Statistical characteristics of transient enclosure voltage in ultra-high-voltage gas-insulated switchgear

Transient enclosure voltage（TEV）,which is a phenomenon induced by the inner dielectric breakdown of SF_6 during disconnector operations in a gas-insulated switchgear（GIS）,may cause issues relating to shock hazard and electromagnetic interference to secondary equipment.This is a critical factor regarding the electromagnetic compatibility of ultra-high-voltage（UHV）substations.In this paper,the statistical characteristics of TEV at UHV level are collected from field experiments,and are analyzed and compared to those from a repeated strike process.The TEV waveforms during disconnector operations are recorded by a self-developed measurement system first.Then,statistical characteristics,such as the pulse number,duration of pulses,frequency components,magnitude and single pulse duration,are extracted.The transmission line theory is introduced to analyze the TEV and is validated by the experimental results.Finally,the relationship between the TEV and the repeated strike process is analyzed.This proves that the pulse voltage of the TEV is proportional to the corresponding breakdown voltage.The results contribute to the definition of the standard testing waveform of the TEV,and can aid the protection of electronic devices in substations by minimizing the threat of this phenomenon.

沿面放电光脉冲发展特征与临界击穿判据研究

绝缘沿面放电是引起高压开关柜中滑闪及电弧击穿的主要原因和前期阶段,准确有效地对绝缘异常爬电进行监测、跟踪和预警对保障设备安全运行非常关键。该文通过试验研究强垂直分量绝缘爬电的光脉冲阶段特征,并提出基于多波段光谱辐射强度信息的放电发展阶段划分方法和临界击穿判据,从而建立基于多波段光谱强度比值的放电跟踪预警方法。首先,搭建多波段单光子试验系统,采用自制多波段光学传感装置对沿面放电发展全过程跟踪测量,获得表征放电发展过程光谱比率的统计参量;其次,借助模糊聚类算法和支持向量机,构建放电发展临界特征空间边界,并对放电严重程度进行量化评估,结果表明该方法对放电阶段的正判率达到96.9%以上;最后,确立基于光谱比率的放电危险性主动预警逻辑,并开发了放电光脉冲跟踪预警系统,为开关柜放电和弧光监测的创新应用提供了参考。

基于专家知识与监测数据联合驱动的高压开关柜状态评估

高压开关柜(HVS)作为电力系统的关键设备,对其工作状况进行有效评估可以保障电力系统的安全稳定运行。在工程实践中,由于高压开关柜长期服役于潮湿、高温等恶劣环境下,不可避免的传感器失效或人为因素会导致其设备状态数据存在随机缺失的现象,从而破坏了数据的完整性和可用性,使得对数据质量要求较高的数据驱动方法难以直接用于解决高压开关柜状态评估的问题。为了解决上述问题,研究了一种基于专家知识和监测数据联合驱动的高压开关柜状态评估方法。首先,对高压开关柜系统的内部构成进行了深入分析,并根据区域中设备的功能不同将其分为电缆室、母线室和断路器室三大区域。其次,进一步分析了系统状态、各区域状态及其关键部件状态两两之间的因果关系,从而建立了适用于高压开关柜状态评估的三层贝叶斯网络(BN)拓扑结构。然后,引入专家领域知识设计了适用于高压开关柜系统的3种约束罚函数,并通过求解带有约束的优化问题,改善了不完整数据集下的贝叶斯网络参数估计性能,进而实现了对高压开关柜系统状态的精确评估。最后,在自主设计的10 kV高压开关柜样机上开展了对比验证实验,结果表明,相比于支持向量机(SVM)方法和反向传播(BP)神经网络方法,本文所提方法在状态评估精度上更具优势。

港口高压开关柜局部放电信号自适应小波去噪方法

为了有效抑制港口高压开关柜局部放电实测信号中存在的白噪声,文中提出一种基于小波的自适应阈值去噪算法。首先对小波阈值去噪算法中的阈值选取及阈值函数进行优化,通过添加变量增加算法的适用性和灵活性,并使用改进后的粒子群算法(SPSO)对添加的变量进行最优值求解从而实现小波分解层数、小波阈值和阈值函数的自适应选取;其次对仿真信号与实测信号进行去噪。结果表明:与传统软、硬阈值函数去噪相比,使用文中所提算法去噪后的信号信噪比分别提高了5.31 dB和2.38 dB。由去噪后信号的时域图可以看出,与其他几种算法相比本文提出的算法不仅去噪效果良好,还能极大地保留信号中的有效成分。

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。

金属罐体对真空灭弧室内部电场分布的影响

利用真空开断技术以及环保气体绝缘技术开发罐式真空断路器是高压真空断路器的一个重要发展方向。为此,建立了126 kV单断口真空灭弧室以及罐式断路器的电场仿真模型,分别从触头表面电场分布、触头间隙有效击穿面积以及内部电场分布对称性三个方面,探究了布置在金属罐中的真空灭弧室内部电场的变化。结果表明,金属罐体引起真空灭弧室内部动、静两侧的电场分布不对称,出现高电位侧电场强度增大,而低电位侧电场强度减小的情况。针对这一情况,建立等效电路模型,从电路层面分析。结果表明,对地杂散电容增大引起了主屏蔽罩的电位降低。进一步地,通过将主屏蔽罩电位设置为一系列的固定值,研究了主屏蔽罩电位对于真空灭弧室内部电场分布的影响。当控制主屏蔽罩电位相同时,布置在金属罐中的真空灭弧室与单个真空灭弧室相比,两者内部电场分布基本一致,这为罐式断路器中的真空灭弧室内部电场的优化提供了参考。

一种级联式高压开关柜局部放电定位方法

针对高压开关柜局部放电定位技术存在误差大、效率低、难以实现定位到柜的问题,文中基于开关柜中局部放电TEV信号进行了定位技术研究,提出了TEV传感器级联式定位方法。通过分布式传感器有线级联的方式、双母线分时比较方法与TEV传感器状态开关切换策略,使单个双通道采集卡能对多面开关柜上的TEV传感器信号脉冲进行采集比较,从而快速、高效、准确地在成排高压开关柜中定位出局部放电源所在的开关柜。基于该方法设计了高压开关柜局部放电级联式定位系统,采用总线级联式的模块化设计,不需增加高速采集通道数量即可满足任意扩展TEV检测节点数量的需求,最大化地减少了系统成本。通过搭建验证平台验证了该定位方法的定位效果,证明了级联式定位系统的工作有效性,实现了局部放电定位到柜的目的。

基于一体化电磁骚扰传导模型的开关柜微机保护装置电磁干扰滤波器设计

为解决高压开关柜断路器在海上风电场等场景下频繁操作产生的电磁干扰问题,分析其电磁骚扰传导过程,并设计合理的抗干扰措施以提高微机保护装置的电磁兼容水平,该文提出一种高压开关柜一体化电磁骚扰传导仿真模型,针对断路器开断电磁骚扰设计了电磁干扰(EMI)滤波器并验证其性能。首先以KYN61—40.5型开关柜真空断路器为例,建立其电磁骚扰一体化仿真模型,通过试验与仿真获得断路器开断电磁骚扰的特征;然后根据该特征设计了基于定K型和m推演的EMI滤波器并验证其性能。研究结果表明,微机保护装置电流测量端口的骚扰电压主导频率约为312 kHz,一体化电磁骚扰传导仿真模型仿真结果与试验结果最大相对误差为9.8%,表明该模型可用于电磁骚扰传导过程的仿真;该文设计的EMI滤波器的陷波频率与理论设计值的最大相对误差为-8.8%,接入EMI滤波器后骚扰电压下降93.94%,持续时间下降71.42%。研究成果可为高压开关柜微机保护装置的电磁骚扰传导过程分析和电磁兼容水平提升提供参考。

高压开关柜智能检修机器人关键技术研究

通过调研国内外电力机器人研究现状及发展趋势,以实现电网变电站中高压开关柜的无人化检修功能为目标,研发了一套集运维、试验、应急于一体的智能检修机器人。首先分析了高压开关柜例行检修的作业特征,其次研究了智能检修机器人开发的关键技术,设计了机器人的功能架构、机械结构和智能云管理系统,最后以手车式断路器检修为典型案例,介绍了机器人检修的具体工作模型及执行步骤。

高压开关柜运检机器人的断路器检修平台开发

以配电室内运检机器人对高压开关柜的运维巡查、维修处置为基础动作模型,开发了适配机器人的断路器检修平台,分析了检修平台对断路器的运检作业流程,建立了拟人动作仿生分解模型,对组成平台的承载模块、三维微调模块、推拉模块和机械手模块的工作特征进行了技术要素分析和功能结构设计。

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。

基于多场融合的开关柜缺陷分析

高压开关柜作为承担电力运输开断功能的重要设备,具有数量多、故障发生频繁、缺陷难以及时发现等特点。因此开关柜内部部件受潮、老化的发展过程及状态监测也成为了电力行业的研究热点。从一起35kV开关柜的受潮故障出发,研究了开关柜在受潮发展过程中相关参数的变化,提出了基于热场——力场——电场的多场融合缺陷分析方法,并验证了该方法的有效性,为开关柜设备的全生命周期管理提供了理论支撑。

10 kV新型高压开关柜设计研究

为了解决传统高压开关柜在运行过程中出现的安全问题,利用数值模拟结合理论分析相结合的方式进行优化设计,首先对开关柜存在问题进行分析,从而给出了一种新型高压开关柜,给出了起内部结构设计及接线方式优化,同时利用数值模拟软件进行分析,确认了设计的高压开关柜的可行性,有效解决了起运行高温的问题,实现了“检修不停电、故障少停电、负荷可调配、运维智能化”的设计理念。

高压电容柜的改造

针对高压电容柜因运行时间长而频出故障的问题,对其进行了升级改造。对改造后电容柜采用的强触发技术、阀组故障检测技术和阀组过零检测技术进行了分析。

10 kV高压开关柜DSN型户内电磁锁安全特性改进及应用

针对DSN型户内电磁锁在10 kV高压开关柜防误操作中存在的安全漏洞进行研究。通过分析DSN型户内电磁锁的工作原理和安全性能,发现使用机械钥匙操作时DSN型户内电磁锁缺乏电气联锁功能,存在一定的安全隐患。为增强DSN型户内电磁锁的安全性和可靠性,在保留其原有功能的前提下,通过完善电磁锁内部联动机构并引入断路器合闸位置信号,实现了在断路器带电状态下误用机械钥匙解锁操作时的电气联锁功能。实验结果表明,改进后的DSN型户内电磁锁具备有效的安全防护功能,为电气设备安全运行提供保障。

基于主动式频谱感知的高压电柜局部放电在线监测系统

为了准确监测高压电柜局部放电现象,避免高压电柜故障及电力系统失稳风险的发生,研究基于主动式频谱感知的高压电柜局部放电在线监测系统。系统包含主动式频谱感知单元、采集与存储单元、DSP控制处理单元及后台监测软件单元。通过主动式频谱感知单元接收高压电柜放电时产生的各类电磁波信号,对此类信号实施放大、分离、滤波及频谱空穴判别等处理,提取局部放电信号;经多信道传输此信号到采集与存储单元实施模拟信号采集与存储,运用DSP控制处理单元对所存储的模拟信号实施运算,获取放电脉冲量与数字信号;将数字信号输送到后台监测软件单元分析局部放电位置及类别,完成对高压电柜局部放电的在线监测。结果表明,所提系统具有理想的监测效果,可准确监测不同类别与不同频段的局部放电信号,在实际应用中可监测出局部放电量最高的高压电柜,有效规避高压电柜产生故障风险,保障电力系统的安全稳定运行。

基于高压感应电遥感检测的防误入闭锁装置

文章提出的防误入闭锁装置基于高压感应电遥感检测技术,旨在解决高压开关柜检修期间可能发生的触电风险问题.通过采用电磁感应技术,实现了对高压开关柜内带电状态的非接触式检测,并结合创新的闭锁逻辑设计,有效降低了误操作风险.且通过智能闭锁机制,实现了对母线触头隔离挡板的精准闭锁.此外,文章提出的方案具有良好的可扩展性和通用性,为高压开关柜领域带来了显著的技术优势.

基于SpringBoot框架的在线监测和专家系统的研究

传统的高压开关柜存在操作复杂、维护困难、故障诊断不及时等问题,限制了工业生产效率和安全性的提升。为此,提出了一种基于SpringBoot框架的在线监测和专家系统方案,该方案包括数据采集系统、在线监测、专家系统研判等,能智能化地感知与诊断高压开关柜内部设备的运行状态,降低高压开关柜故障发生率,确保高压开关柜运行的安全性和稳定性。

基于物联网技术的开关柜手机监控软件的设计

传统检查高压柜各项参数的人工巡检方式在实时性、便利性、安全性等方面都存在不足。为此,结合物联网技术和移动应用开发技术,通过传感器实时采集开关柜的运行参数并通过网络传输至数据库,运用可跨平台的Uniapp前端框架和SpringBoot后端框架设计一款手机APP,向开关柜运维人员提供远程实时监测和控制功能。通过该软件,运维人员可及时了解高压开关柜的运行状况,预防潜在故障,提高电力系统的可靠性和安全性。