MECHANICAL PROPERTIES OF LONGITUDINAL SUBMERGED ARC WELDED STEEL PIPES USED FOR GAS PIPELINE OF OFFSHORE OIL

Since the development of offshore oil and gas, increased submarine oil and gas pipelines were installed. All the early steel pipes of submarine pipelines depended on importing because of the strict requirements of comprehensive properties, such as, anti-corrosion, resistance to pressure and so on. To research and develop domes- tic steel pipes used for the submarine pipeline, the Longitudinal-seam Submerged Arc Welded （LSAW） pipes were made of steel plates cut from leveled hot rolled coils by both the JCOE and UOE （the forming process in which the plate like the letter “J”, “C”, “0” or “U” shape, then expansion） forming processes. Furthermore, the mechanical properties of the pipe base metal and weld metal were tested, and the results were in accordance with the corresponding pipe specification API SPEC 5L or DNV- OS-FI01, which showed that domestic LSAW pipes could be used for submarine oil and gas pipelines.

基于实际气体模型的油浸式变压器爆炸应力分布研究

为了揭示变压器爆炸瞬间应力在变压器油中的传播过程以及变压器油箱变形的影响因素,本文采用数值计算方法,考虑实际气体对仿真结果的影响,引入范德华方程,从变压器油中气体类型、电弧放电位置两方面对变压器油箱的应力分布规律进行研究。以某110kV通用型变压器为例进行分析,结果表明:气体类型是影响油箱应力大小的重要因素,爆炸分析应采用实际气体模型;电弧放电位于绕组下端时,油箱应力较大;总体而言,爆炸发生时,变压器箱体底面和端面应力值较大。

特高压换流变用550kV防爆燃间隙油中电弧转移熄弧性能试验研究

特高压换流变充油量大,内部短路故障时会产生高能油中电弧,出现大的机械冲击力并产生大量高温高压油气,容易导致油箱结构撕裂和爆炸起火。为此提出在换流变网侧并联SF_6间隙,1 ms内导通并形成低阻气体电弧通道,快速转移熄灭高弧阻油中电弧的防爆燃技术方案,将传统故障清除时间缩短约80%。油中电弧转移受故障电弧特性的影响,但相关研究主要针对小电流的短油隙(<50 mm),长距离高能油中电弧特性仍未阐明。该文等效模拟换流变网侧内部放电工况,设计了试验回路、试验方式、油中燃弧模拟装置和高精度试验测控系统,成功开展6种方式油中电弧转移熄弧试验,获得了油中电弧特性和间隙转移熄弧能力。试验中设计油隙长度为250~650 mm,覆盖换流变500 kV和750 kV网侧最小油隙长度,参考换流站短路电流水平设计试验电流为20~50 kA、参考换流变保护出口时间设计间隙触发时延控制油中燃弧时间为2~10 ms。6次试验中间隙均能在1 ms内转移熄灭油中电弧。试验结果分析表明,换流变网侧最小油隙起始弧压不低于10 kV,随着油隙长度增加,单位长度弧压略微增加;在10~50 kA级短路电流下,油中弧压受电流幅值影响很小。该试验表明了间隙转移熄弧防爆燃的可行性和防爆燃间隙设计的有效性,为特高压换流变防爆燃提供了新的解决方案。

变压器油中脉冲电弧放电压力波的产生过程研究

油中电弧产生的陡强压力波是导致变压器燃爆事故的直接原因,研究变压器油中压力波的产生过程与传播特性对增强变压器防灾御灾能力具有重要意义。为此采用油中脉冲电弧放电法产生压力波,极大减弱工频电弧中持续产气、重燃对压力波基本过程观测的干扰,搭建了油中脉冲放电压力波光-电联合诊断平台,实验采集电压、电流和压力时序信号以及动态纹影图像,研究油中电弧放电压力波的产生过程。实验结果表明,油中压力波的产生可分为电弧膨胀和气泡脉动2个阶段:电弧通道迅速膨胀并压缩油介质,产生一系列激波,继而叠加形成高频一次压力波;放电过程中产生的气泡经历多个膨胀和坍缩循环,溃散时形成二次压力波,其压强更高、频率更低。增大电极间距,一次压力波由球面波转变为沿电极方向的柱面波,而二次压力波会因多点产生的压力波相互叠加,其波前厚度显著增大。实验数据拟合得到油中压力波衰减系数为1.2~1.4,显著高于水中的衰减系数。

特高压换流变压器匝间短路故障建模与仿真

近年来,特高压换流变压器内部短路故障导致的爆炸起火事故接连发生,严重威胁电力系统安全稳定运行。本文以±800 kV特高压换流站典型单相四柱式换流变压器为研究对象,基于ANSYS Maxwell和Simplorer平台开展绕组匝间短路故障建模仿真,研究不同故障条件下绕组漏磁、短路环流及电弧故障能量的变化规律。结果表明:伴随匝间短路发生,换流变压器内部大量横向漏磁破坏绕组正常纵向磁通分布,短路匝环中出现高幅值故障环流。1.98%匝间短路漏磁峰值达2.76 T,短路环流峰值达80.59 kA,四个周波内释放能量1.22 MJ。根据安匝平衡规律,短路匝数越多,环流幅值越小,而电弧电压随电弧长度单调增加,总体而言电弧能量与短路匝数呈正相关。此外,由于漏磁畸变引起的漏电感差异,靠近绕组中部的匝间短路故障更为严重。

变压器内部电弧故障快速检测方法研究与对比

变压器内部短路电弧故障是变压器最危险、最严重的故障,极有可能造成变压器油箱的形变和破裂,乃至变压器油的燃烧与爆炸,对人员生命安全、变电站财产安全、电网运行安全都造成了严重威胁。实现变压器内部短路电弧故障的快速检测有利于及时发出断路器分闸信号,从而缩短电弧燃弧时间,减小电弧能量,降低燃爆可能性。为寻找适用于电弧故障快速检测的信号及特征,首先搭建了基于电容电感串联谐振的油中工频大电流电弧实验平台,并实现了油中工频电弧的电压、电流、压力波、光、电磁脉冲、气泡形态等关键电弧特性的测量;发现压力波存在前期快速振荡-后期持续上升两阶段,光信号存在间隔约10 ms的脉冲,电弧电流过零点时必定会产生电磁脉冲,上述压力波、光和电磁脉冲3种信号及其特性有望应用于变压器内部短路电弧故障的快速检测;最后对比了这3种故障检测方法的优缺点,并指出这些方法在工程实际应用前急需进一步解决的问题。

特高压变压器内部电弧放电时的应力应变分析及安全校核

内部短路等引起的电弧放电是特高压变压器最为严重的故障之一,容易造成油箱变形破裂甚至起火爆炸。为了分析电弧放电引起的变压器应力应变水平,建立了1000kV单相特高压变压器有限元模型,仿真分析了特高压变压器内部不同部位、不同能量的电弧放电引起的油箱压力分布,计算了油箱和螺栓的应力应变水平,结合材料参数对油箱和螺栓的力学性能进行安全校核,并给出了箱壁破裂或螺栓损伤的放电能量阈值。结果表明:油箱内高压绕组附近电弧放电时最大应力出现在箱壁拐角处,最大形变出现在长轴侧箱壁中间部位;升高座内电弧放电时最大应力出现在升高座支架处,最大形变出现在升高座拐弯处。

液压油缸等离子弧表面淬火工艺

液压油缸作为液压机的液压执行元件,通过往复运动,输出压力和速度。因此其柱塞杆、活塞杆既要具备表面高硬度、耐磨性和疲劳极限,还要求心部具备高强度、韧性和塑性。为了满足柱塞杆、活塞杆技术性能要求,需对其外圆表面进行淬火处理。为此,改变常规采用的感应加热表面淬火工艺,率先采用等离子弧表面淬火工艺,在卧式车床上对大直径油缸柱塞杆、活塞杆进行表面淬火,取得了满意的效果。

S11-5000/35型箱变相间短路事故分析

以某风电场S11-5000/35型箱变发生的相间短路故障为例,对事故原因进行分析与排查,最终确定为相间短路放电,进而提出相应的处理方案和防范措施。

油中熄弧有载开关配置气体报警的必要性

本文通过案例和试验说明油中熄弧有载开关配置气体报警能有效替代油路堵塞和漏油情况下的缺油报警、避免油流速动继电器误动、发现过渡回通流电气回路和切换异常产气和管路堵塞气体无法溢出等,有载开关配置气体报警是有益的且必要,统计近3年325台运行情况,检出率高达0.44次/百台·年,验证气体报警有效性,避免了简单缺陷发展为故障,并给出气体报警处置和再提升措施,杜绝了漏判导致远超设备价值的故障损失。

新型无困油齿轮泵齿轮副型线优化与工作过程模拟

齿轮泵齿轮副的型线对齿轮泵性能影响极大。传统的渐开线型齿轮泵齿轮存在困油现象,产生局部高压,对其运行产生极大的危害。通过型线设计,来解决齿轮泵困油现象。基于曲线啮合理论,采用圆弧和高次曲线,构建一种新型双圆弧-高次曲线齿轮副,消除了齿轮泵的困油现象。进而,建立其几何模型并推导出型线方程,通过数值模拟,分析新型无困油齿轮泵的流场变化规律,并与现有齿轮泵进行对比。结果表明:新型齿轮泵消除了困油现象,型线组成简单,便于优化设计;此外,新型齿轮泵的工作性能更佳,流场更均匀。

海洋纤维增强柔性管压溃失效特性研究及参数敏感性分析

以一种黏结型的纤维增强柔性管作为研究对象,基于ABAQUS建立纤维增强柔性管的实体单元模型。根据二维Hashin失效判据判断柔性管失效情况,充分考虑管道内外护套层塑性及纤维增强层复合材料渐进失效,建立纤维增强柔性管的压溃数值模型。将特征值法与弧长法相结合,计算得到了较为精准的纤维增强柔性管临界压溃压力及对应的外压—椭圆度曲线;并对影响柔性管临界压溃压力的几个敏感性参数如椭圆度、纤维缠绕角度、直线度进行分析。研究结果表明椭圆度和直线度偏差的增大及纤维缠绕角度的降低均会使柔性管的临界压溃压力下降,该结果对纤维增强柔性管的设计与使用均具有一定的参考意义。

Logistic和Generalized-Arc-Tangent产量递减方程理论推导

为了揭示Logistic和Generalized-Arc-Tangent产量递减方程的渗流特征,选取特殊的油相相渗关系式,按照Arps产量递减方程理论,推导出了Logistic和Generalized-Arc-Tangent产量递减方程及其对应水相相渗关系式。研究结果表明,在注水保持地层压力的条件下,产量递减类型主要由油水两相渗流特征共同决定。推导出的油水两相相渗关系式均是以出口端含水饱和度为变量,符合行业相渗关系式标准,克服了以往产量递减方程理论推导时采用平均含水饱和度为变量的拟相渗关系式缺陷。通过吐哈丘陵油田、温五区块的应用,实际产量与经油水两相相渗关系式分别确定的产量基本一致。

油浸式电力设备内部电弧引发的压力特征

油浸式电力设备内部电弧故障易引发严重的爆炸起火事故,对油浸式电力设备内部放电进行有效监测,开发高灵敏性、高可靠性的保护方案成为当下研究的重点。相比于其他放电监测手段的随机性和分散性较高、可靠性偏低,压力信号与内部贯穿性电弧的产生关联性极强,故将其作为保护依据具有更高的可靠性。而现阶段针对油浸式电力设备在内部电弧作用下的压力特征研究还并不完善,目前基于压力特征的保护方案也多停留在动作于其幅值越线的压力释放装置。为此设计并开展了油浸式电力设备内部电弧放电试验,测量并采集了针板结构油纸放电与柱板结构沿面放电两种放电模型由缺陷发展至电弧故障过程中压强信号的变化特征以及其同步电压电流数据。试验发现,两种放电模型的发展过程均可以划分为3个阶段,压强信号在针板结构油纸放电的电弧击穿阶段和柱板结构沿面放电的滑闪放电阶段与持续性闪络阶段有明显的波动,且波动特征具有很强的一致性,均由3种波动周期的压力分量叠加而成。试验中得到的压力特征可以作为判断油浸式电力设备内部是否有电弧产生的依据,从而对其内部情况进行诊断。相比传统的动作于压力幅值越线的机械式压力保护,结合压力信号的频率特征可以在较早期发现故障且能更好地识别累积能量较低的电弧故障。该文对于油浸式电力设备内部电弧引起的压力特征的研究为下一步开发基于压力特征的新型数字式非电量保护奠定了基础。

弹性转子油气混输泵的非线性动力学研究

为了研究弹性体转子外表面橡胶非线性变形对弹性体转子泵的影响,采用非线性单向流固耦合方法,建立转子啮合接触有限元模型,将非定常计算结果内流压力载荷施加到转子表面,研究圆弧转子型线和宽头刮边转子型线在不同的橡胶壁厚和出口压力下,对转子泵效率和启动扭矩的影响.结果表明,无论采用哪种型线,压差对橡胶剪应力和变形量影响较大,而转动角度对剪应力峰值影响较小;剪应力较大值主要出现在转子与衬套、转子与转子接触点附近靠高压区侧的圆弧区;壁厚与最大剪应力和橡胶变形呈正相关.设计的螺杆转子和得到的数据可用于弹性转子油气混输泵的设计和优化,延长弹性体转子油气混输泵在深海环境下的使用寿命,并大大节省了维护成本.

地下变电站变压器室爆炸行为分析

针对地下变压器室存在爆炸问题,根据变压器油电弧产气爆炸行为特性,本文提出构建递归神经网络变分自编码器的潜在因子分析方法,获得变压器电弧产气行为的低维特性并刻画爆炸行为。首先,利用实验和计算流体力学软件FLACS对某220 kV全地下变电站的主变压器室内变压器油释放可燃气体引发的爆炸进行模拟计算,比较不同可燃气体量与不同泄放面积下地下变电站内的压力温度分布;进一步利用递归神经网络变分自编码器方法提取不同气体爆炸时的温度变化和压力变化数据潜在因子,从低维动态轨迹和稳定流形平面角度探测产生爆炸行为特性。分析表明,计算范围内室外最大泄爆压力随泄放面积增大保持相对稳定略有上升,可燃气体当量体积增大也会提升室外最大泄爆压力。本文为变压器产气爆炸特征研究提供了一种新的途径。

油气管道用埋弧增材三通的性能研究

采用埋弧增材制造技术成功制造出尺寸为Φ1219 mm×55 mm的油气管道用低温三通,研究了增材三通的微观组织与力学性能。结果表明:显微组织以细小的针状铁素体为主;增材三通的硬度和拉伸性能在不同位置和不同方向上不存在各向异性;冲击韧性在不同位置基本无差别,但在不同方向上存在各向异性。垂直打印方向的冲击试样主要受韧性断裂控制,而平行打印方向的冲击试样主要受脆性解理断裂控制。利用EBSD技术分析了不同强化机理对屈服强度的贡献,细晶强化的贡献占比约为50%;垂直打印方向试样中大角度晶界占比高于平行打印方向,表现为相对较高的冲击韧性。

智能化技术在长输管道自动焊装备的应用现状及展望

为应对油气管道建设中不断提高的安全、质量及效率要求,适应变化的作业环境,智能化已成为自动焊技术发展的必然趋势。针对现有长输管道自动焊装备在自适应性控制方面取得的智能化成果,结合自动焊装备技术以及野外施工作业特点,对智能化技术在长输油气管道中的应用进行了适用性分析,并提出智能化升级方向和实施中的关键技术,为长输管道自动焊装备实现智能化提升和应用提供技术支持。

海上石油平台的弧闪风险评估

本文依托于国内某个海上项目,介绍了电力系统构成、继电保护方案、计算的采用的标准、防护服的选配依据等,首次对海上石油平台进行了弧闪风险评估,给出了计算结果。此外,给出了快速评估弧闪风险等级和防护服选配的方法,并给出了降低弧闪风险的建议。

液黏离合器油槽结构参数对油膜剪切转矩的影响分析

合理确定油槽的结构参数能有效地改善摩擦副间流体的流场特性和油膜剪切摩擦转矩性能。为了揭示摩擦副油槽结构对油膜剪切转矩的影响,以双圆弧油槽为研究对象,建立了集油槽结构参数化设计、流场数值模拟与试验设计方法(DOE)为一体的油槽结构参数影响分析平台。重点分析了液黏离合器摩擦副双圆弧油槽宽度、油槽对数、偏心距与内圈偏心圆直径对油膜剪切转矩的影响,并探究了各个参数的敏感性。结果表明,液黏离合器油膜剪切转矩随着摩擦副油槽宽度、油槽对数及内圈偏心圆直径的增大而增大,随着偏心距的增大而减小。摩擦副油槽宽度与内圈偏心圆直径是影响液黏离合器油膜剪切转矩的敏感参数。