6kV开关所直流系统接地故障分析及处理探讨

整个6kV开关所运行的可靠性取决于直流系统是否运行的安全、稳定,而直流系统接地是造成6kV开关所直流系统运行故障的常见原因。鉴于此,对造成6kV开关所直流系统接地故障的原因进行了解析,并探讨了一系列查找和处理6kV开关所直流系统接地故障的办法,同时提出了定期检测的预防措施。

SF_6气体全寿命期管理是电气工业的社会责任——访中国电力科学研究院高压开关所刘汉梅教授级高工

近几年来,随着对SF6认识的深入,国内外SF6标准出现了多项更新。SF6新气标准IEC60376-2005《电力设备用六氟化硫技术规范》和GB/T12022-2006《工业六氟化硫》已经相继颁布实施。SF6运行气标准,随着国际电工委员会IEC60480-2004《六氟化硫电气设备中气体的检测和处理导则及其再使用的规范》的颁布实施,GB/T8905-1996《六氟化硫电气设备中气体管理和检验导则》的参照修订工作也已展开。IEC60480-2004有哪些变动?近期颁布的其他相关标准如IEC60480-2007和IEC/TR62271-303-2008又有哪些变化?GB/T8905-1996的修订进展情况如何?为此记者走访了GB/T8905标准制定负责人、中国电力科学研究院高压开关所刘汉梅教授级高工。

6kV开关所直流系统接地故障分析及处理探讨

6kV开关所的运行主要依靠的是直流系统,直流系统是6kV开关所的控制系统,是整个网络运行的重要支柱。当直流系统运行不稳定,出现直流接地就会造成接地故障。为了解决接地故障带来的困扰,详细分析引发6kV开关所直流系统接地故障的因素,并提出解决对策,以保障6kV开关所直流系统的可靠运行。

开关所交流电源控制回路的技术改造

在开关所,如果交流电源没有可靠性,在运行当中出现问题,满足不了开关所二次回路操作电源的要求,造成交流电源停电,就会产生系统故障,因此,对其进行技术改造势在必行。

6kV开关所直流系统接地故障的分析与排除

我公司的6 kV开关所建成于上世纪八十年代末期,一直运行至今.其高压系统主母线为单母线分段式,分为6kVⅠ段和6 kVⅡ段,正常情况下,联络断路器处于断开位置,两段母线分段运行.直流屏选用的是湖南湘中机电设备厂生产的GNZK-3型直流电源合闸装置.近年来,该开关所直流系统曾发生过两次接地故障,经过分析、查找、检修后,均恢复了正常运行.现将分析排除过程叙述如下,供同行参考.

LCD电视的特殊故障——无电源开关所致

一个客户，每晚9点以前把LCD电视关了，休息。可是有一天晚上12点钟。室内听见爆炸声，全家非常紧张。可是找来找去，找不到什么原因。第二天晚上打开LCD电视，三无，第三天把LCD电视交给笔者维修。

基于储能型智能软开关联合网络重构的配电网供电恢复策略

为应对自然灾害、网路攻击等极端事件导致的停电事故,并降低电网的失负荷率与经济损失,提出了一种极端事件下储能型智能软开关(energy storage integrated soft open point,E-SOP)联合网络重构的主动配电网供电恢复策略。首先,介绍了E-SOP接入配网的拓扑结构示意图,并建立其在故障恢复下的数学模型。其次,考虑三级负荷的重要程度和网络损耗,以配网各节点损失程度和网络损失最小为目标函数,构建E-SOP和网络重构联合进行供电恢复的运行模型,实现极端事件下主动配电网的快速恢复。最后,以改进的IEEE33节点配电网为例分别研究了E-SOP安装容量、位置、数量等参数对电网恢复能力的影响,并对其供电恢复策略进行验证分析。研究结果表明:所提策略可减少配电网故障下的失负荷率,进一步提升供电恢复水平。

适配变压器全档位切换暂态分析的有载分接开关电路模型构建

有载分接开关(on-loadtap-changer,OLTC)是换流变压器的核心组件,其可靠切换过程关乎换流变的安全。然而目前国内在运特高压换流变用OLTC完全依赖进口,仿真获取OLTC不同运行状态的暂态特性数据是支撑OLTC关键电气参数设计与国产化制造的基础。经典的OLTC模型仅改变变压器变比或仅模拟单级档位切换过程,难以满足全档位电压调整与各级档位暂态特性数据同步获取的需求,导致OLTC设计优化、参数选型及故障分析缺乏足够的仿真数据支持。该文首先以真空OLTC为研究对象建立切换开关和极性开关等效电路模型,根据OLTC复杂的调压功能建立分层控制系统。其次,在PSCAD中搭建交流仿真系统,获取有载调压过程的暂态特性数据波形,与解析计算得到的电压和电流相比误差小于0.2%,证明该模型满足OLTC电磁暂态仿真研究的精度要求。最后,开展循环调压仿真,获得负载电压数据与波形。结果表明:该文提出的OLTC模型能够接收外部控制信号,进行全档位调压与极性转换仿真分析,能够为OLTC的调压研究、故障溯源分析和过渡电阻设计选型等提供基础模型。

一种基于耦合电感的高增益软开关谐振变换器

该文提出了一种具有高增益、软开关的新型谐振变换器。该谐振变换器使用耦合电感来提高电压增益,升压比不仅取决于占空比,还取决于耦合电感的变比,具有高增益的优点。此外,由于采用了有源钳位技术,漏感中的能量可以被回收利用,用来对开关管的结电容充放电提供能量,从而实现软开关。由于采用了耦合电感,所提出的变换器可以在较低的开关管电压应力的情况下实现较高的输出电压,因此可以使用低导通电阻的低压器件,从而提升系统的效率。该文分析了该谐振变换器的工作原理,并推导了输出电压、关断电流应力等参数的解析表达式。在此基础上,从理论上分析了该变换器取得软开关的条件,并对该变换器的各个器件的电压电流应力进行分析,为器件选型提供了理论依据。最后,搭建1kW实验样机,针对该文提出的基于耦合电感的谐振变换器的高增益、软开关、低电压应力、高效率等性能进行了实验验证。通过实验得出所提出的拓扑可以在10倍增益的情况下达到最高97.5%的效率,表明所提拓扑的优越性。

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。

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。

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。

宽转子极无轴承开关磁阻电机径向力模型全周期拓展

针对单绕组宽转子极无轴承开关磁阻电机在定转子极非完全交叠区间的径向悬浮力模型空白、已有定转子极完全交叠区间径向悬浮力模型推导过程复杂且计算量大的不足,首先通过磁场有限元分析,分别确定了该电机在定转子非完全交叠区间和完全交叠区间的电磁场几何分布,计算了气隙磁密,再根据麦克斯韦应力法分别推导了这2个区间的径向力表达式,从而建立该电机在一个完整周期范围内的径向力数学模型,并通过与三维有限元计算结果的对比验证该模型的准确性。相比于利用等效磁路图推导径向力模型而言,该建模过程更简便,计算量也更小。全周期径向力模型的建立,不仅能为电机本体和控制器设计提供理论参考,还有助于提高该电机控制策略设计的灵活性,也可以提高与传统单绕组无轴承电机控制器的通用性。

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。

一种优化开关磁阻电机换相区控制策略的高效率转矩分配函数

转矩分配函数被广泛应用于抑制开关磁阻电机的转矩脉动。然而,输入相转矩跟踪不足或者输出相产生较大的负转矩这两种情况通常会导致电机的转矩脉动难以得到有效抑制,并降低电机的运行效率。因此,为了能够有效降低电机的转矩脉动并提高电机的效率,提出了一种新型的转矩分配函数控制策略。在提出的转矩分配函数控制策略中,电机的换相区域分为两个区域。在前一区域中,通过降低输入相转矩分配的比例,可以实现输入相实际转矩快速跟踪参考转矩,电机的转矩脉动有效降低。同时由于在输入相电感变化率较低时减少输入相分配的转矩,从而输入相的峰值电流随之降低,电机的转矩电流比提高。在后一区域中,将输出相的电流在转子对齐位置附近处减小到0,以避免产生较大的负转矩。因此,在所提出的方案下,电机的转矩脉动得到有效抑制,电机的效率也得到了提高。为了验证该方法的有效性,在一台12/8三相开关磁阻电机上进行了仿真和实验。结果表明,所提出的转矩分配函数控制策略能有效降低开关磁阻电机转矩脉动,也能有效地提高开关磁阻电机的运行效率。

基于直流电压动态修正的柔性多状态开关自适应下垂控制

为了满足配电网的多种互联需求,柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)已衍生出多种互联应用的技术形态,多端FMSS与双端FMSS相比更具经济性和可靠性,已成为研究热点。传统下垂控制通过改变直流侧电压实现不平衡功率的消纳,但直流侧电压的偏离会影响系统安全可靠运行。针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端FMSS系统,提出了一种改进型下垂控制策略,根据换流器消纳的有功功率实时动态改变直流电压的参考值和下垂增益,实现了直流电压的无偏差运行,既能避免换流站过载,又能解决不平衡功率消纳引起的电压偏离问题,提高了系统的稳定性。另外,由于MMC自身结构特性和PI参数整定困难,将传统的电流内环改为模型预测控制,并采用典型的二阶Runge-Kutta法对状态方程进行离散化,提高了控制精度。最后基于MATLAB/Simulink仿真软件搭建了四端FMSS系统模型,验证了所提控制策略的可行性与有效性。

具有低开关频率的感应电机无传感器控制

着眼于传统低开关频率控制方法对无感磁链观测带来不利影响的问题,提出了一种具有低开关频率的感应电机无传感器控制方法.使用速度自适应滑模观测器与预测控制方法相结合,构成感应电机无传感器预测控制系统.其可以在较高采样频率下,有效降低开关频率,并保证系统具有较高的动态特性.同时,滑模思想的引入使观测器具有较强的鲁棒性.实验结果表明,所提出的低开关频率无传感器控制策略具有较高的控制精度和较强的抗干扰性能,研究的自适应滑模观测器在稳态和动态实验中均具有良好的观测精度,其中电流环响应时间可以达到1.52 ms,可以实现75 r·min^(–1)及以上转速范围内的稳定观测及运行,且系统最高平均开关频率保持在500 Hz上下,为较低的水平.

低复杂度永磁同步电机三矢量固定开关频率模型预测电流控制策略

针对传统永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)三矢量模型预测电流控制(three-vector model predictive current control,TV-MPCC)存在开关频率不固定和计算复杂的问题,提出一种固定开关频率TV-MPCC策略。利用前一周期的零电压矢量和参考电压矢量所在扇区来快速筛选所需最优电压矢量和次优电压矢量,避免了无效枚举计算,从而降低了开关频率和计算复杂度。引入系统d和q轴电流差参数,计算各电压矢量的作用时间,确保电压矢量作用时间恒大于零和开关频率固定。以三相两电平电压型逆变器驱动的表贴式PMSM为被控对象,通过仿真和实验对传统TV-MPCC策略和所提三矢量固定开关频率模型预测电流控制策略进行对比研究,仿真和实验结果表明,所提策略在保证系统稳态和动态性能的基础上,在固定和降低开关频率的同时,降低了计算复杂度。

基于开关电感的宽电压增益双向DC/DC变换器

此处提出了一种用于储能系统的基于开关电感的宽电压增益双向DC/DC变换器。该变换器在实现双向升降压的同时进一步扩大了双向变换器的电压增益,可以适应不同电压等级的储能电池;相同电压增益下功率器件占空比有效降低,进一步减小了输入电流纹波,有助于提高电池充电性能。分析了放电和充电两种工作模式的工作原理,并搭建实验样机进行验证。实验结果表明在输出电压稳定的工况下,该变换器放电模式可以实现0.5~5倍的电压增益,充电模式可以实现0.2~2倍的电压增益,证明了所提变换器的双向升降压能力和宽电压增益能力。

高功率气体开关长寿命设计和初步实验

针对初期设计的尼龙外壳同轴三电极开关完成了寿命实验,三只开关样品的寿命分别为20.4万次、43.3万次和15.1万次。根据寿命实验结果同时对开关结构和外壳材料进行了改进,初步实验结果表明,改进后的5只气体开关样品除陶瓷外壳开关提前损坏以外,其余3只有机玻璃外壳开关均已完成30万次寿命实验,并且其自击穿电压各自保持了较好的稳定性,标准偏差未明显变大。补充开展的触发实验结果表明,3只有机玻璃外壳开关触发性能基本稳定。根据自击穿电压的变化情况以及30万次寿命实验后开关的触发延时和抖动等参数,预期改进设计开关的寿命将会超过原初设计开关。