直流电压下GIS盆式绝缘子表面电荷及电场分布特性仿真研究

GIS中盆式绝缘子表面在外施直流电压时会积聚大量电荷使得沿面闪络电压大幅降低,从而引发一系列电气设备故障。基于上述问题,文中分析了盆式绝缘子表面电荷的来源与传导途径,采用有限元仿真计算方法构建了二维轴对称仿真模型以及设定相关参数,研究了电压极性、不同电压幅值以及电压极性反转对盆式绝缘子表面电荷分布的影响。结果表明,在直流电压下,凹面主要积聚与外施直流电压极性相反的电荷,凸面主要积聚与直流电压极性相同的电荷,且凹面积聚的电荷密度更大;在极性反转后-100 kV直流电压下,盆式绝缘子表面原先积聚的电荷密度呈现先增大后逐渐减小的趋势,随后转换极性并达到饱和,电场在靠近高压端以及盆式绝缘子沿面0~20 mm处的畸变程度较为明显。电场在盆式绝缘子表面电荷极性发生变化前出现峰值,相比较电荷达到饱和状态,此时盆式绝缘子凹面最大场强增加46%,凸面最大场强增加5.4%。该研究可为直流电压下盆式绝缘子表面电荷分布特性提供指导。

高热故障下变压器油纸绝缘系统的产气机理研究

针对高热故障下超/特高压变压器内部绝缘系统状态变化和产气机理不清晰而严重制约变压器状态分析诊断的问题,本文基于热焓理论与仿真模拟手段相结合的方式对超/特高压变压器高热故障下油纸绝缘系统特征气体的生成路径与油纸绝缘系统的裂解机理开展研究。依据热焓理论得到气体的生成机理,并利用仿真模拟验证本文所提出的产气机理与路径。结果表明:高热故障下油纸绝缘系统中链烷烃要比环烷烃和双环芳香烃更容易发生裂解,各组分裂解生成特征气体的速率从大到小依次为纤维素、链烷烃、环烷烃、双环芳香烃。根据气体生成能可知,特征气体CH_4和C_(2)H_6最容易生成,C_(2)H_(2)最难生成,可通过特征气体在油纸绝缘系统中的生成速率判断高热故障的严重程度。

考虑累积效应的35 kV油浸式三相变压器温升特性仿真与试验研究

变压器长期处于不停机运行状态,焦耳热、电磁热等热源产生的温升会严重影响变压器的运行状态和使用寿命。为了更准确地得到35 kV油浸式变压器的热点温度和温升特性,针对现有研究未考虑温度影响下参数的时间尺度变化特征的问题,考虑温度累积效应带来的影响,围绕油浸式变压器的温升特性展开研究。首先,建立时变电流密度、磁感应强度的理论模型;其次,基于电磁热流多物理场耦合仿真方法,对油浸式变压器带负载工作过程进行电磁场、温度场及流场的有限元仿真分析,得到了铁心、绕组及漏磁损耗作用下油箱内部温度变化及其分布特性;最后,完成油浸式变压器长期带负载运行实验,并采集得到升高座下方及初级、次级绕组温度。仿真发现绕组附近温度约为95℃,铁心的直角区域及升高座下方也存在高温区,原因是该位置油流流速较大,仿真结果约为28 mm/s。实验与仿真的对照结果表明,考虑累积效应的仿真结果与实测值较为接近。研究内容可为油浸式变压器的温升特性提供技术参考。

基于协同优化的电力物资智能仓储系统

电力设施直接服务于国计民生,其稳定运行至关重要,对电力物资储配提出了更高要求,为此,在对堆垛机和自动导引小车运行路径进行协同优化的基础上,设计了一种基于协同优化的电力物资智能仓储系统。仿真结果证明了设计系统的有效性和任务完成时间上的优势。

融资租赁模式在电力建设项目的分析与应用

融资租赁因融资周期短、难度小以及初始投资少等优势,非常适用于具备投资大、全寿命周期长、资金回收周期长等特性的电力行业项目建设。采用融资租赁模式能够降低承租单位资金压力,减少融资成本与时间,同时对于承租单位企业信用与项目本身现金流的要求较低,是电力行业项目建设融资决策时的优质融资方式选项之一。文章运用工程经济学相关理论与知识,讨论了融资租赁模式在电力行业项目全寿命周期成本与效率评价方法,并给出了项目实施过程中常见的风险防范措施,以供项目决策者与执行者参考借鉴。

计及邻近线路架设方向和屏蔽影响的密集输电通道防雷性能仿真分析

在调研了输电线路防雷设计的研究现状后,针对考虑密集输电通道中线路间屏蔽作用的绕击跳闸率计算问题提出了改进的电气几何模型法并验证其可行性,主要包括了计算思路的优化和地面倾角处理方式的修正。基于所提出的计算方法,针对3条输电线路并行工况进行了计算和规律分析,发现对线路间屏蔽效果占主导作用的为相邻线路,且屏蔽作用的强弱并非随线路间距线性变化,而是存在一个快速变化的区间范围。在此基础上,提出了考虑实际中线路走向和弧垂的线路间距和对地高度计算方法,基于所提出的方法对实际工程进行了计算,证明了方法的可行性,对输电线路的防雷改造具有一定的指导作用。

全钒液流电池建模及SOC在线估计研究进展

全钒液流电池(VRFB)具有高安全、长寿命的优势,在大规模电力储能领域中具有广阔的应用前景。高精度的电池模型及准确的电池荷电状态(SOC)估计是全钒液流电池实际应用的重要技术基础,也是其规模应用面临的主要挑战。本文对全钒液流电池仿真模型、模型参数辨识、SOC监测与在线估计,以及全钒液流电池特有的SOC估计影响因素进行综述。首先介绍了电化学模型和等效电路模型2类仿真模型,分析比较了几种用于VRFB的等效电路模型的原理及优缺点。重点综述了全钒液流电池荷电状态监测方法,包括:安时积分法、开路电压法、电位滴定法、电导率法和光学分析法,以及更具工程应用前景的荷电状态在线估计方法。总结了全钒液流电池模型参数离线与在线辨识技术,介绍了基于滤波算法与数据驱动算法的荷电状态在线估计方法。在全钒液流电池SOC估计特异性影响因素方面,讨论了包括钒离子的跨膜迁移、负极氧化副反应、负极析氢反应和温度对参数辨识与荷电状态估计的影响规律,总结展望了全钒液流电池建模及SOC在线估计面临的问题及未来研究方向。

运行状态下GIS设备振动特性差异性研究

机械类缺陷/故障是当前GIS设备最为常见的问题之一,对于此类缺陷目前尚无可用的现场检测装置及机械缺陷评估方法。文中通过现场检测方式,开展了220 kV及550 kV GIS不同气室的振动特征对比分析研究。研究结果表明:三相母线室的振幅最高,可能原因在于三相母线在壳体上产生的磁感应强度更大,壳体的振动幅值更大;同类气室不同测点的幅频特性相关系数均在0.993以上,不同类气室的测量结果相关系数较低,幅频特性及其相关系数可以在一定程度上表征GIS的不同气室振动状态;振幅和相位、检测位置和电压等级之间相关性不强;大多数气室主要频率成分均为100 Hz,避雷器振动的主要频率变为300 Hz,可能与避雷器内部轻微缺陷有关。

特高压换流变压器压力释放阀布置方式

换流变压器油箱破裂及爆炸起火事故严重威胁电力系统安全稳定运行,压力释放阀在电弧故障期间通过泄放超压保护设备。通过分析故障期间瓦斯气泡脉动机理,建立压力释放阀动作条件、换流变压器内部电弧故障油压升高理论模型及其数值计算方法。以1台实际的500kV特高压换流变压器为研究对象,开展数值仿真研究,得到不同压力释放阀布置方式下的故障油压变化特征。仿真结果表明:换流变压器发生内部电弧故障时,其内部故障油压在空间上分布不均,压力释放阀布置方式对其安装位置附近的压力泄放影响较为明显,而对其余位置超压影响较小;优化换流变压器压力释放阀布置位置可有效降低电弧故障期间油压峰值。

基于TEROS的自然闪电X射线暴观测研究

本文报道了国内首个自然闪电高能辐射(Lightning Energetic Radiation,LER)多点观测结果.基于自主研发的雷暴高能辐射观测系统(Thunderstorm Energetic Radiation Observation System,TEROS),在2021年夏季观测期成功捕获3次自然LER事件,结合闪电定位、低频快电场变化、回击峰值电流等其他资料,对3次事件的高能辐射特征进行研究.分析发现:3次LER事件均于负地闪下行先导的最后阶段被探测到,是典型的X射线暴,且均具有MeV能量的单光子,最大能量超过2.2 MeV;伴随梯级先导出现的X射线暴持续时间为数百μs,伴随不规则直窜先导的X射线暴持续时间为数十μs,主要与先导发展速度有关;相应回击峰值电流最大的1次事件具有最高的单光子能量、最大的单位面积沉积总能量和最多的爆发过程数量,随着接近回击时刻,该事件还表现出与电场变化一致的增强趋势,表明先导头部电场是影响高能辐射产生的重要因素;随到达强度降低,高能辐射信号逐渐由束流模式向单光子模式转变,呈现出与地球伽马射线闪类似的现象学特征,更多乃至所有的爆发过程无法被探测到,高能辐射可能是闪电发展过程中的普遍现象.

GIS绝缘子金属污秽缺陷不同程度间歇性放电诊断分析研究

针对现场气体绝缘组合电器(GIS)绝缘缺陷局部放电漏报、误报情况频发的问题,利用真型GIS搭建局放多源检测试验平台,开展绝缘子表面金属污秽缺陷间歇性放电试验,采用不同局放检测法研究不同程度间歇性放电特性变化规律。研究结果表明:金属污秽缺陷放电量随着放电时间的延长呈现先升后降的变化趋势;放电时间间隔整体呈现增加的变化趋势;超声检测法和化学检测法无法实现金属污秽间歇性放电的有效感知;由4组50个工频周期特高频(UHF)相位分辨局部放电(PRPD)图谱数据所构成的200个工频周期UHF PRPD图谱中能初步得出间歇性放电分布规律;处于间歇性放电状态的金属污秽缺陷不会逐渐发展演变成击穿放电故障。研究成果对拓展间歇性放电特征的认知及现场对GIS放电缺陷的检测具有重要意义。

变电站电磁环境智能移动监测装置设计与实测

为提升变电站电磁环境信息采集的工作效率,提高数据测量精度,研究制作一台变电站电磁环境智能移动监测装置。所设计的工频电场探头可实现3个方向工频电场同步测量;带有复位电路的工频磁场采集电路可消除磁阻传感器处于过强磁场干扰时的异常问题;外置温湿度模块可保证测量准确度,采用憎水性复合材料支架,在湿度小于70%条件下测量误差在5%以内。第三方测试结果表明,电磁场测量结果误差在5%以内,采用此装置在实际110 kV变电站进行电磁环境实测,可准确按规定路径自主行走并进行测量。建立三维模型,进行空间电磁场分布的仿真模拟,所得实测数据与仿真数据有相同的变化趋势,进一步验证装置测量的准确性。

10kV复合材料输电杆塔有限元结构设计及工程应用研究

为解决复合材料在输电杆塔中的应用问题,本文以10k V送电线路实际工程为背景,从输电杆塔的各种工况荷载计算入手,建立有限元分析模型,对复合材料输电杆塔进行结构设计。通过ANSYS软件分别建立了杆身及横担力学模型,对杆塔实际运行中各种工况进行力学计算,通过杆塔力学真型实验验证了复合材料用于10k V输电杆塔制备的可行性,并已成功应用于多处输电线路上。

基于无人机电力巡检的椭圆稀布阵列天线优化方法研究

为了提高电力巡检无人机的电磁检测性能,提出了一种基于无人机电力巡检的椭圆稀布阵列天线优化方法。阵列天线的阵列单元稀布排列,能够在保证阵列天线性能的同时,减少阵列单元的数目,从而减少馈电单元的数目。每个阵列单元等幅馈电,可以有效降低馈电网络设计的复杂程度,这些都能够在一定程度上降低阵列天线的功耗,提高无人机的巡检时间。利用改进智能优化算法,通过优化阵列单元的位置,使方向图的最高旁瓣电平(peak sidelobe level,PSLL)尽量低,因此文中设计的阵列天线具有较低的最高旁瓣电平,从而具有很好的环境抗干扰能力。仿真结果表明,在给定阵列单元数目、最小间距约束和阵列天线尺寸的情况下,提出的方法能够有效降低阵列天线方向图的最高旁瓣电平,对具有41个阵列单元的椭圆阵列天线进行优化,优化后的阵列天线方向图的最高旁瓣电平在-24dB以下。

换流变压器内部电弧故障超压仿真研究

换流变压器内部电弧故障将引起油箱内部油压骤升,可能导致油箱破裂甚至严重的爆炸起火事故,严重威胁电力系统安全稳定运行。本文以实际的500 kV特高压换流变压器为研究对象,基于ANSYS平台进行多场耦合数值仿真计算,得到不同故障条件下换流变压器内部超压的时空分布特征。仿真结果表明,设备内部电弧故障期间瓦斯气泡动态增长,油压随瓦斯气泡脉动而骤升并表现出明显的波动特征,换流变压器本体内部油压空间分布不均。本项研究对于换流变压器减压防爆、结构优化具有一定的参考意义。

插接式复合材料单杆塔有限元分析

以某法兰式复合材料单杆塔工程为背景,在相同设计条件下设计了插接式复合材料单杆塔,并利用有限元软件ANSYS对其在三个典型工况下的应力、挠度和结构稳定性进行了计算分析。结果显示插接部位环向应力过大,且为结构的薄弱位置。对插接部位提出的两种补强方案进行了计算分析,结果表明对内插管采用钢内衬补强的效果比较明显。文章最后对插接式单杆塔进行了抗扭设计,提出了胶接和螺栓配合的方式防止扭转。

探究无功控制回路对构网型并网逆变器暂态稳定性的影响

随着全球能源结构的转型和环境保护意识的提升,作为一种高效、环保的能源利用方式,基于新能源的分布式发电系统正逐渐在电力系统中占据重要地位。而随着分布式发电系统渗透率的不断提高,电网的等效惯性不断降低,严重影响电力系统的频率稳定。因此,虚拟同步控制应运而生,其通过模拟传统旋转同步发电机的动态特性,能够对电网补偿惯性和等效阻尼。虽然虚拟同步机(Virtual Synchronous Generators, VSG)的小信号稳定控制已经得到广泛的研究,但其无功回路对系统的大信号暂态稳定性的影响仍需进一步研究。文中首先对构网型并网逆变器无功回路对其暂态稳定性的影响进行了理论分析,在此基础上列举了三种能够有效改善并网逆变器暂态稳定性的方法;最后,通过MATLAB/Simulink平台对其进行了仿真验证。

紧固件松动对高压并联电抗器振动特性的影响研究

紧固件松动是导致高压并联电抗器振动加剧,进而引发故障的重要原因。本文采用多物理场耦合仿真软件建立了考虑内部结构件的三维全尺寸物理模型,仿真分析了紧固件松动对高压并联电抗器振动及其传播特性的影响。研究结果表明:铁芯饼及拉杆预紧力下降均会导致电抗器本体和外壳振动的加剧,且对芯柱顶端和外壳正面及侧面上部的振动影响更为明显;相比于拉杆,铁芯松动导致的振动增加更为显著。仿真结果可为基于声学振动信号的高压并联电抗器缺陷检测及故障诊断提供理论依据。

基于有限元热-流耦合场仿真的变压器风道结构改进

变压器的热点温升是影响变压器正常运行的一个重要因素,合理的风道结构改进可以在一定程度上降低热点温升。为此,首先建立变压器的二维有限元模型,采用有限元磁场分析得出各部分的热源荷载;再通过有限元热-流耦合仿真计算,得到变压器绕组的温度分布,确定绕组的热点位置;然后针对热点分布位置提出了风道结构改进方案,并再次进行仿真分析。对比分析改造前后绕组的温度和热点情况,表明改造后热点温升降低15%,证明了改造方案的可行性。

构网型逆变器同步频率谐振抑制研究

对于高电力电子渗透率的未来,构网型逆变器在电力系统中的稳定运行至关重要。由于不同于传统同步机本身存在的机械转子和阻尼绕组产生的高惯性高阻尼,构网型逆变器可能由于惯性以及阻尼的不足以及耦合引入的负阻尼导致在并网后输出功率存在较为明显的同步频率谐振问题,不仅影响波形质量,严重时甚至导致暂态不稳定。针对该问题举出四种方法并结合伯德图进行分析,最后通过Matlab/Simulink进行仿真验证。