特高压直流GIL盆式绝缘子表面电荷分布特性仿真研究

为了满足大容量长距离输电的要求,近年来,中国加快特高压直流输电工程的建设,对气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission lines,GIL)的需求日益迫切。限制直流GIL实际投运的关键壁垒之一是绝缘子表面积聚的电荷会增加沿面闪络电压降低的概率,故研究特高压直流GIL盆式绝缘子表面电荷分布特性存在必要性。因此,基于SF_6气体中正负离子的输运方程,利用COMSOL Multiphysics建立了真型特高压直流GIL盆式绝缘子表面电荷积聚模型,分别研究了电压幅值和电压极性对绝缘子表面电荷分布特性的影响规律以及气固界面电荷对GIL试验单元空间电场分布的影响规律。从仿真结果可知,正负电荷在盆式绝缘子内外侧均有分布,但分布特性存在一定的差异,外施电压为-800 kV时,最大正负电荷密度分别出现在绝缘子的外表面和内表面,数值分别为+19.64μC·m~(-2)和-22.93μC·m~(-2);表面电荷的积聚程度和高场强区域面积均与电压幅值呈正相关;仿真结果还表明绝缘子沿面耐受电压具有极性效应,即负极性直流耐受电压较低。     

气—固绝缘分界面电荷积聚模型及数值计算

气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated transmission line,GIL)绝缘子在直流电压长期作用下,会积聚表面电荷,引起绝缘子沿面闪络电压降低,导致闪络事故。因此研究绝缘子在长期直流耐受下的表面电荷积聚现象,对气—固界面在直流电压下的电荷积聚机理进行分析,建立更为完善的表面电荷积聚模型,具有重要的理论意义和工程价值。笔者基于3种已有的表面电荷积聚模型、分界面电荷弛豫方程和更为普适的稳态电荷密度方程,利用微元法对盆式绝缘子表面电荷分布进行了数值计算。结果表明:分界面电荷弛豫方程能够近似描述电荷积聚的动态过程;稳态电荷密度方程揭示了电荷积聚的必然性,且能够在不同条件下退化为已有的3种积聚模型;介质分界面的电荷分布与外加电场、气体与固体的介电常数和电导率密切相关。     

交/直流电压下气体绝缘变电站盆式绝缘子表面电荷对闪络电压的影响

在气体绝缘变电站(GIS)中,盆式绝缘子表面电荷的存在会使局部电场发生畸变,严重时还会降低沿面闪络电压。为此,研制了一种用于实际252 k V GIS盆式绝缘子表面电荷的3维测量装置,可以对盆式绝缘子表面电荷进行全径向、全角度测量。参考实际盆式绝缘子的绝缘设计裕度及其沿面闪络特性,设计了闪络试验模型,分别针对直流、交流电压作用下绝缘子表面电荷对沿面闪络电压的影响开展了研究。结果表明:在交流电压和直流电压作用下,随着表面电荷积累量的增加,绝缘子沿面闪络电压有所减小;相比于交流电压50 k V作用1 h工况下,在53 k V交流电压作用3 h工况下,盆式绝缘子的沿面闪络电压降低了10.2%,而直流电压下,绝缘子的沿面闪络电压最大可降低23.0%,这说明了绝缘子表面电荷的存在对其沿面闪络电压具有明显的影响,在绝缘设计时需予以重视。研究结果可为GIS及气体绝缘输电线路(GIL)绝缘子的绝缘设计提供参考。     

±200 kV直流盆式绝缘子的研制

盆式绝缘子是气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)设备研制的核心元件,直流电压下绝缘子长期承受单极性直流电场作用,其表面会积聚大量电荷,导致固-气界面处局部电场畸变,极易引发绝缘子沿面闪络,降低设备的绝缘水平.本研究借鉴直流绝缘子的相关研究成果,通过合理控制绝缘子表面场强及提高绝缘材料的电阻率实现对表面电荷积聚的抑制,借助仿真手段指导结构优化设计,完成了绝缘子浇注并通过交直流应力下的介电试验及力学性能试验,验证了设计的正确性.     

温度和正极性电压对直流GIL盆式绝缘子表面电荷积聚的影响

直流GIL盆式绝缘子表面电荷积聚是导致绝缘子沿面闪络电压降低的主要因素。为此基于不同温度和正极性电压研究了直流GIL盆式绝缘子的表面电荷积聚特性。在绝缘气体电流密度与场强、绝缘子固体电导率与温度的非线性关系基础上,建立了绝缘子表面电荷积聚时变数学模型;通过该模型研究了不同温度下盆式绝缘子表面电荷积聚特性,以及绝缘子表面电荷积聚在不同正极性电压下的主导机制。研究结果表明:电压和温度是表面电荷积聚中气体电导和固体电导平衡的主要影响因素之一;1 kV直流电压作用时绝缘子气体侧电导占主导地位,而且表面电荷密度随温度升高而减小;400 kV直流电压作用时绝缘子固体侧电导占主导地位,而且表面电荷密度随温度升高而增大。另外研究了在400 kV电压下表面电荷积聚对绝缘子表面切向电场的影响,结果表明绝缘子上下表面的最大切向电场强度随着表面电荷积聚从初始到稳态的过程而逐步增加,而且温度越高,稳态时的最大切向电场强度越大。因此表面电荷积聚是使绝缘子沿面电场强度增大的主要因素之一,温度加剧了表面电荷积聚的程度,从而致使表面切向电场强度进一步增大。     

表层非线性电导盆式绝缘子表面电荷分布与沿面放电特性

盆式绝缘子表面电荷积聚是影响直流气体绝缘输电管道(direct current gas insulated transmission line,DC-GIL)电场分布与沿面闪络的重要因素,因此探究绝缘子表面电荷积聚机理并提出调控方法,进而改善绝缘子沿面电场分布具有重要意义。该文搭建缩尺直流GIL绝缘子试验平台,研究不同Si C质量分数(23.1%、37.5%、47.4%)的非线性电导涂层对直流电压、金属微粒附着和极性反转工况下盆式绝缘子表面电荷分布与沿面闪络特性的影响规律。结果表明：环氧基Al₂O₃绝缘子的表面电荷极性取决于气固侧电流密度博弈结果,具有显著的场强依赖特性;非线性电导涂层可以自适应调控直流GIL绝缘子的表面电荷与沿面电场分布,显著提高不同工况下的沿面闪络电压。该文的研究结果为高可靠性直流GIL绝缘子的研发提供了一种潜在的解决方案。     

直流GIL中盆式绝缘子表面电荷分布特性研究

绝缘材料的表面电荷是诱发沿面闪络的重要原因。为了研究气体绝缘输电线路(gasinsulatedmetal-enclosed transmissionline,GIL)中盆式绝缘子表面电荷的积聚特性,搭建了一套高气压下绝缘材料表面电荷实验与测量系统,实现了密闭腔体内绝缘子表面电位的全自动测量。所设计的同轴圆柱电极结构模拟了实际的GIL,用静电探头法测量了直流电压下0.5MPaSF6气体中缩比型盆式绝缘子表面电位分布。根据表面电位分布,应用高分辨率的电荷反演算法计算了绝缘子表面实际的电荷密度分布,算法中考虑了静电探头的影响。实验结果表明,表面电荷分布可分为两类不同的形态,第一类为沿中心电极对称分布的同极性电荷,第二类为条纹状分布的异极性电荷以及点状分布的单极性电荷。分析认为气体电导、绝缘子表面电导以及绝缘子体积电导分别对不同形态的电荷分布起主导作用。表面粗糙处理可以抑制第二类电荷积聚,无法抑制第一类电荷积聚,研究结果可为直流GIL的设计优化提供参考依据。     

直流下SF6中绝缘子的闪络特性

直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)在特殊环境下可替代部分架空输电线路或电缆,提高输电走廊选择的灵活性。严重影响GIL绝缘水平的关键因素之一是直流下沿支撑绝缘子表面的电荷积聚。为了研究该问题,建立了一个锥板电极系统来模拟GIL中同轴圆柱结构的电场分布,通过试验研究了直流下SF6中绝缘子的材料和形状对其闪络特性的影响,并利用有限元分析软件对不同形状的绝缘子进行了电场计算。结果表明,直流GIL中绝缘子的表面电导率和充电时间常数均对其表面电荷积聚和沿面闪络有重要影响。同时还提出了基于锥板电极的直流GIL的绝缘子表面电导率选取原则和外形结构优化注意事项。     

直流电压下GIS盆式绝缘子表面电荷及电场分布特性仿真研究

GIS中盆式绝缘子表面在外施直流电压时会积聚大量电荷使得沿面闪络电压大幅降低,从而引发一系列电气设备故障。基于上述问题,文中分析了盆式绝缘子表面电荷的来源与传导途径,采用有限元仿真计算方法构建了二维轴对称仿真模型以及设定相关参数,研究了电压极性、不同电压幅值以及电压极性反转对盆式绝缘子表面电荷分布的影响。结果表明,在直流电压下,凹面主要积聚与外施直流电压极性相反的电荷,凸面主要积聚与直流电压极性相同的电荷,且凹面积聚的电荷密度更大;在极性反转后-100 kV直流电压下,盆式绝缘子表面原先积聚的电荷密度呈现先增大后逐渐减小的趋势,随后转换极性并达到饱和,电场在靠近高压端以及盆式绝缘子沿面0～20 mm处的畸变程度较为明显。电场在盆式绝缘子表面电荷极性发生变化前出现峰值,相比较电荷达到饱和状态,此时盆式绝缘子凹面最大场强增加46%,凸面最大场强增加5.4%。该研究可为直流电压下盆式绝缘子表面电荷分布特性提供指导。     

温度对直流GIL绝缘子电荷积聚特性的影响

研究直流电压下绝缘子表面电荷积聚问题对于推进直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)的发展至关重要。现有试验研究中均未考虑温度对电荷积聚的影响,难以获得用于实际工程中的直流GIL绝缘子电荷积聚情况。而仿真计算仅从理论上分析了温度对电荷积聚的影响规律,尚缺乏有效的实验验证。为了解决上述问题,该文设计了可模拟直流GIL导杆发热现象的绝缘子表面电位测量试验平台,并设计了同轴圆柱结构试验模型。研制了紧凑型静电位测量系统对不同温度下绝缘子的表面电位进行了测量,掌握了直流GIL导杆温度对绝缘子电荷积聚特性的影响。试验结果表明:当中心电极温度由室温升高至70℃时,在正极性电压作用下,绝缘子平均表面电位由278V增大至1670V(501%);在负极性电压作用下,绝缘子平均表面电位为负,绝对值由460V增大至1507V(228%)。因此,在进行绝缘优化设计时,需要考虑温度的影响,该研究可为直流GIL绝缘优化设计提供参考。     

基于生命周期评价的不同电源对环境影响的比较

用生命周期评价方法对工业固体废弃物焚烧发电、生物质气化发电、风力发电、天然气燃气蒸汽联合循环发电等几种电源型式对环境的影响,进行了编目分析,计算了其污染物排放量,并且都与燃煤发电进行了比较。     

基于串口通信的DSP在线烧写技术研究

为了解决DSP嵌入式系统某些特殊应用场合升级不方便、维护困难的问题,提出了一种基于串口通信向片内Flash在线烧写程序的方法.描述了该在线烧写方法的基本思想和实现步骤,并结合工程实际需要,优化了接收升级指令的时机,并在片内Flash设置应用程序备份区,进一步提高了烧写的可靠性和安全性,增强了系统的容错性和自愈恢复能力.实验结果表明,该方法有效可行,方便可靠,相比于传统基于JTAG烧写,可摆脱仿真器进行程序升级,提高了嵌入式系统的可维护性.     

基于微位移的超分辨重建技术研究

CCD图像传感器广泛用于图像采集,受其内部结构和外部条件的影响,采集到的图像质量不能满足人们的需求,通过硬件改进提高图像质量面临经济与技术两方面的难题。为此本文利用多幅微位移图像间的冗余信息重建出高分辨率图像,既低成本又易实现。针对CCD与目标物间有相对微位移来获取序列低分辨率图像的情况,采用一种解线性方程组的方法对采集到的4幅微位移图像进行重建,并对这种算法进行优化。实验结果图可清晰地看到重建图像可分辨更多线对,高频信息量增加,算法具有较好的效果。     

基于光生物效应的办公空间采光研究初探

该文将办公室天然采光与光生物效应相结合,通过分析在不同光气候、季节时段、采光口朝向、亮度水平的天然采光条件下,人眼瞳孔大小、主观感受等变化规律,研究在光生物效应作用下,天然光的光色（光谱分布）、光照强度（亮度）与人的视觉心理生理变化之间的关系,整理在不同光色下瞳孔变化与亮度水平函数关系式,以期能提出符合节能要求、有利于办公人员身心健康及提高工作效率的办公空间采光环境方案,完善办公空间天然采光的健康模式,从而进一步促进绿色照明和健康照明。     

基于Linux的SCADA系统后台服务器的研究

随着微机技术的不断发展，以Linux为代表的自由软件越来越多地应用于各个领域。针对自由软件Linux应用到电力SCADA系统后台服务器中这一课题进行了可行性研究。通过与传统的Unix工作站后台服务器相比较，提出了基于PC／Linux的SCADA后台服务器。     

绝缘栅双极晶体管模块过电应力的研究

通过频率试验和阻断电压试验,研究了过电应力对ＩＧＢＴ模块的影响;利用扫描电镜（ＳＥＭ）和液液晶（ＬＣ）技术,对失效模块的失效机理进行了分析;报道了试验结果及失效分析结果。     

电动汽车用电机技术研究

当今世界节能和环保备受关注,使得电动汽车技术正在加速发展。电机技术是发展电动汽车的关键技术之一。该文对电动汽车用的感应电动机、永磁同步电动机和开关磁阻电动机技术和发展水平进行了分析研究。     

基于MEMS技术的汽车传感器研究进展

随着汽车传感器的迅速发展和对MEMS(微机电系统)技术研究的深入,基于MEMS技术的汽车传感器具有广阔的应用前景。本文就MEMS汽车传感器的研究应用现状、MEMS汽车传感器的分类、制作加工技术和工艺等进行了简述,并详细介绍了几种典型的MEMS汽车传感器,最后对MEMS汽车传感器今后的发展进行了探讨。     

AGV视觉导航研究

针对AGV视觉导航系统中的两个关键问题：路径识别和路径跟踪,本文采用全局视觉导航方式,自行设计了以同心圆为车身标志,通过图像处理系统建立了虚拟坐标系。对采集到的图像进行中值滤波、Sobel边缘检测、聚类算法、连通区域标记等图像处理方法提取图像中的路径及AGV车身标志位置信息,再利用Hough变换得到路径跟踪所需要的导航参数。通过仿真实验表明,该方法能够准确可靠地实现路径识别和AGV定位。     

基于CORBA实现OPC技术探索

OPC (过程控制中的对象链接与嵌入技术)是工业控制和生产自动化领域中硬件和软件之间的接口标准,近年来在电力系统广泛应用。它是一种基于DCOM(分布式组件对象模型)的技术。由于DCOM的平台相关性,不利于OPC技术的进一步应用。而代表分布对象技术主流的CORBA(通用对象请求代理体系结构)技术具有跨平台、语言无关等突出优点,本文尝试采用CORBA技术实现OPC技术。探讨了基于CORBA实现OPC技术的解决方案,通过具体的实现过程展示了方案的可行性,并通过测试用例和应用实例验证了方案的实用性和有效性。基于CORBA实现OPC技术,将大大提高OPC技术跨平台、跨语言应用的能力,使其成为一种更广泛适用的标准。