防御输变电装备故障导致电网停电事故的基础研究

现代社会中,电网是大中城市运行和国民经济发展的命脉,电网一旦发生重大事故引起大面积停电,将会对国民经济发展造成严重的影响,而且还会影响人民日常生活甚至引起社会公共安全问题。因此,世界发达与高速发展中国家都高度重视电网的安全运行。多年的电网运行经验表明,输变电装备的故障是引起电网重大事故的主要源头。只有高度重视输变电设备的安全可靠运行,才能从源头上建立第一道防御系统,减少电网重大事故的发生,降低因电网大面积停电带来的损失。我国在实施"西电东送、南北互供、全国联网"中长期战略、特高压输电系统和智能电网建设中,在工程技术需求层面上还存在许多亟待解决的相关科学问题和技术难题。为此,2009年国家立项了"防御输变电装备故障导致电网停电事故的基础研究"国家重点基础研究发展计划(973计划)项目。本文就项目的立项背景、研究内容及取得的成果进行介绍。

环境介质对介质阻挡放电降解SF_6影响的实验

由于SF_6具有极高的温室效应潜在值且其在大气中的寿命长,SF_6的介质阻挡放电(DBD)降解技术一直是环保领域的热点和难点问题。当反应器放置在不同环境中时,由于反应器外电极与阻挡介质间的非完全接触以及不同环境介质的性质不同,介质阻挡放电的放电特性与反应器的温升会存在差异,从而影响SF_6的降解。该文测量油浸环境和空气环境中介质阻挡放电反应器的放电特性和温度变化,并通过比较两种环境中SF_6的降解率、能量效率和最终降解产物,对比去除SF_6气体的效果。实验结果显示,尽管油浸环境中反应器温度相对较低,但测得的放电功率明显高于空气环境中,有更多的能量用于降解SF_6,从而提高了SF_6的降解率,同时能量效率也有所提升,这表明油浸式的反应器可提升DBD降解SF_6的效果。

电力变压器用绝缘纸热老化的微观结构及形貌研究

对绝缘纸在热老化过程中微观形貌、纸纤维的结构以及其超微结构等的变化发展进行研究。通过对比绝缘纸样品的原子力显微镜图片,发现初始绝缘纸纤维素的原子排列致密而有序,但经过加速热老化后葡萄糖单体的六边形结构受到破坏。此外,通过扫描电镜照片可以发现纤维素的细胞壁在老化过程中逐渐破裂,同时纤维素的长度及粗度均有减小。通过X光衍射分析显示绝缘纸样品的结晶度及晶粒尺寸在老化过程中逐渐减小,但仍保持原有的纤维素晶型和两相共存的微细结构。试验证明,绝缘纸老化的微观结构研究对进一步了解绝缘纸纤维老化的发展过程及其老化机理有很好的帮助。

检测SF_6气体局部放电的多壁碳纳米管薄膜传感器

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)的局部放电检测和气体组分分析,对设备运行状态的诊断和评估有着重要的意义。提出一种新的SF6气体中局部放电产生的分解气体检测方法,并研制用于检测SF6局部放电的多壁碳纳米管薄膜传感器。采用一种混酸修饰方法实现了对碳纳米管的官能化修饰,对修饰前后的碳纳米管进行了透射电镜和红外光谱分析。在实验室采用SF6气体分解组分试验装置,对研制的多壁碳纳米管薄膜传感器进行了分解气体检测试验,试验结果表明,研制的MWNTs传感器缺陷多,并含有活性官能团,对SF6气体分解组分吸附能力强,表现出良好的灵敏度和快速响应特性,能反映出分解气体组分的总体情况。

基于悬臂梁增强型光声光谱的SF_6特征分解组分H_2S定量检测

H_2S作为SF_6分解产生的关键特征组分,能够有效反映SF_6气体绝缘电气设备内部绝缘故障的严重程度及故障是否涉及固体绝缘材料。采用新型硅微悬臂梁传声器与分布反馈式半导体激光器搭建了悬臂梁增强型光声光谱痕量气体检测系统,以H_2S气体v1+v2+v3泛频吸收谱带中心波数为6 336.62 cm-1的吸收谱线作为研究对象,仿真研究了H_2S气体的红外吸收特性,试验研究了H_2S气体悬臂梁增强型光声光谱响应特性,采用最小二乘回归分析了H_2S气体光声信号与其体积分数的关系。结果表明,在气体吸收未饱和的情况下,光声信号强度与H_2S体积分数之间存在良好的线性关系,系统对N2中痕量H_2S的检测下限为0.84×10-6,对SF_6中痕量H_2S的检测下限为1.75×10-6。研究结果为采用SF_6分解组分法判断设备内部绝缘故障类型和严重程度提供了有力的数据支持。

沿绝缘介质表面的气体放电等离子体模型

高压直流断路器的断口沿面绝缘性能失效已经成为阻碍直流开断技术发展的主要难点之一,而目前对沿面放电的动态发展规律和放电模型研究还很不完善。该文基于二维自洽流体模拟,建立了N_2/O_2等离子体沿面放电模型,考虑带电粒子的连续性方程和电子能量平衡方程,并耦合泊松方程求解。研究结果发现平板电极中放电由两端向中间发展,累积的表面电荷极性与外加电压一致。根据放电电流波形可判断沿面放电的发展阶段,其中电晕放电阶段电流幅值小且稳定,流注放电阶段电流有小幅波动,火花放电阶段出现电流激增。沿面放电发生在绝缘柱表面的薄层中,其中正、负空间电荷混合存在。并从沿面放电发展速度和表面电荷密度分布两方面验证了该等离子体模型的正确性。

基于负载试验的换流变压器振动信号与绕组电流及测点位置特征分布规律分析

理论推导了换流变压器绕组电流与振动信号的数学关系式,并结合负载试验对数学关系式及箱体表面测点振动信号差异化分布规律进行了分析和验证。

低温等离子体处理SF_6废气综述

低温等离子体废气处理技术正越来越引起人们的重视,它是未来环保产业的重要发展方向。由于强温室气体SF_6本身的理化特性,等离子体处理SF_6面临着更多的挑战,目前该方面的研究综述鲜见。本文尝试根据国内外已有的文献资料,阐述了等离子体处理SF_6的反应机理和其三个评价指标,从射频、微波和介质阻挡放电三种主要的处理SF_6的等离子体出发论述了降解过程各个因素对降解率、能量效率以及最终降解产物的影响。同时,提出了等离子体处理SF_6需要进一步解决的问题和今后的研究方向,并对其工业化进行了可行性分析。

变频器供电下定子磁动势引起的永磁同步电机转子损耗分析

随着分数槽集中绕组和高速高密度永磁同步电机的广泛采用,转子损耗受到越来越多的关注。在众多影响因素中,对其影响最大的当属定子磁动势谐波。在深入分析非正弦供电下电枢绕组磁动势的基础上,基于Steinmetz铁耗分离模型并考虑各次谐波路径不同提出一种转子损耗影响因子,该影响因子越大,电机的转子损耗就越大,反之亦然。采用所提出的转子损耗影响因子对8极9槽和8极48槽两种典型结构的转子损耗进行了分析,并通过有限元对两种结构的转子损耗进行了数值计算,说明了所提出的分析方法的有效性。

计及谐波影响的在运换流变压器振动信号特性分析

本文中作者基于在运换流变压器现场振动测量试验,实时采集了箱体表面振动信号网侧与阀侧电压、电流信号,分析了谐波成分及含量,研究了谐波影响下换流变振动信号频谱分布规律。