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網絡首發 |《電工技術學報》2024年5月16日更新

網絡首發 |《電工技術學報》2024年5月16日更新

《電工技術學報》是中國電工技術學會主辦的電氣工程領域綜合性學術期刊,報道基礎理論研究、工程應用等方面具有國際和國内領先水準的學術及科研成果。中國工程院院士馬偉明任《學報》編委會主任,兼《學報》主編。

基于控保協同的柔性低頻輸電系統電流差動保護性能提升方案

作者:鄭濤, 康恒

摘要: 低頻輸電是一種兼具傳統交直流輸電技術優勢的新型輸電技術,在海上風電送出、城市電網柔性互聯等場景具有良好的應用前景。當柔性低頻輸電系統低頻線路不對稱故障時,子產品化多電平矩陣變換器(M3C)通常采用故障控制政策實作相應的控制目标,使得故障電流的特征受到影響,進而影響線路保護的性能。

文中分析了M3C電容電壓不均衡原因,針對電容電壓均衡控制限制M3C負序電流自由度問題,采用一種基于環流控制的電容電壓均衡政策,實作了M3C電容電壓均衡控制與負序電流控制互相解耦。其次,基于電流差動保護動作特性,提出一種基于控保協同的柔性低頻輸電系統保護性能提升方案。

該方案以提升電流差動保護的性能為目标,綜合M3C故障控制政策确定負序電流控制方案,并結合M3C橋臂過流問題選取負序電流參考值。最後,在PSCAD /EMTDC中搭建了相應的柔性低頻輸電系統仿真模型,通過大量的仿真實驗,驗證了所提方案的可行性和有效性。

基于彈性範數的接地網電阻抗成像算法

作者:張維哲, 張承乾, 劉建生, 張亮, 馬文博

摘要:電阻抗成像(EIT)技術作為一種非侵入式成像方法,已成為接地網腐蝕診斷的研究重點之一,然而現有算法下的圖像重構效果均不理想。為了對變電站接地網進行準确的腐蝕診斷,該文提出了一種L1-L2彈性範數算法對接地網EIT逆問題模型進行修正,以獲得更接近真實值的接地網電阻率的解,進而提高腐蝕診斷的準确性。

首先,介紹了EIT技術在接地網腐蝕診斷中的基本原理;其次,對L1範數、L2範數、一步牛頓法(NOSER)以及L1-L2彈性範數等四種算法作用下的接地網仿真模型進行算例分析,并搭建鍍鋅鋼模型進行實驗驗證;最後,引入圖像相關系數和圖像相對誤差等評價标準對四種算法下重構的接地網圖像進行評價。

結果表明,該文所提算法在改善接地網EIT技術病态性與欠定性方面效果良好,與其他三種算法相比,圖像相關系數平均提升了32.19%、相對誤差平均降低了22.54%。該算法的提出增強了EIT技術在接地網腐蝕診斷中的應用。

含水率對環氧浸漬紙低頻介電弛豫過程的影響研究

作者:張宏亮, 黃甯, 劉鵬, 金海, 彭宗仁

摘要:環氧複合材料是特高壓直流套管電容芯體的主絕緣材料,受潮會對套管造成較大影響。為了明确含水率對環氧複合材料低頻介電弛豫過程的影響,該文制備了環氧樹脂和環氧浸漬紙兩種試樣,測量了不同濕度環境下兩種試樣的吸水特性和低頻介電特性。綜合運用Havriliak-Negami模型、複交流電導率、複電模量三種介電弛豫模型對介電譜資訊進行拟合分析,得到了環氧浸漬紙中纖維素σ極化和界面極化的弛豫強度、弛豫時間、活化能等介電特性參數。

結果表明:含水率對環氧試樣的低頻介電特性影響很小,而對環氧浸漬紙試樣低頻介電特性影響明顯;水分會降低環氧浸漬紙試樣σ極化活化能,提高σ極化介電弛豫強度;含水率的提升也會使環氧浸漬紙直流電導率增大,減小界面極化時間常數,增強界面極化介電弛豫強度。該文量化分析了環氧浸漬紙低頻介電弛豫過程中含水率的影響程度和影響機理,為特高壓直流套管受潮狀态評估提供了理論基礎。

高壓大功率IGBT用液晶環氧性能研究(一):電氣絕緣特性

作者:王争東, 曹曉龍, 楊淦秋, 羅盟, 周遠航

摘要:随着絕緣栅雙極型半導體(IGBT)在工業應用上向高電壓、大功率方向發展,對其散熱、耐熱、絕緣性能提出了更高的要求,亟須研制出一種高性能的絕緣灌封材料。該文提出利用聯苯型環氧單體與聯苯胺固化劑雙液晶分子構築液晶疇,着重調控材料熱學及電氣性能。

系列論文(一)研究了其相關熱性能,研究表明通過利用液晶聯苯胺固化劑與聯苯液晶環氧建構具有π-π堆砌液晶疇及高交聯密度網絡結構的固化物,其玻璃化轉變溫度Tg可達247°C,與傳統雙酚A型環氧的Tg相比提高了76.4%,表現為熱導率提升至0.351 W/(m·K),相對雙酚A環氧提高了64.0%。此外,通過分子動力學模拟對交聯聚合物的自由體積、Tg、熱導率等微觀參數及宏觀性能進行了機理分析。

高壓大功率IGBT用液晶環氧性能研究(二):電氣絕緣特性

作者:王争東, 曹曉龍, 楊淦秋, 羅盟, 周遠航

摘要:高壓大功率IGBT用灌封材料絕緣失效是制約其快速發展的關鍵因素之一。由兩篇論文組成的系列論文旨在通過建構液晶疇的研究思路協同提升環氧絕緣灌封材料的導熱、耐熱和電氣絕緣性能。

該文是系列論文(二),對液晶環氧樹脂的擊穿特性、局部放電、陷阱能級和介電特性等進行了研究,研究結果表明,通過π-π自組裝構築的液晶疇可有效地降低環氧固化後的自由體積,進而抑制載流子遷移,與雙酚A環氧相比,展現出更高的擊穿場強(126.72 kV/mm)和更低的局部放電量(1.37 pC)。熱刺激去極化電流研究表明,該聯苯環氧-聯苯固化劑雙液晶交聯材料具備較高的陷阱能級,捕捉電子能力增強。

此外,利用分子動力學模拟軟體仿真計算了交聯體系自由體積、電場下均方位移、擊穿場強等參數,并對材料的電氣性能機理進行了分析。研究結果可為新型環氧樹脂在高壓大功率IGBT灌封絕緣材料領域的工程應用提供一定參考。

GIS局部放電光信号檢測技術及光學圖像診斷方法

作者:李澤, 錢勇, 劉偉, 臧奕茗, 盛戈皞, 江秀臣

摘要:光測法是一種有效的局部放電檢測技術。為研究典型局部放電的光學特征和光學圖像診斷方法,搭建氣體絕緣局部放電光電聯合檢測實驗平台,實作光信号和電信号的同步采集。随後分别采用導光柱法和熒光光纖法對SF6氣體中典型放電光信号進行實驗測量和統計分析,對比研究兩種光學檢測方法的放電特征參數,包括起始放電電壓、相位分布、脈沖幅值和數量等。在此基礎上,利用導光柱采集的典型局部放電信号,提出一種基于金字塔梯度直方圖(PHOG)特征的局部放電光學圖像故障診斷方法。結果顯示該模型診斷準确率達90.4%,驗證了基于導光柱的局部放電光學檢測與診斷的可靠性。

基于非色散紅外原理的GIS裝置内部SO2含量高精度檢測方法

作者:陳玉坤, 褚繼峰, 阮卓奕, 李浩源, 楊愛軍, 袁歡, 榮命哲, 王小華

摘要:氣體絕緣開關裝置(GIS)内部放電會導緻SF6氣體分解出SO2等特征産物,可以根據SO2含量反演放電故障的嚴重程度。然而,現有的SO2氣體傳感器在檢測精度、制造成本、裝置體積、交叉敏感等方面無法兼顧。而且,GIS裝置運作環境溫度複雜多變,很容易導緻傳感器漂移失效。

是以,該文設計了一種基于非色散紅外(NDIR)原理的雙通道SO2檢測裝置,同時提出了一種基于多項式拟合系數修正的寬範圍可遷移溫度(0~40°C)補償方法,可在1 000 μL/L量程内實作對SF6背景下SO2的準确檢測,平均檢測誤差小于±2.8%。

通過模拟不同強度的SF6氣體放電,獲得了27~118 μL/L濃度SO2的SF6分解産物。根據氣相色譜儀的對标檢測結果,所設計的SO2檢測裝置平均檢測誤差為±3.8 μL/L,證明了該SO2檢測裝置在GIS裝置放電故障線上監測領域的巨大潛力。

媒體阻擋放電等離子體處理變壓器廢棄絕緣油的實驗探究

作者:張國治, 王文祥, 張磊, 邵濤, 張曉星

摘要:變壓器廢棄絕緣油不僅危害人體健康,而且威脅生态環境,安全有效地處理廢棄絕緣油具有深遠意義。基于此,該文嘗試采用媒體阻擋放電(DBD)等離子體技術處理變壓器廢棄絕緣油,實驗探究不同背景氣體下平闆式DBD和同軸式DBD降解處理廢棄絕緣油的特征。

實驗結果表明:經DBD等離子體處理後的廢棄絕緣油發生斷鍵脫氫反應,品質減少并生成氣體,其中氩氣背景下的同軸式DBD反應程度更充分;在氩氣背景氣體下,氣體産物中H2組分占比超過50%,在空氣背景氣體下,氣體産物中H2及CO2組分占比基本相當,均接近50%;且經DBD等離子體處理後的廢棄絕緣油熱重特性發生嚴重變化,轉變為少量碳鍊更長的烷烴分子及大量更短的烷烴分子。該文研究成果為變壓器廢棄絕緣油的處理提供一個新的解決思路。

配電網典型故障下的直流偏置電壓産生條件及其導緻的PT熔斷分析

作者:溫偉傑, 胡鐵偉, 陳曉龍, 王磊, 李斌

摘要:電磁式電壓互感器(Potential Transformer, PT)高壓側保護用熔斷器頻繁熔斷問題廣泛存在于10~35kV的中性點不接地配電網中,增加電網運維負擔,威脅供電可靠性。

為厘清PT高壓側熔斷器頻繁熔斷的深層機理,本文基于疊加原理,采用數值計算方法,分析出典型故障下的系統空載暫态電壓,發現該電壓呈現出交直流複合的特殊形态——工頻電壓附加直流偏置電壓,歸納總結出直流偏置電壓的形成條件和機理為:故障消失時,三相雜散電容的淨電荷不為零(Qn≠0),且Qn無洩放路徑而形成直流偏置電壓。

線上路長度、PT阻抗、負載及無功補償裝置等不同因素影響下,研究了Qn洩放路徑對直流偏置電壓的影響規律,發現直流偏置電壓作用下PT深度飽和是觸發熔斷器熔斷的最終原因。最後,通過PSCAD/EMTDC中的10kV配電網模型和380V/150V的實物動态模拟試驗平台進行了仿真與試驗驗證。

氣體間隙開關觸發失效分析及壽命提升方法

作者:董冰冰, 孟岩, 郭志遠

摘要:噴射等離子體觸發型氣體間隙開關響應迅速、結構簡單,或将滿足多端柔直電網用混合式高壓直流斷路器換流支路故障快速隔離的動作要求。但重複觸發放電累積效應引起氣體間隙開關觸發劣化程序分析不足,計及多因素影響的觸發壽命提升方法研究尚不明晰,為此該文搭建了氣體間隙開關觸發壽命研究平台,試驗結果表明,觸發腔性能劣化是氣體間隙開關觸通失敗的主要原因。

提高觸發回路脈沖電容電壓值可有效降低放電時延抖動,但對壽命提升的影響可以忽略。采用階梯式增大儲能電容充電電壓值,可明顯提升觸發壽命及觸通穩定性。聚四氟乙烯(PTFE)摻雜無機填充物後,可有效提升等離子體噴射特性,但加劇了觸發腔的燒蝕劣化,觸發壽命表現為PTFE>PTFE+0.2%MoS2>PTFE+0.5%Cu粉,研究結果可為氣體間隙開關觸發失效判斷及壽命提升方法提供理論參考和工程應用指導。

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