基于实体GIS设备试验的局部放电光学信号传播特性研究

光测法具有电磁免疫性,特别适用于具有封闭结构的气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear, GIS)局部放电检测,但是光信号在传播过程中易因传播距离增加或部件遮挡而快速衰减。为此,基于110 kV实际GIS设备开展局部放电光学信号传播特性试验,研究传播距离和绝缘子遮挡对导杆尖刺缺陷和悬浮电位缺陷局部放电光信号的影响规律。结果表明,随着传播距离的增加:尖刺缺陷检测到光信号最大幅值和放电数均有所衰减,放电谱图变化不大;悬浮缺陷放电光信号幅值明显衰减,放电数不变,放电谱图特征逐渐失去“矩形”特征。此外,当光学信号透过带有通气孔的绝缘子传播时,光学信号明显衰减,且幅值波动较大。

分子动力学模拟在电缆绝缘护套材料损伤与修复机理研究的应用

电缆绝缘护套在敷设、使用过程中受到机械损应力或者热应力等因素的影响会产生微裂纹损伤,如不及时修复,容易导致其机械与绝缘性能快速下降,使材料性能失效,甚至引发线路故障。基于分子动力学理论揭示电缆绝缘护套材料损伤的机理,通过分子动力学模拟计算得到护套材料在损伤自由体积与内聚能变化规律,并分析损伤对材料绝缘性能的影响以及微裂纹产生的机理。针对常规的聚乙烯等电缆护套材料不具备自修复性能的问题,研发电缆护套自修复材料,在材料中引入解离结合可逆的自修复功能基团,当材料损伤时,通过功能基团重新结合达到修复的目的。应用分子动力学对新材料进行模拟计算的结果表明,通过自修复后材料的自由体积降低,内聚能密度提高23%,溶解度参数提高10.9%,证明了新材料自修复的有效性。

基于气隙缺陷场强分布的绝缘子优化研究

某型号GIS刀闸转轴绝缘子发生放电故障,推测其原因为绝缘子内部出现气隙而导致绝缘劣化。对绝缘子进行优化,并对优化前、后绝缘子中同一形状气隙位于绝缘子不同位置对绝缘子场强分布的影响进行分析,结果显示,当气隙位于电极与树脂交界面和绝缘子中间部位时,对绝缘子场强分布影响较大。对优化后的绝缘子进行了温度、机械-电场老化试验,并通过了工频、雷电冲击试验和工业CT检测的验证。

变压器油绝缘性能下降化学诊断及处理技术研究

针对近年来广东电网由于变压器油绝缘性能下降导致变压器绝缘电阻不合格缺陷频发的问题,通过热油循环、灭箘过滤等试验排除了受潮、微生物对变压器绝缘电阻的影响,进一步通过检测油中以及变压器内壁漆的铜离子含量,查明变压器油绝缘性能下降是由变压器涂覆的铁红内壁漆富含铜溶解在油中造成的。选择γ-氧化铝、A型硅胶、801、改性Y型分子筛等4种铜离子吸附剂,通过吸附能力以及对油质影响的对比试验,最终确定最佳的吸附剂为改性Y型分子筛吸附剂,并进一步对比试验确定吸附剂的用量和处理温度。研究成果在中山供电局110 kV谷都站1号主变压器试点应用,处理后该变压器绝缘电阻得到大幅提升,恢复正常绝缘性能。

550kV气体绝缘母线大电流工况下温升特性分析

探究气体绝缘母线在超高压大电流工况下的温升特性对设备的正常运行以及监测维护意义重大。然而,在长期大电流负荷运行下,因接触异常等原因导致母线在较小封闭空间内产生大量热量,极易造成局部过热严重威胁设备安全运行。针对这一问题,本文以550kV气体绝缘母线为研究对象,构建了考虑接触电阻的3维电磁-温度-流体多场耦合模型,计算其在1.1倍额定电流(8800A)、气压0.3MPa条件下的母线温度分布,并搭建了大电流温升试验平台进行验证,试验测量结果与仿真结果吻合度高。基于验证后的可靠模型,进一步探究了通流水平、SF_(6)气压及接触状态对母线温度分布的影响规律。结果表明:母线最高温度位于盆子凹面处电接触部位顶部(约为54℃),该端触头上方SF_(6)温度比导杆上方高近15℃,凹面处触头径向温度梯度明显低于凸面处触头径向温度梯度;在非等温自然对流的情况下,母线温度整体呈径向上高下低、轴向端部高中间低的规律分布;母线温度随通流水平提高呈非线性上升、随SF_(6)气压增大呈近似线性下降,可在一定范围内提高设备绝缘气体压强以降低设备运行温度;异常电接触处温度随阻值增大近似线性增加,而电接触异常往往是母线过热的主要风险点。研究结果可为超高压大电流气体绝缘设备产品设计及状态监测提供参考。

锂离子电池不同冷却方式及浸没式冷却液综合对比分析

随着锂离子电池储能电站的发展,高效且安全的电池热管理系统逐渐受到重视,防范电池热失控成为关键。首先对比介绍目前的电池热管理方式,并从温度控制、防火安全、系统成本等方面归纳不同技术的优势与劣势,指出浸没式液冷是目前锂离子储能电站较为理想的热管理技术。然后基于锂离子电池储能电站的应用需求,提出理想浸没式冷却液的主要技术指标,并总结目前常用的5类冷却液:氟化液、碳氢化合物类、硅油类、酯类和水基类,分述其各自代表性产品的主要性能参数和特点。最后从绝缘性、防火安全性、散热性、流动性和环境友好性这5个指标对5类冷却液体进行定量评价,对浸没式液冷技术和浸没冷却液未来的研究方向进行探讨。

考虑分布式电源接入的电压暂降状态估计与监测装置优化配置方法

分布式电源的接入给新型电力系统电压暂降带来了新问题,对电压暂降监测装置进行优化配置是减小监测成本的有效手段。在分析分布式电源电压暂降幅值计算影响的基础上,提出基于电压暂降频次相似性系数的电压暂降状态估计方法以简化状态估计过程,以提高状态估计精度。采用蝙蝠算法(bat algorithm,BA)求解节点监测范围,并根据监测范围构造电压暂降全景可观约束,以监测成本最低、配置方案电压暂降频次相似性指标最大为优化目标,得到的配置方案在满足经济性的同时也有助于进行电压暂降状态估计。用IEEE30节点测试系统进行仿真分析,验证了所提方法的有效性。

硝酸对硅橡胶的老化作用机理研究

在硅橡胶复合绝缘子的运行过程中,硝酸的产生、渗透和老化会降低硅橡胶的性能,并影响到电网设备的安全运行。该文结合多种表征技术系统研究硝酸对硅橡胶的老化作用机理。气相色谱-质谱(GC-MS)结果表明,硅橡胶中聚二甲基硅氧烷(PDMS)在硝酸的作用下裂解,导致硅橡胶中D_(4)~D_(7)为主的环状硅氧烷小分子增多。硝酸溶液浸泡600h的硅橡胶内D_(4)是未老化时的30倍,有机组分相对含量下降了9.19%。傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)的结果表明,硝酸老化后硅橡胶表面Si−C键断裂并被氧化,生成无机硅氧结构Si−O_(3)和Si−O_(4),导致表面C元素含量降低;同时甲基中的C−H键断裂并引入极性羟基。由试验结果可知,硝酸主要从以下两方面引起硅橡胶老化:一是H^(+)作用于PDMS中的Si−O键,使硅橡胶中的PDMS网络结构解聚;二是强氧化性的NO_(3)^(−)作用于表面PDMS中的基团,导致硅橡胶表面由非极性转为极性。这些是引起硅橡胶阻隔性能及憎水性下降的主要原因。

基于气泡动力学的油浸绝缘纸中气泡形成模型

油浸式变压器内部绕组的匝间纸绝缘受温度的影响会析出气泡,进而引发局部放电导致绝缘劣化。该文通过研究油纸界面的微观结构和气泡产生的物理过程,建立气泡演化的数值模型,结合气泡生长过程中的受力分析,得到了气泡在不同条件下的生长规律。首先,基于Rayleigh-Plesset方程建立油纸界面处由气泡内压强主导的气泡生长过程。其次,根据理想气体体积定律与Hertz-Knudsen界面蒸发冷凝方程量化界面处水蒸气进入气泡的质量通量,并在此基础上建立气泡内压的控制方程。最后,求解获得了升温时油纸系统中气泡的生长曲线,并根据气泡生长时的受力分析得到了气泡脱离半径进而计算出气泡初始逸出温度(initial temperature of bubble escape,ITBE)。计算的气泡脱离半径与实验结果具有较好的一致性,此外预测的ITBE与实验结果的最小平均相对误差为1.11%。模型结果表明,纸中水分质量分数越高,气泡生长速度越快。而绝缘纸微观结构的变化主要通过影响气泡初始半径和气泡在界面处所受表面张力的大小,从而影响气泡的形成过程。

基于自适应扩展卡尔曼滤波的变压器顶层油温多时间尺度预测

为实现电力变压器的负荷优化调度和热故障及时预警,提高电力设备的运行可靠性,该文提出一种基于自适应扩展卡尔曼滤波算法的顶层油温短期-超短期多时间尺度预测方法。该方法将卡尔曼滤波算法和Susa热路等值模型相结合,选取顶层油温、油指数和油时间常数作为状态变量,环境温度和负载电流作为输入量,通过对顶层油温估计值和观测值的比对实现油指数和油时间常数的迭代优化,以提高顶层油温多时间尺度下的预测精度。此外,该模型利用自适应噪声估计器修正噪声统计参量,以自动优化简便噪声初值设定,从而进一步提高模型的预测准确度。以2台110kV油浸式变压器为例进行分析,结果表明该方法对顶层油温的日内超短期预测、日前短期预测,相较于热路等值模型计算和扩展卡尔曼滤波算法有着更高的预测准确度。

聚丙烯/热塑性弹性体复合绝缘材料介电性能

聚丙烯(PP)具有高温热稳定、工作温度高和电气绝缘强等优势,还可实现回收再利用,有望成为未来电缆绝缘的替代材料,但PP的机械性能还需通过增韧改性以满足电缆敷设的需求。对此,主要研究以热塑性弹性体苯乙烯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)与PP进行共混,制备了不同组分配比的PP/SEBS复合材料,进行红外光谱、差式扫描、电阻率、击穿电场强度、介电谱和结构表征测试。测试结果表明,随着SEBS含量的增加,结晶度、直流体积电阻率和直流击穿电场强度均下降,介质损耗因子上升;形貌观察表明,随着SEBS含量的增加,SEBS在PP中的分散性变差,球晶边界也逐渐模糊,与结晶度下降现象一致。综合来说,PP与SEBS质量之比为60∶40的PP/SEBS具有较高的直流体积电阻率和直流击穿电场强度,质量之比为70∶30的PP/SEBS具有较低的介质损耗因子,可用于指导未来PP电缆绝缘材料的配比优化。

基于气泡产生起始温度的变压器短期过载预警方法

变压器过载运行容易导致油纸绝缘系统产生气泡进而造成故障,但目前只以140℃作为热点温度限值,未能考虑实际运行状态对气泡起始温度的影响,难以充分发挥设备的最大利用效益。针对上述问题,综合国内外油纸绝缘气泡产生起始温度的试验提出了适用于实际工况下的变压器气泡产生起始预警温度计算方法。根据变压器的运行年限、油中水分含量和海拔等运行参数估算出变压器内部油纸绝缘系统产生气泡的起始温度。以该温度的90%作为预警温度,表征变压器能够承受的最大荷载能力。利用贝叶斯网络建立了短期负荷预测模型,结合绕组热点温度计算方法实现了变压器热点温度的短期预测。提出了一种变压器短期过载预警方法,并证实了该方法能够充分考虑变压器的运行实况,对未来的过载情况提前发出告警,指导相关运维部门开展变压器的过载停运和负荷转移工作,减少变压器停运和绝缘故障的发生。

悬跨海底电缆涡激振动响应数值分析

悬跨海底电缆在海洋环境荷载的影响下易产生涡激振动现象,对海缆的服役安全性造成威胁。为了研究悬跨段海缆的涡激振动响应,提出一种利用数值软件分析悬跨段涡激振动的方法,并验证了其计算的准确性。首先,介绍了数值方法的计算原理。然后,利用Orcaflex软件建立悬跨段数值分析模型,理论验证了计算自振频率的准确性,经计算,一阶自振频率理论计算结果与数值结果的最大误差为8.89%,二阶自振频率理论计算结果与数值结果的最大误差为9.28%,证实了模型相符程度良好。接着,利用经验公式法对数值模型计算涡激振动的准确性进行验证,悬空段振型计算结果的平均误差为9%,验证了模型用于计算悬跨段涡激振动响应的准确性。最后,基于Orcaflex软件,开展了考虑海床作用的海缆悬跨涡激振动动力学分布特征及海缆振动特性的分析研究。结果表明:涡激振动作用下,悬跨海缆最大张力值和曲率值出现在海缆与海床分离点;最大振动幅值与流速无直接关系,而与悬跨段振型有关;随着流速的增加,悬跨段电缆横流方向振动模态阶数增加。该文研究成果为海底电缆涡激振动计算分析提供了一种有效计算模型和方法,未来基于该计算模型可对涡激振动的振动特性作进一步分析。

基于等离子体处理的硅橡胶憎水恢复物理模型及评价方法研究

憎水恢复性是硅橡胶复合绝缘子的特有性能,为保持电网输变电设备外绝缘水平和安全稳定运行提供了重要保障。目前,针对复合绝缘子运行放电工况下表面憎水性减弱及恢复特性,缺少快速有效的定量评估方法。该文利用等离子体处理方法模拟复合绝缘子硅橡胶在运行放电工况下憎水性减弱及恢复现象,基于小分子扩散理论和菲克第二定律建立等离子体老化后的硅橡胶表面憎水恢复的动态物理模型,并通过数学推导得出硅橡胶小分子扩散系数D的计算公式。实验发现,仅经过3min的等离子体处理,硅橡胶表面就转变为完全亲水,且小分子在硅橡胶无机硅氧层中的扩散系数D数量级为10-16 cm^(2)/s。对比等离子体法与涂污法发现,两者对同系列试样的检测结果趋势一致,具有等效性。气相色谱与质谱联用法试验结果表明,硅橡胶中无机填料氢氧化铝(aluminum hydroxide,ATH)的含量越高,硅橡胶中有机小分子总浓度就越低,当硅橡胶中ATH含量增加时,其憎水恢复性则减弱。等离子体处理法测试得到的小分子扩散系数D可用于定量评价运行复合绝缘子硅橡胶的憎水恢复性。

基于电化学交流阻抗谱的硅橡胶阻水性能研究

水分入侵硅橡胶是引起复合绝缘子发热及断裂故障的主要原因,目前用于评估硅橡胶阻隔水汽的能力的基于称重试验的吸水性、透水性测试方法,存在精确度低、耗费人工的问题。对此,提出一种基于电化学交流阻抗谱的硅橡胶阻水性能评估方法。该方法利用电化学工作站三电极体系实现自动测试,节省人工且灵敏度高。研究表明,水溶液扩散系数与阻抗谱时间常数数量是评估硅橡胶阻水性的2个重要特征参量。扩散系数采用电容法计算得到,用于定量评估硅橡胶对水溶液的阻隔特性。阻抗谱时间常数数量可在图谱中直接得到,用于判断硅橡胶是否失效透水。通过探讨不同Al(OH)_(3)含量硅橡胶的阻水性,发现:未老化硅橡胶的阻水性较好;经电晕老化后,硅橡胶阻水性随Al(OH)_(3)含量呈现出先增强后减弱的趋势。硅橡胶中的Al(OH)_(3)存在逾渗临界含量,超过该含量的硅橡胶经电晕老化后更容易丧失阻水性。

套管介损在线监测测量误差及其影响因素试验研究

结合工程实际,分析了介质损耗角正切值tanδ在线监测的误差影响因素。建立了考虑多元件参量包括套管、电流传感器、信号通道以及信号调理单元的复杂等值电路模型,通过试验得到了电路模型中主要的等效电气参数。搭建了高、低压试验平台以模拟套管介损测量,模拟在复杂电磁及大气环境下传感器接线方式、空间电磁场对测量回路以及tanδ测量结果的影响,结合电路仿真分析了温、湿度对电流传感器测量角差的影响规律,通过老化试验,研究了元器件老化对信号调理单元等值电气参数和输出相差的影响。理论分析和实验结果验证了多因素对测量二次系统的影响是导致测量结果波动的主要原因。

支柱绝缘子对交流滤波器断路器电场分布的影响研究

交流滤波器断路器是特高压直流输电系统交流滤波器场的重要组成部分,是系统无功功率变化时保证交流滤波器可靠频繁投切的重要电气设备。近年来,±800kV换流站内屡次出现交流滤波器断路器在投切过程中发生击穿及爆裂的现象,严重威胁着直流输电系统的安全稳定运行。为分析其原因,本文基于PSCAD/EMTDC搭建某±800kV直流输电系统及交流滤波器断路器电磁暂态仿真模型,结合在运交流滤波器断路器的外绝缘分布特征,仿真分析交流滤波器断路器双断口电压特征;根据交流滤波器断路器灭弧室的内部结构和参数,搭建了Ansys有限元仿真模型,仿真计算了灭弧室内电场强度分布。

基于智能混合预测策略的短期光伏功率预测

光伏发电功率的准确预测为电力系统的调度、决策提供了有力的保证条件。针对现有光伏功率预测效率低、准确性不够等问题,提出一种基于Spearman相关性分析、Kmeans++聚类和支持向量回归(SVR)的混合光伏功率预测模型。通过Spearman相关性分析将冗余的输入数据进行筛选,降低模型的输入维度;利用K-means++聚类将数据划分为具有不同特征的类别,建立特征库;分别构建不同数据特征库所对应的SVR预测模型;将测试数据集划分至不同的特征库,得到对应SVR模型的预测结果。选取2021年1月1日—12月31日的武汉市相关数据进行验证,实验结果表明,在光伏系统输出功率预测上,所提Spearman-Kmeans++-SVR模型相较于传统预测模型获得了更高的预测精度和预测效率。

粤东地区500kV线路污闪原因分析及防治对策

2019年11月13—24日,广东省粤东地区某4回500 kV输电线路发生7次污闪跳闸,终止了广东地区连续13年零污闪的纪录。针对此污闪跳闸事故原因进行了调查分析,总结此次粤东地区污闪的特点,指出此次污闪属于典型的局部区域性污闪。通过分析污闪绝缘子污秽度测试数据、离子成分,发现本次污闪的主要原因是污染源变化导致A类污秽大量沉积,以及海风引起的B类污秽快速积污。进一步分析不同污秽类型引起的污闪发展特点,指出常规的污秽清扫措施对于B类(海洋盐雾)污秽的清扫效果有限。最后针对不同污秽类型提出了污闪防治对策。

考虑谐波谐振和电压稳定的海上风电场无功优化配置方法

海上风电经长距离高压交流海底电缆接入电网,海底电缆容升效应显著,容易引起工频过电压,同时电力电子器件和线路电容引起的谐波谐振问题也严重影响着电网电能质量,因此进行海上风电场无功配置时应充分考虑过电压和谐波谐振问题。针对上述问题,建立了海上风电场谐波模型,对海上风电场的谐波模态阻抗进行扫描,继而分析海上风电场的谐振特性;然后研究了海上风电场无功特性,计算各种发电出力水平和并网点电压下的风电场无功缺额;接着以降低综合成本为目标,以静态电压稳定裕度、最小补偿容量、谐波谐振及过电压为约束,进行海上风电场无功优化配置;最后通过Matlab/Simulink仿真验证所提方法的有效性。