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。

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。

SF_(6)/N_(2)介质条件下GIS隔离开关操作动态击穿特性研究及其操作过电压的计算

从工程应用角度来看,SF_(6)/N_(2)混合气体仍是替代纯SF_(6)气体最有效的方案。为给SF_(6)/N_(2)混合气体作为介质的电气设备绝缘配合提供参考,该文针对SF_(6)/N_(2)混合气体不同混合比和不同气压条件下的隔离开关操作过电压开展了研究。SF_(6)/N_(2)混合气体的击穿特性是过电压计算的基础。研究表明:SF_(6)/N_(2)混合气体临界击穿电压与其气体密度分布呈线性关系。为此,该文建立多物理场耦合模型,采用场计算的方法分析SF_(6)/N_(2)混合气体在隔离开关操作过程中的动态击穿特性。同时为模拟隔离开关的动态操作过程,采用了动网格划分技术。随后对不同条件下混合气体的击穿电压进行了数据拟合工作,并采用拟合优度和显著性检验对拟合函数进行评价,最终采用二次多项式函数进行了拟合。在上述研究基础上,利用混合气体动态击穿特性和重燃判据建立了SF_(6)/N_(2)混合气体放电模型,并根据混合气体动态击穿特性解决了混合气体单次放电模型中上升时间常数的计算问题。最后以典型的550kVGIS间隔回路为例对SF_(6)/N_(2)混合气体介质气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)隔离开关操作过电压进行了计算。计算结果表明:绝缘强度相同的SF_(6)/N_(2)混合气体与纯SF_(6)在隔离开关操作过程中重复击穿产生的特快速暂态过电压VFTO(very fast transient overvoltage,VFTO)波形及幅值相似且击穿次数相同;0.6MPa气室压强条件下,SF_(6)/N_(2)混合气体中SF_(6)体积占比从20%增加至40%时,隔离开关击穿次数及开关过程中VFTO_(SF6)/N_(2)全过程持续时间均可减少50%左右;30%SF_(6)体积占比条件下,气室压强从0.6MPa增加到0.8MPa时,隔离开关击穿次数减少一半、开关过程中VFTO_(SF6)/N_(2)全过程持续时间缩短30%左右。

基于同步挤压变换和深度迁移学习的GIS隔离开关故障诊断

为实现气体绝缘组合电器(GIS)隔离开关机械故障的智能诊断,基于GIS隔离开关分合闸过程中的振动信号,提出了基于深度迁移学习的GIS隔离开关机械故障诊断方法。首先应用二阶同步挤压傅里叶变换(FSST2)获取GIS隔离开关振动信号的时频分布,然后基于深度迁移学习的思想构建预训练模型并进行优化,建立了GIS隔离开关机械故障智能诊断模型。对某GR角型GIS隔离开关正常和典型机械故障状态下的振动信号的分析结果表明,基于FSST2得到的GIS隔离开关振动信号时频表示具有较好的能量聚集性,所建立的GIS隔离开关机械故障智能诊断模型识别准确率高且模型复杂度低,可用于GIS隔离开关机械故障的高效诊断。

基于机-热-电多参量信号特征的GIS隔离开关状态评估方法

气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)设备中的隔离开关故障往往是机械、热、电气多物理量综合作用的结果,从微小缺陷发展至严重故障的过程中,会产生异常振动、温度、局部放电多种参量信号,同时测量并分析GIS隔离开关的多参量信息对于准确获取其运行状态具有重要意义。文中通过在实体220 kV GIS实验平台上模拟隔离开关最为常见的接触不良缺陷,研究不同接触状态时振动信号、温度变化和局部放电信号的演化规律,获得其与设备状态之间的对应关系,结合健康指数理论和改进层次分析法,提出基于多参量特征的GIS隔离开关综合评估方法。使用该方法开展现场测试,其检查结果与多参量综合评估方法的的分析结果相吻合。文中的研究为GIS隔离开关状态的带电检测提供了一种可行性较高的多参量融合分析新方法。

基于弗雷歇距离的GIS隔离开关卡涩缺陷识别及量化方法

电力工业上GIS(gas insulatedswitchgear)隔离开关的多种机械故障多是由传动机构及导电部结构应力变化导致,而这种应力变化的早期体现形式主要是卡涩缺陷。对GIS隔离开关卡涩缺陷的识别及量化对避免设备发生严重故障具有重要意义。然而,GIS隔离开关面临因工业现场开关机械状态的离散化导致的难以对卡涩缺陷进行识别和量化的问题,限制了运维人员对GIS隔离开关机械状态的感知能力与故障预警能力。文中以GIS隔离开关正常机械状态下的驱动电机功率曲线作为标准曲线,采用多窗口斜率的特征点识别方法,结合开关运行物理过程分析将电机功率曲线进行分段处理。在开关动作各分段内,采用弗雷歇距离分析对GIS隔离开关的卡涩缺陷进行识别,并相应地以标准曲线与动作曲线的弗雷歇距离作为量化依据。最后,通过ZF12B⁃126型GIS隔离开关实验,验证了文中所提出技术路线的有效性,实验证明在卡涩缺陷发展初期,文中采取的方法可以灵敏的对卡涩缺陷进行识别。

新型抗干扰隔离开关在风载作用下的力学特性分析

户外高压隔离开关是电力传输系统的核心设备,但常受到外界风力等干扰而造成合闸失败的影响,因此设计了一种抗干扰的新型高压隔离开关。为了进一步研究该新型隔离开关在风载作用下的力学特性,首先在Fluent软件中对高压隔离开关风场阻转矩计算模型进行构建,计算得到风场来流方向在导电杆上产生的阻转矩大小。然后在有限元软件Ansys中建立了新型隔离开关的有限元模型,最后通过将风载所产生的阻转矩施加到仿真模型上进行力学特性分析。结果表明:隔离开关的变形量及应力集中的位置均位于支架的销轴孔位置,断定该处属于隔离开关的薄弱环节,应重点考虑该处的加固处理。通过以上仿真分析,为隔离开关抗风优化设计提供依据。

基于电磁瞬态过程的GIS隔离开关分合位置确认方法研究

GIS隔离开关在电力系统中扮演着重要角色,但分合闸不到位故障会威胁系统安全。传统的状态检测方法所反映的腔体内部信息有限,文中提出了一种基于电磁瞬态过程的新方法。利用在GIS隔离开关带电分合过程中产生的电磁瞬态信息,通过分析电磁瞬态信号的起止时间与开关动静触头位置关系,反演GIS隔离开关腔体内动静触头状态。同时,还提出了一种低采样频率下提取高频电磁瞬态信号特征的方法,并开发了相应的采集装置。不仅有效降低了数据采集量,同时可以成功确认GIS隔离开关的分合位置。最后通过实验证明了文中提出方法的有效性。

基于自动升降技术的变电站隔离开关断口安全隔离装置研究

为降低变电站隔离开关的检修风险,提高检修效率,采用模块化设计思路,设计了一种由自动移动系统、自动升降系统和绝缘隔离系统组成的自动隔离开关断口安全隔离装置。自动移动系统实现了装置的快速移动,自动升降系统实现了装置高度的调节,绝缘隔离系统则采用高性能绝缘材料实现安全隔离。该装置能够实现在不停电或小范围停电状态下的安全隔离,从而提高检修作业的安全性和经济性,可广泛应用于变电站检修作业中,对保障电网的安全稳定运行具有重要意义。

高压GIS用三工位隔离接地开关的结构类型

文中介绍了72.5 kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备(简称GIS)常用的3种结构类型的三工位隔离接地开关:双导电杆连杆传动的三工位隔离接地开关、滚珠丝杠传动的三工位隔离接地开关、齿轮齿条传动的三工位隔离接地开关。这3种三工位隔离接地开关有别于传统的旋转闸刀式结构,都是属于国内外主流的动触头直动插入式结构。通过对这3种三工位隔离接地开关结构、滑动电联接形式以及运动形式的阐述,分析了各种结构的优势,为GIS核心模块部件的改进和优化设计提供技术指导。

基于双温度磁流体电弧仿真改进Mayr电弧模型的特快速暂态过电压仿真方法

特快速暂态过电压(VFTO)仿真研究中,传统电弧黑盒模型因电弧时间常数和散热功率常取经验值会引起VFTO计算结果出现较大误差。对此,该文提出了一种基于双温度磁流体电弧仿真的改进Mayr电弧模型建立方法。首先,建立了双温度磁流体电弧模型,并通过该仿真研究了上述关键参数与电弧电导的关系,建立了改进Mayr电弧模型;其次,搭建了VFTO仿真模型,采用改进Mayr电弧模型和多种传统电弧数学模型计算了特高压GIS隔离开关切合空载短母线过程的VFTO波形;最后,对比分析了各电弧模型的仿真结果与实测结果波形特征的相对误差。结果表明,改进Mayr电弧模型的VFTO仿真结果与实测结果的相对误差较小,计算准确度较高。

特高压GIS隔离开关切合短母线过程中对地二次击穿机理仿真研究

近年来,在特高压气体绝缘开关设备(GIS)的操作过程中发现,隔离开关在切合短母线时会在断口间产生流注分叉对地二次击穿现象。传统有限元-通量修正(FEM-FCT)方法和粒子网格-蒙特卡罗(PIC-MCC)方法在仿真此类长距离气体流注放电分叉现象时,会因高昂的计算成本而难以应用。针对这一问题,该文提出了一种基于相场法的流注放电仿真方法,实现了双阳极流注放电过程中流注分叉现象的模拟,仿真结果与PIC-MCC方法对比证明了该方法的合理性。最后,采用该方法对特高压GIS隔离开关切合短母线过程中的流注分叉现象及其引起的二次击穿现象进了模拟,结果表明,屏蔽罩的屏蔽区域与二次击穿现象有直接关系,减小第一次击穿时的触头间距以及增大屏蔽罩的屏蔽区域,均可以有效地抑制隔离开关对地二次击穿现象。

异物对GIS隔离开关绝缘性能的影响分析

隔离开关作为气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)的重要组成部件,如果存在异物,将对隔离开关绝缘性能产生影响。因此,计算GIS隔离开关存在异物时的电场分布至关重要,采用三维有限元计算方法,分析不同大小金属异物在不同位置及非金属异物介电常数对电场强度的影响。仿真研究表明,当金属异物位于屏蔽罩处最易发生放电;在SF6气体中当异物大小达到3 mm时也可发生放电;非金属异物对绝缘性能影响相对较小,但介电常数越大越易发生放电。基于电场强度分析结果对隔离开关的生产和安装提出合理建议,保证设备安全可靠运行。

基于小波分析的高压隔离开关故障检测方法研究

高压隔离开关在高压配电网中起到了重要的故障切断作用,能有效避免故障影响范围。该装置的工作状态直接关系到配电网工作的可靠性。为此研究一种基于小波分析的高压隔离开关故障检测方法。该方法利用加速度传感器采集高压隔离开关振动信号,利用小波分析分解振动信号,实现去噪同时,提取信号的能量熵特征。以特征为输入,利用优化BP神经网络构建检测模型,实现高压隔离开关故障检测。结果表明:所研究方法应用下,得出20个高压隔离开关中4个存在故障,其中3号开关存在拒动故障、10号开关和15号开关存在绝缘故障、19号开关存在拒动故障,证明了检测方法的有效性。

基于ResNet深度学习网络的隔离开关状态识别研究

文中以高压隔离开关视频监测获取的图像数据为研究对象,以隔离开关分合闸状态识别为研究目标,提出了应用于变电站高压开关设备智能监测系统的图像识别算法。为了使样本数据具备多样化的特征,该方法在预处理模块中,采用了多种数据增强技术对样本集进行了处理,在增强特征量的同时,扩充了样本表达维度;在训练模块中,文中基于ResNet深度学习神经网络,构建了不同深度的网络结构,经过训练后得到了层数分别为18、34、50、101的网络模型,并在验证集上对各数据模型进行了性能评估和对比。此外,还构建了其他几种常见的神经网络模型,与文中方法进行了性能对比。试验结果表明,所提出的方法能够在验证集上达到99.7%的识别准确率,并在性能上表现出优势,该方法能够为隔离开关监测系统提供算法支持,满足实际工程应用中的性能需求。

一起隔离开关传动机构失效原因分析及改进

结合一起某电网变电站工程用252 kV GIS隔离开关传动机构锥齿轮和锥齿轮轴部位的传动键被剪断造成的传动失效故障,此故障部位所用的平键为GB1096A型4×4×10键。为了深入分析原因,将现场发生故障返厂传动机构的锥齿轮、传动轴和断裂的平键在厂内进行了材质、硬度的检查。并从设计、装配方面进行分析,找出了引发故障的原因,制定了相应的解决措施,消除了此类问题存在的安全隐患,为后续此产品的生产、提高电网可靠运行、减少电网投运事故率奠定了基础。

一种新型抗干扰高压隔离开关的设计

针对户外高压隔离开关常受到外界环境等外力的作用而造成合闸失败的问题,设计了一种新型抗干扰高压隔离开关。首先通过对传统的三柱水平旋转式高压隔离开关的结构组成和工作原理进行分析,得出了造成高压隔离开关合闸过程中导电杆提前翻转的原因。然后结合槽轮间隙机构和四连杆阻尼机构的运动特点,给出了抗干扰隔离开关的设计方案与三维几何模型的建立。最后通过数值仿真对四连杆阻尼机构中弹簧的安装位置进行了确定,并验证了设计目标要求。结果表明:该结构可以有效解决传统高压开关导电杆受外力的干扰,可为隔离开关结构的优化设计提供参考依据。

基于PDEM的台风作用下柱式隔离开关随机可靠性及失效风险分析

为评估柱式隔离开关在台风过程中的结构失效风险,考虑了风场和材料抗力的随机性,建立了隔离开关结构随机可靠性高效求解模型。首先,基于功率谱密度模型,考虑了地面粗糙度、平均风速和分界波数的随机性,给出了台风的随机场模型;其次,利用Abaqus有限元分析软件,建立了隔离开关结构的三维结构力学分析模型。同时,基于概率密度演化(Probability Density Evolution Model,PDEM)理论,给出了结构目标变量的概率密度函数计算方法;最后,采用Matlab-Abaqus进行联合模拟分析计算,实现了隔离开关结构可靠性的高效求解。结果表明,隔离开关绝缘支柱底部的极限应力为结构控制参数,风场和材料抗力的随机性对结构易损性曲线影响显著,设计过程中应控制材料抗力层次的随机性。

不同位置的金属微粒对GIS隔离开关电场的影响分析

隔离开关作为GIS的重要组成部件,如果有金属微粒等异物存在,将对隔离开关的绝缘性能产生影响。因此,计算GIS隔离开关带金属微粒时的电场分布至关重要。文中采用三维有限元分析计算方法对隔离开关无金属微粒和不同位置带金属微粒两种工况进行了电场强度计算。对比计算结果可知,屏蔽罩表面附着金属微粒所产生的电场畸变最为严重,绝缘拉杆表面和SF6气体中的金属微粒也会大大增加场强值,导致隔离开关极易放电。基于电场分析所得的计算结果,文中对隔离开关的生产和安装提出了合理的建议。

高低温条件下隔离开关零部件机械特性研究及稳定性提升措施

以隔离开关关键零部件为研究对象,设计高低温试验箱,研究环境温度变化对隔离开关关键零部件材料特性的影响程度,通过对6005-T5、T2Y、ZL101、Q235四种材料的抗拉强度、端面收缩率、0.2%非比例延伸强度、弹性模量和泊松比等关键性能指标的试验研究,掌握了4种材料关键性能指标随环境温度变化的规律。其次,搭建高低温试验平台并设计能够连续旋转的触头系统,研究环境温度对触头触指接触压力、弹簧力值和触指镀银层耐磨性的影响,得到了触头触指接触压力在5个温度点的变化率基本在±6%之间,触指弹簧力值变化率小于3%,触头触指镀银层磨损量随温度的升高先减小后增大,在0℃时,触头触指磨损量最小。并根据隔离开关结构特点,提出了针对材料、结构设计及高低温适应性试验等方面的措施,为进一步提高隔离开关在高低温环境下运行稳定性奠定理论基础。