基于电流监测和动态电阻分析的电容器组SF_(6)断路器电寿命评估系统

电容器组SF_(6)断路器电寿命状态监测工作对保障电网安全可靠运行意义重大。文中融合触头磨损计算方法和动态电阻分析法对SF_(6)断路器电寿命进行评估,提出SF_(6)断路器电寿命评估判据,首先基于断路器电流监测数据计算断路器触头磨损,对断路器电寿命状态进行判断预测,再利用动态电阻分析法印证判断出SF_(6)断路器的真实状态,兼顾触头磨损计算法的实时性和动态电阻法的准确性。基于所提判据,研发了一套融合触头磨损和动态电阻的SF_(6)断路器电寿命评估系统。该系统可基于断路器投切数据和动态电阻准确地评估SF_(6)断路器的电寿命,同时在人机交互界面上直观地呈现结果,为工作人员进行断路器状态检修提供辅助决策。

SF_(6)混合气体和环保替代气体设备标准化研究

为助力“双碳”目标,适应SF6气体限制使用需求,提升电网设备环境友好性,需要开展SF_(6)混合气体和环保替代气体设备标准化研究。立足环保气体设备研发与应用现状,梳理了SF_(6)/N_(2)混合气体设备技术标准,从设备材料、运维检修、试验检测、仪器仪表等方面构建标准化框架;并针对环保替代SF_(6)的C_(4)F_(7)N气体设备,构建了包含气体性能检测技术和方法、设备运行维护、试验检测、回收再利用等标准化框架,在此基础上提出了SF_(6)混合气体和环保替代气体设备准体系,6个子分支与原电力行业GIS设备标准体系一致,体现了环保气体设备标准化建设方向。

SF_(6)断路器模拟烧蚀过程中气体分解产物特性研究

SF_(6)断路器灭弧室中的SF_(6)、微水微氧及固体绝缘材料在电弧作用下会分解重组,生成新的组分气体。为研究SF_(6)断路器完整电寿命周期内,开断电流后各气体分解产物体积分数的变化规律,搭建了断路器全寿命模拟烧蚀试验平台,进行了69次烧蚀试验,测量了烧蚀过程中的电压电流参数和各气体分解产物体积分数。结果表明:SOF_(2)、CF_(4)、SO_(2)为主要产物,SO_(2)F_(2)、SOF_(4)体积分数较低,H_(2)S不能稳定检出;SOF_(2)、CF_(4)、SO_(2)、SO_(2)F_(2)体积分数均随烧蚀次数增加而增加。主要产物中,SOF_(2)和SO_(2)的生成量与电弧能量呈线性关系;CF_(4)生成量与电弧能量之间没有明显规律,其原因可能在于电弧对于固体绝缘材料的烧蚀具有随机性。吸附剂对SOF_(2)与SOF_(4)吸附作用显著,对其余产物未表现出明显的吸附效果。最后提出了通过SO_(2)体积分数评估断路器剩余电寿命的方法。

基于LSTM⁃MIV神经网络的SF_(6)断路器触头电寿命预测

文中基于LW30⁃40.5型SF_(6)断路器全寿命烧蚀试验数据,采用归一化异常指数F反映断路器触头剩余电寿命,0表示电寿命完备,1表示电寿命耗尽。根据断路器分闸动态电阻—行程曲线,提出了将动态电阻—行程曲线上行程大于8 mm且电阻值大于500μΩ的第一个峰值点作为断路器主触头接触阶段与弧触头接触阶段分界点。据此得到反映断路器触头异常指数F的5个特征参数,采用皮尔逊相关系数法对特征参数进行独立性分析。通过LSTM神经网络建立了基于特征参数与异常指数F之间的回归预测模型,F回归预测均方差和绝对平均误差分别为0.014921和0.013053,采用MIV方法确定了各特征参数对异常指数F影响权重。

基于中红外TDLAS的SF_(6)、H_(2)S背景下SO_(2)浓度检测

选择1300~1400cm-1波段作为SO_(2)检测波段,搭建了基于TDLAS技术的实验平台,采用纯SF6与5、25、50μL/L H_(2)S作为背景源,检测获取不同浓度SO_(2)的二次谐波峰值平均值。实验结果表明,在纯SF_(6)背景下,SO_(2)浓度与二次谐波峰值平均值的拟合优度为0.997,不同浓度SO_(2)实验气体验证拟合曲线最大误差为0.653μL/L。在5、25、50μL/L H_(2)S背景下,不同浓度SO_(2)实验气体验证拟合曲线最大误差分别为0.724μL/L、0.821μL/L、1.225μL/L,同时SO_(2)浓度与二次谐波峰值平均值的拟合优度分别达到0.997、0.996、0.995。

SF_(6)组分高精度分离、多通道持续测量技术优化与应用

六氟化硫气体绝缘电力设备(SF_(6)设备)因其优秀的绝缘、灭弧性能以及占地少,可靠性高,安全,维护工作量小等诸多优点,得到广泛应用。SF_(6)设备在安装、运行过程中的诸多因素都可能导致设备出现绝缘缺陷,测量设备内SF_(6)气体中典型分解产物的含量是判断绝缘缺陷的最有效检测手段之一。为检测SF_(6)气体的分解产物,通常使用离线仪器对变电站的SF_(6)设备进行定期巡检,如SF_(6)分解产物测试仪、SF_(6)纯度测试仪,分解产物测试仪主要基于电化学检测原理测试气体体积分数,纯度测试仪主要基于热导法测试SF_(6)纯度值。这些方法的检测组分少、实时性差,通常在设备故障后才能检测到气体组分异常,无法提前预防设备潜伏性故障。而在线监测技术目前仅仅在气体密度、温度和湿度等方面得到了较为成熟的应用,至今没有一套成熟、稳定、可靠的分解产物在线监测技术能满足现场运行要求。文中提出一种SF_(6)气体分解产物的高精度分离、多通道持续测量的技术,解决了长时间监测过程中气体流量不稳定、单通道检测效率低、无法远程进行色谱取样分析等技术难题。与传统离线检测手段相比,该方法具备检测组分多、能够远程实时监控、长时间监控稳定性好、监测效率更高等优点,填补了气相色谱法在SF_(6)气体在线监测方面应用的不足。采用此方法,通过持续不间断监测SF_(6)设备中10余种特征气体组分的体积分数,可以准确、实时、高效地评估SF_(6)设备当前的绝缘缺陷状态。

SF_(6)气体密度状态检测的快速算法

针对SF_(6)气体密度计算过程复杂的问题,提出了快速判定SF_(6)气体密度的算法,以220 kV气体绝缘金属封闭开关设备灭弧室外其他气室中SF_(6)气体密度状态的判定为例,介绍了该算法的基本原理和实现过程,并通过仿真计算比较了本文算法与现有算法的实时性,结果表明,本文算法实现过程简单,实时性大幅提高,可促进大范围、多节点SF_(6)气体密度状态统一集中检测的数字化电子设备的发展和应用。

微水对SF_(6)气体工频击穿特性影响的实验研究

运行在工频电压条件下的气体绝缘全封闭组合电器(GIS)受到微量水分侵入时会严重降低气室内SF_(6)气体的绝缘性能,影响高压电器设备安全运行。为此,自主设计了GIS绝缘结构实验装置,并搭建了气体放电实验平台,通过控制电极微水体积分数、气压以及电极间隙距离,对SF_(6)气体在稍不均匀电场下的工频击穿特性进行实验研究。研究发现:在稍不均匀电场中,SF_(6)气体工频绝缘性能随微水体积分数的增大呈下降趋势;气压范围在0.4~0.6 MPa时,微水体积分数超过800μL/L后,随着其增大SF_(6)气体工频击穿电压下降较为明显;在相同气压下,电极间隙距离越大,微水体积分数增大对SF_(6)气体工频绝缘性能的影响越大。根据实验结果,建议在工频电压下,设备运行温度为15℃时,0.4 MPa和0.5、0.6 MPa下气体绝缘设备中水分体积分数限值分别为450μL/L和250μL/L。

一种SF_(6)快速充气装置的设计与应用

SF_(6)压力下降会导致电气设备内部绝缘降低,引发跳闸,影响电力系统的稳定运行。SF_(6)设备带电补气是针对压力下降的重要运维手段,但传统的充气工具存在型号不通用、装配繁杂、充气距离有限、气瓶搬运困难、无安全措施等不足。因此,在传统充气工具基础上提出一种改进的快速充气装置,并为该装置引入公-母快速接头、增加安全阀设计、延长充气管道。通过开展气密性试验、可靠性试验、安全阀试验,证明该快速充气装置具有良好的气密性和可靠性,安全阀能发挥紧急切断管路的作用。该装置具有拆装便捷、接口通用、充气距离延长、无需搬运气瓶、紧急隔离措施等优点,对提高电力系统SF_(6)带电补气作业效率和安全性具有重要意义。

基于气相色谱法的SF_(6)电气设备分解产物检测技术研究

检测SF_(6)气体分解产物是判断SF_(6)电气设备运行状态的主要手段。对SF_(6)分解产物不同检测方法优缺点进行总结,并对基于气相色谱法的SF_(6)电气设备分解产物检测技术现状进行分析。针对基于气相色谱法的SF_(6)电气设备分解产物检测灵敏度不高的问题,提出提升灵敏度的方法。

屏蔽球对500 kV SF_(6)电流互感器内部电场分布影响研究

文章通过分析LVQHB-500W2型500 kV复合绝缘SF_(6)倒置式电流互感器故障现象、类型和原因,研究了屏蔽球对该型号电流互感器盆式绝缘子局部电场强度的影响,提出了改进措施和防范策略,为保证该型号及类似电气设备科学设计和安全运行提供借鉴。

基于红外光谱法的GIS设备SF_(6)气体泄漏识别研究

当前GIS设备SF_(6)气体泄漏识别的特征提取一般为独立形式,导致识别效率较低。为此进行基于红外光谱法的GIS设备SF_(6)气体泄漏识别研究。根据当前设备的需求及标准,首先进行气体泄漏异常数据的采集,并提取泄漏信号的共性特征,以此来提高识别的效率;然后构建红外光谱SF_(6)气体泄漏识别模型,并采用多维修正的方式来强化识别结果。测试结果表明,针对随机选定的4台GIS设备,经过3个周期的测试,最终得出的泄漏位置识别数均可达到15次以上,说明在红外光谱法的辅助下,设计的GIS设备SF_(6)气体泄漏识别方法更加灵活且针对性强,具有实际的应用价值与创新意义。

基于思维进化和L-M法优化BP神经网络的SF_(6)断路器触头电寿命评估

文中分析35 kV SF_(6)断路器一相触头的动态电阻曲线的特点,提取出主触头接触行程、主触头电阻平均值、弧触头接触行程、弧触头电阻平均值和主触头分离时刻动态电阻极大值5个特征参数,分析得到随着烧蚀程度加深,主触头接触行程和弧触头接触行程减小,主触头电阻平均值、弧触头电阻平均值和主触头分离时刻动态电阻极大值增大。提出电寿命指示参数描述触头状态,采用数值表示法,1表示电寿命完好,0表示电寿命完结。以5个特征参数为输入,电寿命指示参数为输出,基于BP神经网络建立电寿命评估模型。使用思维进化算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,使用L-M算法优化BP网络学习过程中的权值调整量,优化后测试集电寿命指示参数的预测误差为0.0183,相比原始BP网络下降61.31%。最后基于电寿命指示参数提出了触头电寿命的评估分级方法,并给出了对应的检修策略。

SF_(6)/N_(2)混合气体断路器弧后击穿特性研究

以SF_(6)和SF_(6)/N_(2)混合气体为研究对象,建立交流电源、单一喷口、固定电极条件下的电弧模型。通过结合Mayr电弧模型的方法研究替代气体断路器弧后热击穿特性;采用两项近似法求解玻尔兹曼方程,计算混合气体临界击穿场强并与替代气体断路器模型实际场强比较,研究弧后电击穿特性。研究结果表明,在SF_(6)/N_(2)混合气体中SF_(6)含量较高时弧后击穿特性表现与纯SF_(6)气体断路器弧后击穿特性表现比较接近,说明其基本具备SF_(6)气体的弧后击穿特性,可以实现对于SF_(6)气体的替代,为SF_(6)替代气体断路器的研发提供理论依据,对于替代气体断路器重击穿问题的研究也具有参考价值。

基于多通光声池的SF_(6)分解产物H_(2)S的高灵敏度检测技术

针对H_(2)S气体在近红外波段的吸收系数低导致检测灵敏度难以提高的难题,提出了基于共振式多通光声池的SF_(6)分解产物H_(2)S气体检测技术。对赫里奥特型多通光声池进行优化设计,激光光束反射次数达到20次。近红外激光经功率放大后入射到多通光声池,通过多次光学反射大幅度提升了光声信号的激发效率,结合声学共振放大技术、光纤放大技术和波长调制-二次谐波检测技术,搭建了一套光声光谱气体检测系统,实现了SF_(6)背景下微量H_(2)S气体的高灵敏度检测。实验结果表明,归一化噪声等效吸收系数为2.23×10^(-9)cm^(-1)·W·Hz^(-1/2),在平均时间为100 s时,该检测系统对H_(2)S气体的检测极限达到2.7×10^(-8)。

变电站GIS设备SF_(6)压力在线监测装置应用分析

通过对变电站GIS设备使用的SF_(6)气体特性、应用性能、泄漏危害等方面进行阐述,借以说明SF_(6)气体压力在线监测装置对于保障电网系统安全运行的重要性。同时结合500 kV黄渡变电站加装GIS设备SF_(6)压力在线监测装置的需求,具体介绍了SF_(6)压力在线监测装置的应用前景,分析了该设备在变电运维工作中所起到的作用。

户外环境对SF_(6)压力表的影响因素分析

对变电站中GIS压力监测进行了分析,指出目前变电站内存在的两种SF 6压力表安装形式的优缺点。分别从温度变化和环境湿度两个方面分析了户外运行环境对SF_(6)压力表的影响,给出了应对措施。对于前者,如果发现压力降低的情况,就应第一时间进行气室泄漏检查,排除泄漏的情况下再进行压力表及其回路等方面的检查分析。对于后者,给出了在压力表接线盒封堵和直流负极端增加压控导通元件来避免压力表接线柱氧化发生的方案。

便携式SF_6电气设备混合气体浓度检测系统的研究

为了实现对现场SF6电气设备中混合气体组分浓度的全量程高精度检测,提出了一种基于热导传感器保持在恒温状态的高精度气体浓度检测方法,并设计了调理电路。根据-40℃低温条件设计了气体浓度检测的整体方案和机械结构,开发了基于模糊PID控制的热导室温控模块和基于质量流量计的流量检测及调理模块,构建了应用于现场的便携式SF6电气设备混合气体浓度检测系统,实现了对SF6/CF4、SF6/N2和SF6/AIR气体浓度的数据采集,免去了多次样气标定的繁琐工序。实验结果表明所研制的检测系统精度高(全量程平均测量误差为±1%)、重复性好(1%以内)、性能可靠且便于携带。

外电场对SF_(6)分子结构及电负性的影响

电负性优异是SF_(6)具有良好绝缘性能的重要因素之一,为分析SF6基态分子结构与电负性的变化,首先采用密度泛函理论(DFT)/B3LYP方法在6-311G基组下优化SF_(6)基态分子结构,得到了分子在外电场作用下基态分子键长、键角、总能量、分子前线轨道能量和Mulliken电布居数等基态分子结构信息,其次采用Mulliken标度对SF6的电负性进行了计算。分析结果显示电场作用下,SF6分子键长、键角度发生了变化,分子的总能量绝对值逐渐增加,分子最高占据轨道和最低未占据轨道能量逐渐增加,分子内电荷布居数具有有向性转移;分子的电负性在场强为0~0.000 3 a.u.范围内急剧减小,在场强为0.000 3~0.001 5 a.u.范围内处于波动状态,得出了SF_(6)分子在电场作用下分子结构发生畸变,能隙逐渐减少,分子趋于不稳定,并且电场影响了分子吸引电子的能力等结论。

SF_(6)/CF_(4)气体绝缘设备气体泄漏率准确测试方法分析

针对目前气体绝缘设备气体泄漏率检测常用的扣罩法和局部包扎法存在检测准确度低、安装难度大、无法带电作业等问题,本文提出了一种适用于SF_(6)/CF_(4)气体绝缘设备气体泄漏率准确测试方法,在设备充气接口处安装检测元件,实时测取设备内部的压力值和温度值,计算气体密度和泄漏率。该方法可有效排除气温和气室体积因素的干扰,提高气体泄漏率检测的准确度,且操作简单、拆卸方便,可作为日常监测方式,对SF_(6)/CF_(4)气体绝缘设备运行状态进行故障预测和报警。