全波形发射电流激发下地面瞬变电磁法磁场特征

在过去四十年,大部分关于瞬变电磁法的三维建模和反演研究都聚焦于磁场时间导数,而对于磁场数据研究并不多见.如今,随着超导量子干涉仪(SQUID)技术日益成熟,基于磁场数据的瞬变电磁法探测案例逐渐增多.基于矢量有限单元法,采用频谱法和时步法分别实现了适用于瞬变电磁法磁场数据的三维正演.以低阻覆盖层下的良导体和均匀半空间中板状良导体模型为例,研究了全波形发射电流激发的瞬变电磁法磁场及其时间导数特征,并探讨了二者对深部良导体的探测能力.正演计算结果表明:由于受发射电流全波形效应影响,晚延时磁场随目标体电导率增大而先增强、后减弱,然而即使不考虑全波形效应,磁场时间导数也呈现上述规律;在高阻和低阻围岩情形中,磁场比其时间导数对深部良导体反映更加灵敏,并且晚延时磁场比其时间导数更不易受地磁场背景噪声干扰,说明磁场比其时间导数更适合于深部良导体探测.需要注意的是,发射电流全波形效应降低了瞬变电磁法对深部良导体的识别能力,建议在瞬变电磁法对块状或脉状金属硫化物矿床探测时,尽量采用低基频发射电流波形.

基于故障电流波形相关性的35 kV线路故障区段识别系统

针对35 kV线路拓扑复杂,传统输配电故障区段识别技术无法可靠应用的问题,研究了35 kV多分支混合线路接地故障暂态电流特征及故障时刻暂态电流波形相关性,并提出了区段识别判据。通过研制基于暂态电流波形相关性的35 kV多分支故障区段识别在线监测设备及区段识别主站系统,有效解决了35 kV多分支架空-电缆混合线的故障区段识别难题。该系统具有一定的工程实用价值、经济和社会效益。

基于波形分析的电流互感器局部暂态饱和检测方法

为避免由于电流互感器局部暂态饱和故障引起的差动保护误动行为,提高暂态饱和状态的检测精度,引进波形分析技术,设计一种针对电流互感器局部暂态饱和的全新检测方法。根据电流互感器在运行过程中二次电流波形图的数学形态,掌握互感器的运行工况,获取基于波形分析的电流互感器二次电流暂态信息;通过电流互感器局部暂态相位偏移饱和识别,完成暂态饱和状态的检测。以某电力系统为例,使用EMTDC/PSCAD软件,在终端建立电流互感器局部暂态饱和仿真模型,设计对比实验。实验结果表明:设计的检测方法应用效果良好,该方法的检测结果更加可靠,可以通过此种方式,降低由于互感器故障造成的电力系统供电服务异常。

电流波形对航空瞬变电磁法探测能力影响研究

航空瞬变电磁法是近年来发展起来的一种快速电磁油气勘探方法,该法具有飞行高度低,探测深度大等特点,广泛应用于森林、山地、戈壁、沼泽、湖区以及浅海等区域的油气勘查。该方法利用发射线圈在空中发射不同波形和功率的电流,接收线圈接收地下地质体感应涡流产生的二次场信息,通过分析和处理二次场信息,进而通过反演或者成像可获取地下地质体的电导率、磁导率的空间分布信息,最终实现对地质目标体的识别和探测。传统的航空瞬变电磁法主要采用单一波形进行供电,极大地影响了航空瞬变电磁法的适用性。通过对比阶跃波、锯齿波、三角波、梯形波和正弦波等5种发射波形激发的电磁响应特征,可知阶跃波和锯齿波的电磁响应最强,梯形波次之,但到了晚期,磁场的衰减均保持一致。在此基础上,提出利用梯形波和锯齿波进行组合发射,可实现航空瞬变电磁法对不同埋深地质目标体探测的目的。研究不同发射电流波形以及组合波的航空瞬变电磁响应特征,对于合理设计和优化航空瞬变系统具有重大意义。

舰船雷击瞬态电磁场时空分布特性

针对舰船在遭受雷击时表面瞬态电磁场分布特性问题,搭建了舰船雷击瞬态电磁计算模型,计算研究了舰船不同位置注入雷电流A分量时,舰船表面电磁场分布与雷击路径、雷击电流波形以及舰船空间位置等的关系。研究结果表明:舰船表面电场强度和磁场强度波形的变化与雷击电流波形密切相关,雷击电流达到峰值时,舰船表面电场强度和磁场强度达到最大值;舰船表面的电场强度和磁场强度,在雷击点附近最大,整体上随与雷击点之间距离的增大呈指数衰减关系;雷电流泄流路径越短越宽,路径上电场强度和磁场强度衰减速率相对越快,磁场强度随距离变化的衰减速率大于电场强度。此外,曲率半径小的舰船结构,表面电磁场强度相对较大,舰船墙壁与甲板交界处电磁场强度较小,墙壁与甲板起到了电磁屏蔽作用。

基于暂态电流波形相关性的新能源场站送出线路纵联保护

新能源电源通过变流器并网,其短路电流受控制策略影响而呈现幅值受限、频率为非工频、相角受控等特性,导致传统工频量保护动作性能下降、甚至出现误拒动。提出了一种适用于新能源场站送出线路的主保护原理,以保证新能源电力系统安全可靠运行。分析了同步发电机和各类新能源电源故障暂态电流波形特征,获知送出线路区内、外故障时两侧暂态电流波形相关性存在明显差异,进而提出了基于波形相关性的纵联保护新原理,利用相关系数度量波形相关性并构造了动作判据。仿真结果表明所提保护能够可靠、灵敏地识别送出线路区内、外各种类型短路故障,数据窗长仅为10ms,耐受过渡电阻和噪声的能力强,采用常规采样频率即可,容易推广应用。录波数据验证了所提保护有效性。

一种改善瞬变电磁发射电流波形的系统设计

为了减小瞬变电磁发射机发射电流的关断时间,保证发射电流关断沿的线性度,抑制关断后电流过冲,简化钳位电压电路,设计了一种简便的瞬变电磁发射系统。提出了一种利用TVS管和电容相结合的恒压钳位电路并采用传统的在负载两端并联匹配电阻的吸收方式。通过调节TVS管的稳压值,可以调节关断时间和关断沿斜率;选择直接在负载两端匹配合适电阻,保证了关断前期处于欠阻尼状态,关断后期处于临界阻尼状态,在快速关断的前提下,有效防止关断后电流过冲,达到了改善发射电流波形的目的。实验结果表明,该系统电路结构简单、稳定、易于实现,在短关断延时、关断沿线性化和关断后无过冲方面,得到明显改善。

发射电流波形对瞬变电磁响应的影响

本文研究了不同发射电流波形对瞬变电磁(TEM)响应的影响,利用自由空间中回线作为目标体,推导出方波、梯形波、半正弦波、三角波激励的响应.研究表明:对于低电导率目标体,同种波形激励的响应在有发射电流期间(on-time)与无发射电流期间(off-time)的幅度相近,四种波形中方波激励响应最强.由于off-time采集可以获得更高的信噪比,因而探测低电导率目标体时一般采用方波激励,采集off-time信号.对于高电导率目标体,off-time响应幅度随电导率增加而迅速下降,而半正弦与三角波激励的on-time响应幅度基本不随电导率变化,因而航空TEM可以采用半正弦与三角波进行on-time采集,并通过适当地提高激励电流的基频,以提高信噪比与空间分辨率.

土壤介电频变特性对接地极冲击散流的影响

为研究土壤介电常数频变特性对接地极暂态电阻的影响规律,在典型土壤介电谱测量结果的基础上,对冲击电流作用下的动态电磁过程进行了理论分析。提出了从电磁场角度出发的、考虑土壤频变特性的接地极冲击特性数值计算方法,分析了土壤介电常数的频变特性对接地装置冲击散流特性的影响。结果表明:考虑土壤介电常数频变特性的接地极暂态接地电阻与假定介电常数恒定时相比有显著差异;暂态电阻值受到施加的冲击电流波形和幅值的影响,波前时间越长,局部峰值越大;同种冲击波形下,电流幅值越大,波前时间内接地极暂态接地电阻局部峰值越小。

集中式光伏并网输电线路的故障暂态分析与保护

集中式光伏并网输电线路发生故障时,光伏侧的故障暂态过程与系统侧完全不同,导致传统工频量保护动作性能下降。为提高保护动作的可靠性,分析了集中式光伏并网输电线路光伏侧短路电流的故障特征,推导了光伏侧短路电流三个不同阶段的近似解析表达式,并详细分析其功率控制暂态过程的变化特征。发现光伏侧的暂态电流为非旋转量,与系统侧衰减旋转量的波形特征截然不同。基于此特性,提出了一种基于暂态电流波形相关性的纵联保护方法。仿真结果表明所提保护方案在各种故障类型和不同的过渡电阻下均能可靠动作,有望提高光伏并网输电线路的安全运行能力。

浅海瞬变电磁全波形响应特征及探测能力分析

瞬变电磁法在浅海工程勘探等领域受到了越来越多的关注.目前浅海瞬变电磁仍处于应用初期,相关研究少且未有成熟装备问世,有必要研究其探测能力并为观测系统选取最佳观测参数.本文以几种典型发射波形为例,采用褶积算法细致分析了不同发射波形条件下浅海瞬变电磁on-/off-time响应受海底介质电导率、磁导率及发射波形脉宽等参数的影响特征与规律;通过三维正演并设定极限探测深度阈值,进一步分析不同发射波形on-/offtime期间浅海瞬变电磁探测能力及对典型三维目标体的极限探测深度.基于本文研究成果,可为浅海瞬变电磁探测装置设计、观测系统的参数选取及试验参数的选取等提供了一些有价值的理论借鉴.

核磁共振发射波形质量评估及影响因素分析

核磁共振发射电流波形存在暂态响应和电流衰减,降低了发射波形质量,严重影响探测精度。结合国内外核磁共振找水仪发射机研制情况,给出了发射波形质量的评估参数,提出了针对核磁共振找水仪的暂态响应和电流衰减的数值计算方法,结合发射波形数值计算结果讨论了影响发射波形质量的仪器系统参数。基于吉林大学自主研制的核磁共振找水仪发射机的实测结果与计算推论一致。该发射波形质量评估及影响因素分析可为不同核磁共振找水仪发射机设计提供依据。

新型瞬变电磁发射机的研制

介绍了新型瞬变电磁发射机的硬件设计和软件设计。它具有体积小、重量轻、发射电流大、关断时间短、功 能齐全等特点,经实验测试,其各项性能指标基本上达到了设计的要求。

基于小波变换的新型暂态行波方向保护

以往的行波方向保护只对电压或电流中的一种行波波头进行信号处理,因此失去了另一电气量的信息,有时会引起方向保护的误判。为此作者提出了一种新型线路保护方案,利用小波变换提取线路故障时保护测量点的暂态电压、电流的特征量,并对二者的波形进行比较,根据其相似程度对线路的区内、区外故障作出准确、快速的判断。采用ATP(Alternative Transients Program)对各种类型故障所做的仿真计算验证了所提出的保护原理的正确性和有效性。

基于斯皮尔曼等级相关系数的新能源送出线路纵联保护

新能源电源均直接或间接通过电力电子装置并网,其故障电流幅值受限、相角受控、谐波含量高、波形非线性度强,与传统同步电源有着明显区别。传统比率制动式差动保护的动作性能面临挑战。为解决该问题,文中提出了基于斯皮尔曼等级相关系数的送出线路纵联保护方法。当正常运行或者区外故障时,流过送出线路的是穿越性电流,因此两侧电流波形完全相反。当发生区内故障时,两侧暂态电流波形存在巨大差异,因此可以利用斯皮尔曼等级相关系数量度两侧电流波形的相关程度,从而区分区内、区外故障。该方法适用于各类新能源场站,且具备较好的抗过渡电阻和抗噪声能力。同时,与现有基于新能源故障特征的保护相比,该方法在新能源弱出力以及重合于永久性故障时也表现出了较好的动作性能。仿真结果和现场录波数据均证实了该方法的有效性。

基于暂态电流波形特征的快速差动保护新原理

随着大规模交直流互联系统的发展,系统故障后引发的问题越发严重,因此对继电保护的性能提出了更高的要求。线路故障暂态量中蕴含有丰富的故障信息,通过对故障分量暂态差动电流的研究发现:区内故障时故障相呈工频变化规律;区内故障时非故障相及区外故障时的各相均呈高频变化规律,且存在理论最小振荡频率。据此提出一种基于暂态电流波形的纵联保护新原理,采用最小二乘拟合提取暂态波形主频率并构造了相应保护判据。经仿真验证,该方法能够可靠、灵敏地识别区内、外各类短路故障,有效提高了保护动作速度,具有较强耐过渡电阻和抗高频噪声干扰的能力,对采样频率要求不高,具有一定的实用价值。

基于综合Hausdorff距离的小电流接地故障选线

将Hausdorff距离引入小电流接地系统故障选线,利用故障后暂态零序电流波形的相似性度作为故障选线判据,提出改进后的综合Hausdorff距离算法计算暂态零序电流的波形相似度,进行故障线路筛选。采用MATLAB/SIMULINK软件对不同故障条件分别进行仿真。实验结果表明,综合Hausdorff距离算法不受接地电阻、故障电压初相角、短路距离以及电网结构等因素的影响,具有准确性高,抗噪声能力强,检测速度快和对采样频率限制低的优点。

基于经验模态分解和Hausdorff距离的小电流接地故障选线

研究提出了一种基于经验模态分解和Hausdorff距离的小电流接地系统暂态选线方法。首先,该方法将配电母线各出线的零序电流进行经验模态分解,得到相应的本征模态函数,再通过Hausdorff距离算法计算各本征模态函数波形之间的相似度,根据相似度判据进行故障线路筛选。采用Matlab/Simulink仿真软件搭建小电流接地系统故障选线模型,并对系统在不同故障条件下分别进行仿真分析。仿真结果表明,该方法选线简单且准确性高,不易受故障初相角、故障距离以及过渡电阻等故障初始条件的影响。

一种基于混沌搜索的I_(DDT)测试产生算法

针对瞬态电流测试提出了一种测试产生算法。该算法利用改进FAN算法的反向蕴涵部分激活故障并将测试向量空间映射到混沌空间,采用混沌搜索来确定未确定的测试向量位。模拟实验结果表明,将这种方法用于瞬态电流测试产生是可行的。

电源瞬态电流信号高精度测试电路设计与仿真验证

电源瞬态电流测试(IDDT)是一种对电路传统测试方法的新的补充手段,对电路故障诊断具有重要意义。由于电源瞬态电流信号本身具有高速、短暂、易被噪声干扰等特性,使得IDDT信号难以捕捉。提出一种以三运放仪表放大结构为主体,能有效克服射频干扰,同时具有轨到轨输出能力的高性能IDDT片外电流检测传感器电路设计。用Pspice仿真捕捉到Sallen-key滤波器电路50us的动态电源电流信号波形,仿真结果表明设计的传感器电路能够有效读取待测的Sallen-key滤波器电路不同故障模式下的IDDT波形,为利用电源瞬态电流测试提供了一种有效手段。