场水平是否满足相关要求,采用EFA-300工频场强仪对锡盟-胜利1 000 kV交流输变电工程变电站和输电线路横断面进行现场实测,并评估了测量结果不确定度。结果表明,变电站厂界测量值最大为3.65±0.18 kV/m(包含因子k=2),低于变电站厂界电场限值(4 kV/m);线路横断面测量值最大为5.41±0.28 kV/m(k=2),低于架空输电线路下方电场限值(10 kV/m),均满足国家相关标准要求;场强仪自身误差的影响最大,可通过提高工频场强仪校准准确度来降低工频电场测量不确定度。

基于GA-CSM算法的220kV户内变电站电场分析

传统的模拟电荷法需要人工布点,而为得出更准确的计算结果,人工布点往往需要多次调整模拟电荷的参数,对于场源复杂的情况实行起来较为困难,而优化算法则可以自动寻找最优参数。变压器对户内变电站的工频电场整体分布影响较大,采用遗传算法优化模拟电荷法对户内变电站的变压器区域和限流电抗器室进行计算。结果表明,计算时间加快45.13%,线路和设备与外墙的电位误差分别降低97.97%与64.03%,其中线路电位误差降低得较为显著。变压器室在距离地面1.5 m高的平面上工频电场分布在5.97~278.54 V/m之间,限流电抗器室1.5 m高的电场整体分布在4.86~651.88 V/m之间,均没有超过我国工频电场公众暴露限值。计算结果与测量结果较为吻合,可为在设计阶段优化变电站工频电场分布提供参考。

交流输电线路附近民房上方电场解耦计算方法

由于输电走廊有限,高压交流架空线路不可避免地邻近民房平台,准确而快速地预测民房平台上方工频电场以满足限值要求对线路设计和环境评价至关重要。该文提出使用畸变系数曲线计算民房平台电场的工程实用方法,通过多元回归方法对不同尺寸的平台畸变系数进行拟合,并开展真型试验以证明预测结果。结果表明:多元回归拟合优度达0.997及以上,畸变系数公式拟合程度较好;利用畸变系数曲线求解的电场分布与实测结果对比,最大相对误差为5.9%,验证了预测方法的准确性。研究成果可为交流输电线路设计过程中,附近民房平台上方工频电场的快速预测提供支撑。

特高压站吊装作业安全预警系统研究

针对特高压站建设过程中,吊车吊装作业时常超越安全距离,对带电运行设备产生安全隐患,通过分析影响变电站吊装作业的安全因素,提出一种融合超宽带定位数据和工频电场数据的吊装作业安全预警系统。介绍吊装作业安全预警系统的设计架构,站内汇集控制单元以STM32F103嵌入式芯片为控制器,现场测量数据通过透传模块ZM5161P2-2C和Air-724实现设备组网和数据远传,基于卡尔曼滤波算法实现吊装移动作业的位置估计,通过工频电场测量区分带电设备和非带电设备,基于碰撞时间和安全距离的计算进行吊车作业主动预警。现场测试结果表明系统可有效安全管控特高压站内吊装。

交流架空输电线路下工频电场强度的预测计算与研究

【目的】为了分析交流架空输电线路下工频电场强度的分布规律。【方法】本研究选取某条拟建110 kV输电线路为研究对象,采用等效电荷法,通过Excel软件,对多种不同架设方式的线路下方的工频电场强度进行理论计算和分析。【结果】研究发现,不同架设方式,线路下方的工频电场强度规律有所不同,但总体上呈现随距离增加而衰减的趋势。【结论】工频电场强度的预测计算,可为输变电工程的环境影响评价工作和设计工作提供参考。

变电站无人机电磁干扰试验研究

广东汕头的变电站内设备密集,电磁环境复杂,变电站设备故障的后果较严重,目前广泛采用无人机自动巡视以保证变电站的安全。为研究无人机自动巡视是否会威胁到设备安全运行,需研究无人机的电磁干扰程度。首先分别提出了三种电压等级变电站主变进行工频磁场和工频电场的测量方法,随后提出了工频磁场和工频电场干扰试验的试验方法,并制定了详细的试验方案,记录并处理关键数据指标,分别基于三种无人机机型开展电磁干扰试验。通过制定的试验方案,可获取不同机型处于不同强度工频磁场和工频磁场环境的飞行稳定性,可调整航线规划的标准,评估无人机自动巡视的外部(环境)和内部风险因素,具有十分重要的研究意义。