±800kV特高压直流换流站阀厅金具表面电场计算

为分析特高压换流站阀厅金具表面电场分布情况,采用静电场有限元数值方法进行了求解。首先以某±800kV特高压高端阀厅为研究基础,建立3D实体模型。然后根据阀厅设备的电气参数,通过PSCAD仿真得到阀厅设备在额定功率和轻载运行时的电位波形。最后采用静电场瞬时加载法,选取典型的数值进行加载求解,得到各种运行工况下阀厅内部金具设备场强分布云图和最大值分布规律,并对场强最大的金具进行优化设计。计算结果表明,在当前设计方案及配置条件下,阀厅内部高压侧设备连接及屏蔽金具表面场强较低,完全满足特高压直流阀厅内部电场控制要求;低压侧部分设备的屏蔽金具表面场强较高,接近甚至超过起晕场强,需要重点关注,并建议将D侧支柱绝缘子均压环管径增大至100mm。研究结果为特高压阀厅金具的设计规划提供了可靠支撑,具有重要的借鉴价值。

特高压交流输电线路瓷绝缘子串电位和均压环电场分布计算模型的简化

特高压交流输电线路绝缘子串电位和均压环表面电场分布计算有限元模型具有模型尺寸大、结构复杂、媒质种类多的特点。为保证计算精度,需全面分析相关因素的影响,以合理简化计算模型,提高计算效率。该文建立了特高压交流输电线路瓷绝缘子串的三维静电场有限元全模型和简化模型,全面分析了杆塔、导线、连接金具、联板及相间作用等因素对电位和电场分布的影响,最后验证模型简化的合理性。全模型和简化模型计算结果对比表明,将三相导线控制在一定长度、对杆塔合理简化、省略联板和金具并且只建立单相绝缘子串模型的简化方法可行,用简化模型代替完整模型进行绝缘子串电位和均压环表面电场分布的分析能够减小计算规模,提高绝缘子串和均压环参数优化配置分析效率。

改进三维上流元法计算特高压直流线路离子流场(英文)

考虑输电线路弧垂、杆塔、绝缘子以及线路下方房屋等物体的特高压直流输电线路离子流场计算是三维电磁场数值计算问题,将该问题简单的等效为二维计算问题会导致所关注物体周围电磁参数求解存在较大的误差。该文基于现有的三维上流有限元理论,提出改进算法,采用新型的迭代收敛控制技术,保证了迭代收敛过程的稳定性,采用新的上流有限单元寻找方法,极大提高了程序的计算效率。该文计算了三维同轴圆柱电极间离子流场,数值仿真结果与解析解进行对比,验证了三维改进上流元法的有效性以及效率。对直流试验线路下方房屋模型附近的离子流场进行计算,计算结果与试验数据进行对比,计算方法得到了很好的验证。对特高压输电线路下方走廊附近人体模型表面电场强度进行计算,计算结果表明,相比静电场情况,人体表面电场强度得到了显著的提高。该应用表明改进三维上流元法可以有效地解决三维大规模离子流场计算问题。

特高压直流输电线路雷电屏蔽模型试验设计

采用模型试验方法修正特高压直流输电线路雷电屏蔽性能的计算方法,并对其影响因素进行了分析.针对当前国内外已开展的模型试验、现场观测与计算方法中存在的问题和不足,结合昆明特高压国家工程实验室的试验条件和国内外已有试验与观测结果,设计了±800kV特高压直流输电线路典型间隙试验、击距模型试验和上行先导模型试验的关键参数、结构布置与试验方案.

复合绝缘子HTV硅橡胶材料老化特性的研究

针对在役复合绝缘子的老化问题,笔者分别对实验室电晕老化和现场自然老化的HTV硅橡胶材料的憎水性、泄漏电流、表面微观形貌以及化学成分等特性进行了对比研究。结果表明,电晕老化与现场老化造成材料特性变化的规律呈现一致性:电晕老化造成材料憎水性下降,且提高电晕老化强度(电压和时间)则导致憎水性恢复变慢,甚至不能完全恢复;现场老化材料的憎水性随年限不断下降,由HC1级(2年)降至HC5级(15年)。老化还造成样品的表面电阻率下降,引起表面泄漏电流增加;老化造成硅橡胶材料降解,表面缺陷增加,孔洞增加并加深,甚至产生裂纹,同时生成强极性基团等,从而引起硅橡胶机械及绝缘性能不断下降。

火焰条件下间隙的直流电压击穿特性研究

近年来,多条特高压直流线路建成投运,还有多条直流输电线路正在规划,山火严重威胁到输电线路的绝缘安全和可靠运行,研究火焰条件下间隙的直流电压击穿特性和放电机理具有重要意义,但国内外在山火条件下间隙直流电压击穿特性方面的研究较少。间隙在山火条件下击穿机理涉及火焰温度、电导率和灰烬等个因素,不同植被的燃烧特性决定了这3种因素触发放电的影响程度不同,因而击穿电压存在较大的差异。文中研究典型植被的火焰特性,利用模拟山火对不同影响因素条件下的导线?板间隙直流电压放电特性进行试验研究,分析了山火条件下间隙击穿机理。研究发现间隙在火焰中绝缘强度下降到纯空气的20%左右,直流电压下间隙的击穿存在明显的极性效应。

输电线路因山火跳闸事故统计特性与识别分析

近年极端高温干旱气候导致山火频繁发生,山火严重威胁到线路和电网的运行安全。为了提高输电线路在山火条件下运行维护与控制保护技术水平,结合220～500kV输电线路山火跳闸统计数据和火行为特性,分析输电线路因火跳闸规律和控制保护策略。输电线路因火跳闸具有明显的时空特性、重合闸成功率低、杆塔附近以及线路档中等位置为山火下的绝缘薄弱点、强送电成功率高。根据山火跳闸前的预放电电流以及故障电流和电压行波的特性能识别山火跳闸事故。结合山火的温度时间分布和线路在山火下绝缘特性,调整山火下的重合闸和控制方法能减少停电时间和降低重合闸失败对装置和系统的影响。

火焰中颗粒对间隙放电特性的影响

森林火灾易导致输电线路间隙绝缘强度下降,造成间隙放电而发生跳闸故障,严重影响电网的安全稳定运行。间隙击穿受火焰温度、带电粒子、颗粒与灰烬等的影响。为此,通过模拟山火研究了导线-板间隙在典型植被火焰条件下的击穿特性和火焰中颗粒对间隙放电特性的影响。进行了颗粒对电场畸变仿真研究,详细分析了火焰条件下颗粒触发间隙放电的机理。结果表明:在火焰条件下的颗粒触发放电特性和空气条件下有明显的不同,灰烬在山火条件下触发间隙放电具有倍增效应,能导致间隙因绝缘强度发生剧烈下降而击穿,击穿电压最多将下降为原来的1/10。

电晕放电老化对高温硫化硅橡胶材料陷阱特性的影响

随着运行年限的增加,在役复合绝缘子的老化现象逐渐凸显,严重影响电力系统的安全。为此,首先针对在不同电晕强度(电压和时间)下老化后的高温硫化(HTV)硅橡胶试样,研究了材料表面陷阱特性、表面微观形貌(SEM)和元素特性(XPS)的变化规律,然后分析了不同年限的在役复合绝缘子伞裙材料的陷阱特性。研究表明,随着电晕电压或老化时间的增加,电子和空穴陷阱密度不断增加,最后趋向饱和水平。SEM和XPS分析结果表明,老化后材料表面出现大量孔洞等缺陷,强极性基团数量增加,分别作为物理和化学陷阱对陷阱特性产生影响。对于现场复合绝缘子伞套材料,其电子和空穴陷阱密度也呈现随运行时间增加而增长的类似规律,其中空穴陷阱密度规律性好,重复性强,有望成为一种评价复合绝缘子材料老化的新型定量表征参数。

架空地线对同塔双回高压直流输电线路离子流场的影响

直流输电线路离子流场的计算中,针对外加电压、导线半径、线路高度等线路结构参数对地表电磁环境影响的讨论已很成熟,但针对架空地线半径、位置等因素影响作用的理论分析却并不多见。为此,基于Deutsch假设,编制程序计算了双极导线垂直排列试验线路地表合成场强,并与试验数据进行了比对,结果表明一致性很好。基于三沪二回典型输电线路结构,计算了极导线4种不同布置方式下的地表合成场强以及离子流密度,选出电磁环境较优的"+-/+-"布置方式用于讨论架空地线对地表电磁环境的影响。结果表明,对于不同的输电线路高度,地表电磁环境随架空地线位置变化趋势一致,且受位置变化影响极小。因此,在线路杆塔设计中,考虑防雷要求对地线位置进行调整时,无需考虑地线位置变化对线路下方电磁环境的影响。

油浸层压纸板在低场强下空间电荷的积聚特性

换流变压器油纸绝缘系统中大多采用较厚的层压纸板,但目前有关较厚纸板的空间电荷积聚特性的研究较少。为此,利用脉冲电声法(PEA),研究了低场强(<5kV/mm)较厚纸板(0.5～2mm)中电荷的积聚特性,以及水分质量分数和温度因素对油浸层压纸板空间电荷积聚特性的影响,并采用热刺激电流法(TSC)研究了不同厚度油浸纸板空间电荷积聚特性的差异。研究发现,层压纸板中的水分质量分数对空间电荷的积聚影响显著,当质量分数在0.9%～3.5%范围内时,空间电荷随着水分质量分数的增加而线性增加;温度对空间电荷的影响也很明显,当纸板温度升高到333K时,其相同时间内积聚的空间电荷密度峰值是273K时的4倍。纸板厚度对其电荷积聚的影响规律和机理还需要进一步研究。

含针尖缺陷的XLPE电缆绝缘击穿行为的频率依赖特性研究

研究了在20～300 Hz 频率范围内含针尖缺陷的电缆绝缘试样在变频电压和阻尼振荡波电压作用下的击穿特性,变频击穿采用连续升压和逐级升压两种方式.结果表明：连续升压下的变频击穿电压、逐级升压下的变频击穿电压和阻尼振荡波击穿电压分别在240 Hz、80 Hz 和170 Hz 附近出现最大值.电压形式和电场频率对含针尖缺陷电缆绝缘击穿特性的影响来源于空间电荷的注入及分布特性的差别,这种差别不仅导致击穿电压的不同,还导致击穿的微观路径产生显著变化.

基于CEEMDAN-GAF的变压器机械故障检测方法

针对基于振动信号的传统变压器机械故障检测方法中需要选择多个特征量这一缺点,文中介绍了一种基于自适应白噪声完备集成经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)与格拉姆角场(gramian angular field,GAF)的配电变压器机械故障判别方法。所提方法利用CEEMDAN对信号进行重构并应用GAF变换获得重构信号的二维图像,通过对二维图像灰度处理、二值化后将所得二值矩阵用于训练径向基函数(radical basis function,RBF)神经网络,实现对于机械故障的检测。选用一台变压器进行了故障模拟及测试,结果表明该方法准确有效。工程实际中通过持续大量采集变压器运行数据优化RBF神经网络的分类函数,可以实现不同类型故障的精准识别,具有较高的参考价值。

面向电力变压器PHM的数字孪生技术

电力变压器故障预测和健康管理(prognostics and health management,PHM)对于实现其从传统定期维修转向视情维修和预测维修进而保障设备的健康运行具有重要意义。长期以来变压器PHM技术一直停留在理论研究阶段,缺乏有效的技术体系和平台对各阶段研究成果进行集成和性能提升。数字孪生(digital twin,DT)技术加强了对变压器多物理部件运行参数的监测和集成,通过在虚拟空间多物理多尺度建模实现对变压器综合故障分析,是变压器PHM演变的重要方向。鉴于此,对面向电力变压器PHM的DT技术进行了研究,阐述了变压器PHM内涵,归纳了面向变压器PHM的DT技术框架、关键技术、面临的挑战及未来发展趋势等,分析了DT与支撑其的数据、模型、计算等之间的关系,旨在为变压器运维领域数字孪生技术研究人员提供参考。

长波紫外照射下高温硫化硅橡胶的微观物性及憎水性研究

在高温硫化(HTV)硅橡胶复合绝缘子广泛应用于高海拔地区特高压输电的形势下,研究HTV硅橡胶老化性能日显迫切。本文采用自行设计的可调式紫外老化试验箱对HTV硅橡胶进行了紫外照射加速老化实验,照射光波长为320~750nm,通过测试样品表面静态接触角评价其憎水性及变化,并利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)等研究试样微观物性变化,进一步探讨了憎水性变化机理。研究结果表明:长波紫外照射后,HTV硅橡胶表面静态接触角下降,憎水性降低,这是由于长波紫外线切断硅氧主链两侧对称排列的Si-C键,促使侧链的非极性甲基基团发生氧化,导致其对硅氧键强极性的屏蔽作用减弱,大分子链极性增加,亲水性基团(-COOH)增加。另外,部分Si-C键断裂,生成的新自由基进一步交联和氧化,导致表面孔洞生成、填充物外露、平整度下降,这也是憎水性降低的一个重要原因。

248nm紫外激光照射高温硫化硅橡胶实验及老化机理探讨

高温硫化硅橡胶(high-temperature vulcanizationsilicone rubber,HTV)通常作为特高压直流输电的复合绝缘子的外套材料,而其老化问题是危害输电线路可靠性的重要原因之一。文章通过248 nm紫外激光照射HTV进行了加速老化试验,并对照射前后样品进行了接触角、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、傅里叶红外变换光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)以及X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)测试。结果表明:在紫外激光照射下,样品接触角呈减小趋势;材料表面出现浅坑,粗糙度变大,部分填充物外露。结合FTIR和XPS的结果,初步探讨了紫外老化机理,分析认为:照射后的样品中有部分C-H键、Si-CH3键和Si-O-Si键被打断而形成自由基,同时形成了亲水性-COOH或者-CH2OH;在含氧气氛中,O和Si交联形成了SiOx(x=3或4)。紫外激光照射HTV造成了其物理老化和光氧化老化。

介质阻挡电晕放电用于聚丙烯薄膜的表面改性

聚丙烯薄膜浸渍特性是电力电容器的关键问题之一。为了改善聚丙烯薄膜的浸渍特性,采用低温等离子体技术对薄膜表面进行了改性研究。首先基于介质阻挡电晕放电原理制作了低温等离子体发生装置,研究了其放电的电学特性。然后利用该装置产生低温等离子体,应用于聚丙烯薄膜的材料表面改性处理。通过测量材料表面处理前后的表面化学元素、微观形貌和表面静态水接触角的变化,分析了等离子体处理对材料表面改性的影响。结果表明:聚丙烯薄膜经过等离子体改性处理后,表面的极性含氧基团数量增加到10%,静态接触角降低了30%,材料表面粗糙度和浸渍特性都有较大提高;其电学特性也发生了变化,处理之后聚丙烯薄膜的交流击穿电压提高了约12%。

直流输电线路下方建筑物附近离子流场的计算

直流输电线路下方建筑物附近电场分布复杂,基于Deutsch假设计算建筑物附近的离子流场在理论上会造成较大的误差,同时无法考虑风速的影响。基于上流有限元方法计算直流模拟试验线路下方房屋模型附近的离子流场,采用新型的迭代收敛控制技术,保证了迭代收敛过程的稳定性。计算结果与试验数据进行对比,得到了很好的验证。结果表明上流有限元方法适用于直流线路下方建筑物附近离子流场的计算。考虑风速的影响,计算建筑物附近离子流场,发现风速对建筑物附近合成场强以及离子流密度的影响很大,因此在计算直流输电线路下方建筑物附近电磁环境时,必须考虑风速对离子流场的影响。

复合绝缘子紫外辐射加速老化的试验方法

为了研究复合绝缘子高温硫化(HTV)硅橡胶紫外辐射老化特性,以我国高海拔(云南)地区日光中的紫外光和可见光能谱和辐射强度为依据,参照相关标准,设计并搭建了光谱成分和功率密度可调的紫外辐射老化试验箱,并对试验箱的辐射量与云南地区户外条件下的辐射量作了等价计算。进行了HTV硅橡胶紫外辐射(250-500 h)加速老化试验和户外自然老化试验。通过两种老化试验前后试样的扫描电镜(SEM)测试结果的一致性来评价紫外辐射加速老化试验方法的可行性。结果表明,紫外辐射加速老化和户外自然老化后试样表面均出现了平整度下降,孔洞和颗粒数增加,试样发生了老化。在有效辐射总量相当的条件下,两种老化试验条件下HTV硅橡胶老化程度相当。紫外辐射加速老化试验可再现性强,大大缩短了试验时间,操作简单,并为HTV硅橡胶紫外老化性能的研究提供了较好的平台,用于HTV硅橡胶加速老化试验研究是切实可行的。

DGA中三比值缺码研究初探

三比值法的011编码没有给出对应的故障类型。在收集整理油中溶解气体分析(DGA)数据的基础上,将011编码的数据与编码空间中相邻的4个编码数据进行对比分析。分析发现,故障气体含量的对数值之间存在线性关系,进而利用线性回归和假设检验的方法对线性关系进行了研究。研究表明,甲烷、乙烷、乙烯的气体含量之间存在较明显的线性关系,而氢气与烃类气体含量的线性关系略微偏弱。利用线性分析的结果,并结合故障气体含量,对011编码所反映的故障类型从定性的角度进行了初步探讨。