继电保护设备电气二次回路隐患排查研究

继电保护装置是电力系统安全稳定运行不可缺少的重要设备,能够提高系统的容错能力,减少事故的发生。文章针对当前对继电保护二次回路故障检测时极易受到单极性影响造成排查结果不准确的问题,引入神经网络算法,开展对其故障排查方法的设计研究。结合双端口稳压控制方法,采集故障检测数据,从海量故障排查数据中提取故障特征参数,利用神经网络算法对模型迭代训练,从而得到检测结果,实现对故障点的定位。通过对比实验证明,新的故障排查方法在实际应用中的抗干扰能力更强,得到的排查结果更准确,可以实现从故障发生到结束整个过程的检测。

基于有限元分析的三相共箱GIS母线温度场分布

为深入研究三相共箱GIS母线损耗发热问题,利用间接耦合法在流场中计算温度,根据流体力学理论,运用有限元法建立了三相共箱GIS母线损耗发热的三维电磁场-流场-温度场计算模型,综合分析了流体流速、重力加速度、电导率温度效应、涡流损耗、对流散热与辐射散热等多种因素对母线温度的影响,研究了三相共箱GIS母线的热源和温度分布规律。结果表明,当母线水平放置时,母线温度呈上高下低、左右对称分布,SF6气体等温线呈现S型分布,母线套管中间导体温度最高,导体上部气体温度高于下部气体温度,并通过试验验证了仿真计算的准确性。

基于有限元分析的开关柜温度场研究与优化

12kV大电流开关柜广泛用于配电网中,一般采取强迫对流的方式进行散热。文中基于有限元仿真技术和温升试验研究了开关柜在强迫对流条件下的散热过程,分析了开关柜的散热能力。通过对开关柜三维建模、热源计算和边界条件设立仿真模型,分析了开关柜温升和气流场分布情况,在降低成本和改善散热通道的基础上对开关柜进行了散热优化设计,并通过温升试验进行验证。研究结果表明:将电缆室横流风机鼓风换为等风量的轴流风机鼓风后,通过优化散热通道,开关柜温升符合国标温升要求,降低了开关柜的成本。

基于有限元分析的强迫对流条件下开关柜温升特性研究

12kV大电流开关柜广泛用于配电网中,一般采取强迫对流的方式进行散热。为研究开关柜在强迫对流条件下的散热过程,基于有限元仿真技术,分别分析了强迫鼓风和抽风两种条件下开关柜的散热能力。通过对开关柜进行三维建模、热源计算和边界条件设立,仿真分析了开关柜在强迫鼓风和抽风条件下的温升分布及气流场分布情况,并与试验结果进行对比。结果表明,开关柜在两种强迫对流条件下散热效果均较好,温升符合国标温升要求,但不同的散热方式对开关柜温升和气流场分布影响较大。

智能变电站的开关二次回路问题分析和改进

基于IEC 61850通信协议的智能化变电站应用越来越广泛,其二次设计方案中把智能组件下放安装至GIS组合电器控制柜,该方案相较常规设计具有诸多优点但也存在一些问题。提出了一种回路改进的方法,有效解决了这些问题。

基于有限元分析的断路器设计改进

通过分析40.5 k V断路器中电流互感器单元绝缘的设计特点,利用有限元分析方法计算了电流互感器单元的电场强度分布,提出了电流互感器单元局部绝缘结构缺陷和互感器空间限制、参数规格受限问题的解决方案,同时指出合理的绝缘结构设计不仅能有效地改善电场分布,提高设备性能,还可以节约成本,创造经济效益。

基于有限元法的126kV GIS盘式绝缘子内嵌金属屏蔽环的电场分布研究

为提高高压盘式绝缘子的运行可靠性,提出一种在盘式绝缘子内部增设金属屏蔽环的设计方法。采用有限元法分析绝缘子内部增设金属屏蔽环对盆式绝缘子表面电场分布的影响,并通过工频耐压试验、局部放电量监测及雷电冲击耐受电压试验进行绝缘校核。仿真数值计算及试验结果验证了绝缘子内部增设金属屏蔽环的可行性,并为工程实际GIS盆式绝缘子内部增设金属屏蔽环的设计提供了必要的数据和理论支撑。

252kV GIS用SF6/N_(2)混合气体局放特性研究

为了研究工频电压下SF_(6)/N_(2)混合气体的局放特性及其在GIS中的工程应用前景,文中设计了尖端、气隙两种GIS局放缺陷模型并进行了电场仿真分析,搭建了252 kV GIS局放试验样机,在绝缘等效基础上分别进行了不同气体混合比(2∶8、3∶7、4∶6)、不同气压(0.4、0.5、0.6 MPa)条件下SF_(6)/N_(2)混合气体的局放试验。仿真及试验结果表明:SF_(6)/N_(2)混合气体的局放起始电压、熄灭电压、视在放电量均小于纯SF_(6),说明SF_(6)加入N_(2)可以降低其对电场畸变的敏感程度。通过对比SF_(6)/N_(2)混合气体和纯SF_(6)之间的局放图谱,发现SF_(6)/N_(2)混合气体与同等工频绝缘强度的纯SF_(6)局放水平相当,在不改变现有GIS结构和设计原则的前提下可以替代纯SF_(6)。

高压直流复合绝缘子表面电荷检测装置的研制

为了研究高压直流复合绝缘子表面电荷积聚现象,研制了一套新型的可用于伞裙结构绝缘子的表面电荷检测装置。装置使用改进的电容探头,通过GPRS无线通讯方式进行数据传输,并借助于LabVIEW软件进行数据处理;设计了机械控制装置来带动探头对绝缘子进行360°精确扫描。此装置可以实现复合绝缘子伞裙和护套表面的自动精确测量。测量结果表明,在阴极端第1个伞裙表面电荷积聚量相对较大,且主要为负电荷。分析表明,伞裙表面电荷来源主要是电极附近的局部放电。

复合绝缘子表面电荷动态积聚过程的PIC/MCC模拟

局部放电是绝缘子表面电荷的主要来源。为了研究局部放电的复合绝缘子表面电荷的动态积聚过程,采用粒子网格法(PIC法)与Monte Carlo碰撞模型(MCC模型)相结合的方法(PIC/MCC法)跟踪了带电粒子运动轨迹,同时充分考虑了电子与气体分子之间的各种碰撞过程以及带电粒子空间分布对绝缘子电场的影响。计算结果表明:电子在电场作用下将运动到复合绝缘子阴极侧伞裙表面以及护套表面从而形成电荷积聚,伞裙表面电荷积聚量沿半径即径线方向先增加后减少,护套表面电荷积聚量则呈现出阴极侧较多的特点。比较计算结果与实验结果,其一致性较好,表明PIC/MCC法适用于模拟复合绝缘子表面电荷的动态积聚过程。

基于UHF传感器与以太网的GIS局部放电监测系统设计

针对传统局部放电监测采样率低、信号易受干扰、不利于实时监测，而超高频（ UHF）传感器进行局放监测因设备通信速度慢、无法故障录波的问题，设计了一种基于UHF传感器与以太网的气体绝缘开关设备（ GIS）局部放电监测系统。该系统由一个主控采集系统和若干个传感器模块组成，传感器模块获取局部放电产生的UHF电磁波信号0.3～2 GHz，通过对数检波电路降频至2～10 MHz；主控采集系统采集该信号，通过SDRAM缓存后经以太网发送至变电站管理员，实现对GIS局部放电高速实时在线监测。测试实验结果表明：该系统功能强，速度高，工作稳定，监测范围广，当局部放电发生时，系统能实时发送报警信号，并可提供故障信号波形用以故障分析。10/100 M以太网通信实际速度可达500 kB/s，比传统的RS—485通信速度提高90倍以上。

基于稀疏表示分类算法的复合绝缘子憎水性检测方法

复合绝缘子表面憎水性的检测是判断其防污闪性能的主要手段之一.本文引入稀疏表示分类算法实现了对复合绝缘子憎水性图像的检测分类.运用最小一范数方法计算稀疏表示系数,通过计算最小残差图像来搜索与测试图像最匹配的训练样本图像,从而准确识别出检测试样的憎水性HC等级.该算法避开了一般模式识别算法中较复杂的特征提取环节,为复合绝缘子憎水性图像识别检测提供了新的思路.实验结果表明,该方法能有效地应用于复合绝缘子憎水性图像的分级.

GIS局部放电检测的有源外置UHF传感器设计

针对传统无源外置局部放电超高频(UHF)传感器频带窄、增益低、容易引入噪声的问题,研究并设计了基于有源集成天线(AIA)技术的有源外置传感器。传感器通过宽频带天线接收局部放电产生的电磁波信号,在天线介质板上直接由有源对数检波器放大信号进行包络检波,省去了传统设计中的平衡不平衡转换与射频传输线,降低天线前端的匹配损耗,改善传感器的频带、噪声和增益。测试结果表明:传感器中心频率为900MHz,驻波比小于2的频带为730MHz^1.05GHz,传感器输出信号峰值为5V,频率为2~10MHz。该传感器抗干扰能力强,增益高,适合GIS局部放电的检测。

高压同轴GIS母线三维磁-热耦合场的计算与分析

以110kV高压同轴GIS为研究对象,通过建立GIS母线的三维电磁场的计算数学模型及磁-热耦合场的有限元仿真模型,同时考虑GIS三相母线,对GIS母线的电磁场及涡流损耗进行了计算.为了分析GIS屏蔽外壳涡流损耗对其温度场影响,结合传热学理论,对比分析了不考虑外壳涡流损耗及考虑外壳涡流损耗两种情况下GIS母线及外壳的温度场分布.仿真结果表明,由于内部空间气体对流作用,GIS内部温度场分布不均匀,导体与屏蔽外壳间的温度呈现上高下低、左右对称的特征,中心导体的顶端是主导体的最高温度点;外壳涡流损耗对温度场分布有一定的影响,温升差在0.5℃左右.本文的研究工作为校核高压GIS的可靠性提供重要的理论参考.

110kV GIS抗震仿真分析

使用ANSYS Workbench有限元软件,用反应谱法对ZF48-126型110 k V进出线气体绝缘全封闭组合电器(GIS)进行抗震计算研究.在模拟GIS正常运行条件下得到GIS整体结构的位移、速度、加速度动力响应及等效应力响应,分析了重心位置对GIS整体结构固有频率的影响.结果表明:该型GIS设备满足AG5(0.5g)抗震水平,但出线套管会产生相对剧烈颤动,不利于GIS安全运行,降低重心位置能有效避免共振,提高低阶固有频率.仿真结果与认证实验数据具有一致性,可以为其他高压电器产品的抗震设计提供借鉴.

考虑运行方式的分布式电源多目标优化配置

配电网运行方式不同,分布式电源多目标优化的侧重点也不同。提出了一种考虑运行方式的分布式电源多目标优化配置模型,该模型从系统风险性和经济性两方面综合评价DG接入对配电网的影响,根据配电网运行状态的改变,通过改变改进Delphi法的指标权重值调整综合指标的组成。模型求解时,先对目标函数进行无量纲化处理,再采用混沌变异的粒子群算法得出DG最优配置方案。通过算例IEEE-33母线节点系统表明,提出的优化目标函数满足不同运行状态下的优化要求,能有效地改善系统的运行条件,提高系统运行的安全性和经济性。

考虑储能的配电网预防重构策略

预防重构能够确保配电网在一定安全裕度下运行,但网络拓扑频繁变化会降低系统稳定性,增加运行成本.考虑到储能充放电特性和网络最大供电能力,以一天内重构次数最少为一级目标函数,以储能最大出力能力和最大供电能力指标为二级目标函数,建立配电网多级目标预防重构模型.提出储能充放电和重构的动作策略和联合提升最大供电能力的方法,在最大供电能力指标低于安全警戒线时优先利用储能调节,不足时再联合网络重构调节.采用广义简约梯度算法和混合粒子群算法对模型进行求解.最后,以IEEE-33节点配电系统为例的计算分析结果表明,在预防重构中利用储能的备用调节作用,可避免拓扑频繁发生变化,验证了本文模型和策略的可行性.研究成果对于利用预防重构提高配电网运行安全可靠性具有一定参考意义.

高压电缆附件局放电磁脉冲传播特性及电容型传感器性能研究

应用Ansoft HFSS软件对高压电缆附件中的局放电磁脉冲传播特性进行建模仿真,对不同局放位置的电磁波传播特性进行分析,在此基础上研制了适用于电缆附件中局放检测的内置电容型传感器,同时对传感器的等效电路模型进行分析,探讨影响传感器性能的各种因素。结果表明:该传感器抗干扰能力更强,具有较高的灵敏度,适用于电缆附件的局放检测。

基于改进功率树的含分布式电源配电系统孤岛划分

配电网故障后需要在短时间内做出尽可能保障关键负荷供电的策略。本文提出一种含分布式电源的配电网孤岛划分新模型及对功率树进行改进更新的方法。采用"分块—求解—修正"3步骤的求解策略:首先形成基本功率树,再利用改进方法对功率树进行合并、拓展、删除、更新操作,形成最大可能恢复供电范围的功率树分块;然后利用基于二进制的组合变异粒子群算法对功率树逐个进行最优求解;最后对形成的划分方案进行分析调节,使孤岛能稳定运行。所建立的模型计及了负荷的优先级以及功率平衡、节点电压和网络拓扑等约束,符合实际要求。利用该方法能够更快地找到全局最优划分方案。算例的计算结果验证了该方法的有效性。

计及运行风险的分布电源多目标优化配置

针对配电网运行中面临的不确定性因素以及传统的确定性安全准则的缺点,将风险理论引入到分布式电源优化配置中。综合考虑系统运行中可能发生的故障概率及其严重后果,评价系统所处的风险水平,并将系统的运行状况量化得出风险指标,进而构建基于运行风险的分布式电源多目标优化配置模型。该模型以同时降低系统运行成本和运行风险为目标函数,采用改进的粒子群算法获取系统运行成本和运行风险之间的权衡关系,辅助工作人员进行决策。通过算例分析计算结果,验证了该方法的合理性与可行性。