基于渐进圆锥天线的ns前沿电磁脉冲电场传感器

为了对ns级上升沿的电磁脉冲电场进行测量,研制了一种基于D-dot渐进圆锥天线的电场传感器。设计采用单极子渐进圆锥天线作为电场传感器的接收天线,并通过建模仿真验证了该天线的性能;通过电光转换模块将天线感应的电信号转换为光强度信号并通过光纤传输;利用软件积分对传感器测得的电场微分信号进行处理;通过测试试验验证了传感器的性能。研究表明,所研制的电场传感器能够测量上升沿大于1.5ns的脉冲电场,具有体积小、线性度高的优点。

基于威布尔分布的油纸套管寿命预测模型

为研究油纸套管的寿命分布以及发生层间击穿后的剩余寿命,结合绝缘材料寿命的威布尔分布理论,建立了套管绝缘层寿命模型。并利用蒙特卡罗方法仿真计算了某型号110 k V油纸套管的寿命分布以及发生层间击穿后的剩余寿命分布。研究表明,该型号油纸套管的寿命符合形状参数为19.68,尺度参数为22.05的威布尔分布。当发生一层和两层击穿之后,形状参数分别减小为5.47和0.22,这意味着发生层间击穿之后由于电场分布的改变使得套管的寿命会迅速减小,层间击穿对于套管内绝缘是一个自加速过程,这对油纸套管的监测与检修具有一定的意义。

超导限流式直流开断技术1:超导限流研究

高压直流断路器的成功研制是直流多端输电系统和直流电网发展的关键。目前高压直流断路器的发展方兴未艾,但开断的短路电流值仍然有限,笔者提出了一种基于超导限流技术的高压直流断路器,可以极大提高短路电流的开断能力。该直流断路器由直流超导限流模块和开断模块组成,文中的研究内容为超导限流模块的快速限流特性、电流转移特性、大电流耐受特性。实验结果表明,超导限流模块具有快速的限流特性,在1 ms内即开始限流,能将几十千安培甚至上百千安培的短路电流限制在几千安培,施加磁场后的超导限流模块具有宽电流限制能力。所提出的直流断路器将超导限流技术和直流开断技术有效结合,具有反应迅速,开断电流大,可用于高电压场合的优势,是一种有发展前途的高压直流断路器。

高压直流断路器研究综述

高压直流(HVDC)电网是解决可再生能源大规模接入的重要途径,而高压直流断路器(HVDC CB)是直流电网发展的瓶颈问题。笔者针对高压直流输电技术的发展趋势,分析了高压直流电网对高压直流断路器的需求;介绍了各种直流开断方法的基本原理,并分析了其在高压直流电网中应用的可行性;着重介绍了混合式高压直流断路器和基于人工过零的高压直流断路器的研究和发展现状,对其开断过程进行了较为详细的分析,并对其进一步的研究中的关键问题给出了建议。

基于Saber的风力发电系统建模及仿真分析

采用专业软件 Saber,结合 MAST 语言的编写,搭建了直驱式变速恒频风力发电系统的主电路模型和控制电路模型,并对该模型进行了仿真分析,分析结果说明了直驱式变速恒频风力发电系统的良好运行特性。另外,建模中根据仿真时间及仿真速度的要求,基于开关周期远小于仿真时间以及输出滤波器设计较好的假设,可在一定条件下忽略电力电子系统中开关作用的影响,建立该系统的平均模型,给出数值仿真结果,其仿真结果之间的比较验证了平均模型的可行性及有效性。

电流驱动型超导故障电流限制器

随着国民经济的发展,电力系统的短路电流水平不断增加,对系统中的电力设备造成了日益严重的热冲击和机械冲击。为了限制短路电流,文中提出了一种基于超导带材特殊的电阻特性的电流驱动型超导故障电流限制器,由超导带材、并联阻抗、真空断路器、电磁斥力机构等部分组成。文中通过实验研究了失超电阻特性,以及超导带材与并联阻抗的分流特性,利用仿真研究方式分析研究了电磁斥力机构的运动特性。在此基础上,对电流驱动型超导故障限流器的工作原理进行了阐述。通过研究,可以看出超导带材具有集检测、触发和限流于一身等特点,并联阻抗能够很好地起到分流和保护带材的作用;电流驱动型超导故障电流限制器能够实现广范围内的限流效果并满足系统重合闸要求。文章的最后,以126kV的电流驱动型超导故障电流限制器为例,计算了其交流损耗。当流经超导带材的电流为临界电流的75%时,运行损耗功率仅为715.7 W,说明其交流损耗较小。

一种由直流后备式熔断器和直流真空负荷开关构成的直流组合电器

提出了一种由直流后备式熔断器和直流真空负荷开关串联组成的直流组合电器,对其直流开断特性进行了仿真和实验研究。新型直流组合电器可完成直流电流的全范围开断:当开断额定电流和过载电流时,采用真空直流负荷开关利用人工电流过零法开断电流,此时后备式熔断器不动作;当开断大过载电流和短路电流时,采用后备式直流熔断器直接开断大电流,也可以将大电流限制至较低幅值再采用真空直流负荷开关进行分断。实验结果证明,该直流真空负荷开关可以在5 ms内成功开断200 A至1.7 k A的直流电流,直流后备式熔断器可以开断1.7 k A及以上的直流电流。

超导限流式直流开断技术2:开断模块仿真分析

文中提出了一种新型的基于超导限流技术的自激型直流断路器,该断路器由超导限流模块和直流开断模块组成。笔者的研究目标是分析直流开断模块的自激开断过程以及相关参数对开断过程的影响,验证原理可行性。文中研究了该超导限流式直流断路器在不同额定电压下(10、100、320 k V)开断的可行性。通过研究10 k V的额定电压下交换回路参数和电弧参数对开断特性的影响,100 k V额定电压下仿真开断模型工作过程,320 k V下限流模块和开断模块配合原理,得出该直流断路器原理可行。开断的时间随着电容值和电弧功率损耗因数的增大而减少,随着电感值和电弧时间常数的减小而降低;限流模块和开断模块可以很好的配合;此断路器能在不同电压等级下实现短路电流的开断。

基于支持向量机的高压断路器机械状态预测算法研究

机械故障是高压断路器运行过程中的主要故障之一,对高压断路器开展机械状态评估与预测,对提高高压开关设备和电网运行可靠性具有重要意义。文中基于支持向量机进行了高压断路器机械状态预测算法的研究。支持向量机是一种统计机器学习算法,以结构风险最小化为训练目标,能够很好地解决过学习、维数灾难、局部最优等传统机器学习算法遇到的问题。在具体的算法实现中,文中利用断路器前几次动作的触头行程和操作线圈电流曲线来预测下一次或者后几次动作数据。利用预测出来的机械动作数据对高压断路器进行故障诊断,可以发现高压断路器潜在的问题,从而达到机械状态预测的目的。此外,文中通过归一化、交叉验证、网格搜索等方法来确定算法参数和提高算法精度。最后,以高压断路器机械寿命试验数据为例测试了该算法,结果表明该算法能够很好地训练并预测机械动作行程曲线和操作线圈电流曲线。

基于正交试验设计的40.5kV真空断路器电磁斥力机构储能电容优化设计研究

电磁斥力机构应用于40.5 kV真空断路器可以提高其开断速度,从而提高电力系统稳定性。文中选取励磁线圈匝数、储能电容量和充电电压这3个主要参数进行综合优化研究,旨在确定40.5 kV真空断路器中电磁斥力机构储能电容能量最小的参数设计方案。对3个试验因素设立3个水平,采用正交试验设计的方法安排9次试验,并建立有限元模型进行数值模拟试验,然后对试验结果进行回归分析和优化。研究结果表明,对于斥力盘的运动特性,充电电压影响最显著,储能电容量次之,励磁线圈匝数最弱。斥力盘运动平均速度与3个设计参数间的回归方程为v=-10.583+0.071N+0.018U+0.169C。最后,确定了参数设计方案,在充电电压600 V,储能电容20 m F,线圈20匝时,储能电容能量最小为3.6 k J。

基于最优合闸速度设计126kV真空断路器操动机构凸轮轮廓

文中以合闸过程中燃弧时间最短为目标,提出了设计高电压等级真空断路器凸轮轮廓的方法。首先,通过实验确定合闸速度特性。得到126 kV真空断路器合闸燃弧时间与预击穿速度的数学关系,表明在预击穿速度为1.15 m/s时,126 kV真空断路器的合闸燃弧时间最短;其次,由上述方法得到真空断路器合闸行程曲线确定凸轮轮廓线。根据合闸行程曲线上每个点确定弹簧操动机构主轴转角,并根据合闸弹簧所需要的能量确定机构储能轴转角,然后由主轴转角与储能轴转角的比值确定凸轮的轮廓曲线。最后,根据上述凸轮轮廓设计方法编制了凸轮设计软件,利用该软件设计的凸轮在ADAMS仿真软件中对整机进行仿真计算,仿真结果得到预击穿速度为1.18 m/s,表明此设计能很好的满足设计要求。

126kV真空断路器触头合闸冲击力的测量及仿真分析

文中研究目标是确定126 kV真空断路器触头合闸冲击力的大小以及相关因素的影响。利用PVDF压电传感器测量了合闸过程中触头冲击力曲线。得到合闸速度约为1.5 m/s时冲击力峰值为97 995 N,持续时间为0.487 ms。通过Ansys/LS-DYNA软件仿真研究了触头的凸台直径、材料弹性模量、合闸速度以及触头弹簧力对合闸冲击力的影响。仿真结果表明:触头凸台直径对触头冲击力基本无影响;触头材料弹性模量增大时,触头冲击力峰值增大,冲击力持续时间减小;触头合闸速度以及触头弹簧力增大时,触头冲击力峰值增大,冲击力持续时间基本不变。

真空开关容性电流开断技术

文中针对目前真空开关在电容器无功补偿领域应用情况,介绍了真空开关电容器投切过程机理及两种检测真空开关容性电流开断能力的合成试验回路设计方案,并分析了目前几种常见真空开关容性电流开断技术特点。此外,介绍了文中开发的纳秒连续脉冲老炼技术。根据实验结果,纳秒连续脉冲老炼技术能有效降低容性电流开断后重击穿概率和重击穿概率分散性,因此该技术对提高真空开关容性电流开断能力具有显著效果。文中期望对促进真空开关的容性电流开断技术的不断进步有所帮助,从而使得真空开关能在容性无功补偿领域向着更高的电压等级迈进。

高压断路器电弧电压测量的导体附加压降消除方法

电弧电压测量是研究开断电弧特性的重要手段。针对目前电弧电压测量中存在的试品内导体附加压降不方便消除的问题,文中提出了一种附加压降消除方法,并研制出一套126 kV高压合成试验电弧电压测量系统。该系统在12~126 kV电压等级合成试验中得到了验证,该系统可在一次试验中获取导体附加压降消除所必须的数据样本,避免了正式试验前再进行额外短路试验,使得测量简单方便。

老炼后真空灭弧室触头表面击穿位置分布研究

文中目标旨在研究纳秒级连续脉冲电压对老练后真空灭弧室触头表面击穿位置分布的影响。采用屏蔽罩留有观察窗的玻璃外壳12 kV商用真空灭弧室与高速摄影仪(CCD),研究不同触头开距条件下纳秒级连续脉冲电压幅值、频率对触头表面击穿位置的影响。研究结果显示,在纳秒级脉冲电压作用下,真空灭弧室触头间隙击穿后,其击穿位置在触头表面的分布服从高斯概率密度分布;击穿位置在触头表面分布趋向于中心位置;击穿位置随脉冲电压频率的增大而更趋均匀,随脉冲电压幅值的增大而更趋集中,随触头开距的增大而更趋于集中。此外,触头表面不平衡度对脉冲电压击穿位置具有显著影响,随触头表面不平衡度的提升,击穿位置呈加剧集中,且集中点μ趋向于触头边缘间隙h较小的一侧。

短路电流直流分量对断路器电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流的影响研究

随着电网容量的不断增大,电力系统短路电流直流分量的时间常数有很大可能大于其标准时间常数45 ms。目前非对称短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律尚无研究。因此,文中研究目标是获得短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律。基于高压断路器内部结构建立电弧物理焓流仿真模型,分别研究气体断路器开断对称电流和非对称电流时,燃弧阶段的关键电弧参数如电弧长度、压气室压力、喷口处气体质量流等参数的变化规律。研究结果显示:相同燃弧时间条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时,电弧长度变化不大,而燃弧过程中压气室压力、气体质量流略有增加。而在相同分闸时刻条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时的燃弧时间有可能更长,导致电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流数倍增长。然而,无论是在相同燃弧时间条件下,还是在相同分闸时刻条件下,上述关键电弧参数的变化使气体断路器的KEMA黑盒电弧模型计算得到的断路器开断能力的变化明显小于短路电流直流分量的增长所要求断路器需达到的开断能力量级。研究结果解释了断路器开断高直流分量的短路电流时,开断易于失败的原因,并可为提升高压断路器非对称短路电流开断能力提供理论依据。

基于KEMA电弧模型的SF6断路器直流分量开断能力研究

电力系统短路电流中直流分量的衰减时间常数超过现有断路器的标准时间常数将导致断路器实际开断能力下降,因此亟需研究直流分量对高压断路器的影响以准确评估其开断能力,防止开断失败造成重大损失。文中提出基于KEMA电弧模型研究SF6断路器直流分量开断能力的方法。首先,将KEMA模型引入直流分量开断仿真中,给出额定开断能力对应的临界电弧参数获取方法,然后使用临界参数仿真实际含更高直流分量的短路电流,最后用该方法验证宁夏电网断路器的实际开断能力。研究结果表明,当断路器的额定开断能力包含20%的直流分量时,气体燃弧的功率升高,临界电弧参数如散热功率常数比不考虑直流分量时大,电弧时间常数比不考虑直流分量时小,因而其能够成功开断实际短路电流。因此,在获得高压SF6断路器的额定开断能力后,可应用该方法评估高压SF6断路器在系统实际直流分量时的开断能力,提高系统的可靠性。