特高压直流接地极周边断裂结构对地表电位分布的影响研究

为了提高复杂地质条件下接地极选址的合理性,避免直流系统单极大地运行时入地电流对交流电网产生不利影响,针对特高压直流接地极周边典型断裂结构建立复合土壤地质模型,将行波法与镜像法相结合推导地表电位计算公式。运用Matlab仿真平台比较了水平和复合两种土壤地质模型下的地表电位分布情况,研究断裂及其参数影响下的地表电位分布规律。结果表明:复合土壤地质模型下地表电位更接近实测值;大区域内断裂到接地极距离对地表电位影响较大;接地极近区应主要考虑断裂处电阻率的影响。该结论对接地极选址及预防直流偏磁都有重要意义。     

特高压直流接地极周边地表电位分布计算与敏感性参数研究

特高压直流输电工程单极大地运行时产生的地表电位分布对交流系统存在不利影响,为确保其安全稳定运行。文中对特高压直流接地极周边实际的土壤分布情况进行建模,采用行波法与镜像法对周边地表电位的分布进行计算。在MATLAB编写计算程序,比较水平分层和复合高山土壤模型地表电位分布规律;同时通过改变复合高山土壤模型参数,分析研究影响地表电位的敏感性参数。研究表明,以复合高山土壤模型计算地表电位后得到的电流分布基本与实测电流值相符;在距离直流接地极较近的复合高山土壤模型中浅层土壤厚度与电阻率、高山电阻率对地表电位的影响最为敏感,深层土壤电阻率影响次之,直流接地极埋深、高山宽度影响最小。     

复杂土壤结构下直流接地极选址及直流偏磁风险评估

直流接地极作为直流输电工程的重要设施,其选址和设计一直是直流输电工程研究的重点.文章旨在探明复杂地质结构下计算广域层状大地格林函数的方法,完成直流接地极的选址工作并仿真建模评估交流电网直流偏磁风险:首先阐明了赣东北部地区复杂广域大地模型的特点;接着推导广域大地地表电位分布的格林函数,对比分析商用计算软件CDEGS和改进复镜像法计算地表电位分布的结果,发现改进复镜像法计算电位分布不受水平土壤层数的限制,具有更广阔的应用空间;最后文中建立实际大型复杂电网的直流分布模型,分析不同极址下变电站的直流偏磁风险,选择风险较小的接地极址作为最终选址方案.     

高压直流接地极对地表电位和跨步电压分布影响研究

通过分析土壤电阻率和接地极极环自身参数对电位分布的影响,为工程实际提供理论依据。研究运用接地分析软件CDEGS来模拟分析地表电位分布的影响因素,以实际工程土壤简化模型,逐个分析相关参数具体对地表电位分布的影响,比较了不同形式接地极在不同埋深下地表电位和跨步电压的分布,得出双圆环接地极实用价值更大。基于分析结果,可为后续新建直流接地极设计选址及直流线路设计规划提供参考依据。     

并联直流接地极抑制上海区域直流偏磁的方法研究

在对直流偏磁产生原因及安装于变压器中性点的直流抑制装置进行简述的基础上,考虑上海区域多直流落点和多接地极的特点,提出了用并联直流接地极去抑制上海区域直流偏磁的方法。根据设计单位资料,对并联用特高压奉贤接地极、华新换流站接地极以及南桥接地极建立了电极模型并获取了各500 kV变电站等效电阻。根据上海区域地质结构和土壤电阻率实测数据,建立了由浅沉积层、深沉积层、基岩层以及地幔至地心层组成的4层水平分层土壤模型。以近景年上海区域电网主要拓扑结构,对直流接地极单独运行、并联运行进行了地表电位和变压器中性点电流计算分析。其中地表电位计算分为上海区域地表电位和各变电站地表电位,而变压器中性点电流计算分有无接入小电阻两种工况。计算结果表明,在并联运行方式中,各变电站的地表电位和直流电流都得到了有效控制。     

多层土壤结构下直流偏磁电流分布计算研究

针对地表电压预测不准确而造成直流偏磁电流评估偏差较大的问题,文中基于场源关系下的拉普拉斯方程和泊松方程,通过数学解析法结合土壤边界条件求解出多层土壤的地表电位表达式。通过分析3种土壤模型下的地表电位分布曲线,确定了合理的土壤模型。在此基础上通过场路直接耦合的方法建立了变压器中性点直流量评估模型。基于.NET平台对上海市某地区电网数据实现了地表电压分布预测和接地极附近变压器中性点直流偏磁电流的计算,并将计算结果与CDEGS软件的仿真结果进行对比,验证了所提方法的有效性与准确性。     

特高压直流输电接地极附近的土壤结构对变压器直流偏磁的影响

“十二五”期间,我国将全面推广特高压直流输电线的建设,许多新的科学、技术问题出现.我国幅员广阔,土地结构复杂,因此针对不同的土壤结构对特高压直流接地极地表电位、中性点接地的变压器偏磁进行了研究.首先建立了水平双层土壤模型及其地表电位计算公式,以6种不同的土壤为例,分别流入3000、4500和5000 A直流电流,计算了距离其接地极不同距离的地表电位,根据地表电位计算了偏磁电流的大小,分析了偏磁电流对变压器励磁电流畸变率的影响.结果表明:土壤电阻率越大,流入变压器的直流电流越大,引起的直流偏磁现象越严重,以双层土壤为例,当第2层土壤电阻率从1000?·m增加到3000?·m 时,偏磁电流畸变率从24.2%增加到36.5%.随着接地点距离变压器中性点距离的增大,地电位减小,当距离大于60km 时,地表电位趋近于零.在选择变电站的站址时,需要根据土壤结构计算偏磁电流及其畸变率,确定合理站址     

高压直流输电单极大地方式运行时地表电位分布规律

采用有限元方法分析了直流单极大地方式运行时大范围的地表电位分布特征,并通过ANSYS软件计算了浅层和深层2种土壤结构模型下的地电位分布;同时考虑了有变电所出线、不同变电所接地电阻、江河以及湖泊等多种情况下对地电位分布的影响.研究结果表明:土壤结构对地表电位分布影响较大,采用土壤深层模型时计算结果更为准确:变电所架空出线距离直接接地极越近、线路越长、线路回数越少,其两端的电位差越大:河流对地表电位影响较小,湖泊边缘处对地表电位影响较大.     

高压互联电网极址土层参数对直流地表电位影响的研究

HVDC接地极极址选择、布置形式和地表电位的分布在很大程度上取决于土壤结构模型,对分析HVDC输电系统单极运行时交流网络受到的影响也有重要作用.笔者利用CDEGS软件对HVDC系统及交流输电网络进行建模仿真,采用不同的土壤模型,分析研究了直流输电系统以单极大地回线方式运行时,各层土壤参数对地表电位分布的影响.仿真结果表...     

高压直流输电接地极地电位分布ANSYS仿真

酒泉—湖南UHVDC等工程投运后,UHVDC接地极入地电流对极址附近变电站变压器的影响很大,其原因与极址大地电阻率模型建立不准确和地表电位分布计算不够精确有关。分析了直流输电接地极对周围地表电位造成的影响,并对直流输电接地极电流场的计算方法进行了整体推导。应用有限元方法,结合ANSYS软件,建立简单的土壤模型,求解运算生成接地极附近土壤表层电位分布图,并以此为基础建立了更贴近实际工况的多层复杂土壤模型,进行了仿真分析,结果能更直观表述接地极周围地电位的分布规律。     

Fundamental study for assessment of surface resistivity based on waveform characteristics of partial discharge

The partial discharge (PD) waveform reflects the evolution process of electron avalanche in the discharge space. The authors expect to estimate the condition of the discharge space based on the PD waveform characteristics. The semi-conductive sheet was attached to the insulator to simulate the decrease in surface resistance due to deterioration. With the reduction of the surface resistivity, the shoulder appeared on the rising part of the PD waveform and the rise time of the PD waveform became longer. In addition, we simulated the change in the rise time using an equivalent circuit model. The displacement current was calculated from the surface potential distribution estimated by the diffusion equation, and the PD current was simulated by summing up all the current components. As a result, the shoulder was reproduced at the rising part of the PD waveform in the simulation as well. The surface resistance was estimated from the PD waveform by fitting with the experimental results.     

基于图像处理技术的交流沿面放电状态诊断方法研究

沿面放电过程中气体成分和放电区域的变化都会引起发射光谱的变化,进而引起可见光照片的颜色发生改变,然而关于沿面放电过程中可见光色度信息的研究却很少,因此提出利用交流沿面放电光学照片的色度信息诊断放电状态的新方法。通过采集黑暗环境中沿面放电的光学照片,利用图像处理技术提取RGB、HSI、CIE-XYZ和L*a*b*四种颜色空间中的色度特征参数,对沿面放电的发展状态进行诊断。其中,重点研究RGB空间和CIE-XYZ空间的色度参数,并讨论不同电极形状、介质板不同背景颜色和不同介质板的影响。最后,比较不同方法诊断沿面放电状态的优缺点,总结不同颜色空间的色度参数对沿面放电进行监测和诊断的适用范围。作为一种新的宏观指标,该方法可以与电流波形及可观测微观过程的光谱方法进行互补,实现宏观现象(图像)与微观过程(光谱)的跨尺度关联。从潜在应用的角度考虑,该方法也为满足工业应用中状态监测的长时间尺度需求,提供了一种新的简单手段。     

风力作用下的大坝浇筑空间冲突频率研究

大风易导致混凝土垂直运输机械振荡,增大缆机运输作业对仓面作业的影响范围,提高大坝浇筑空间冲突频率,造成安全事故。为刻画风力作用下的大坝浇筑空间冲突频率,本文分析风力对吊罐运行影响,构建吊罐事故工况下坠落运动方程,界定吊罐坠落的影响空间;根据浇筑仓面尺寸,剖析仓面机械物理工作空间变化规律;提出交叉作业时间重叠的循环网络仿真方法,确定吊罐影响空间和仓面机械工作空间的重叠时间;结合不同风速出现的频率,采用联合概率表征风力作用下的大坝浇筑空间冲突频率。实证表明：本文提出的模型可有效预测和量化风力作用下的大坝浇筑空间冲突频率;相较于未考虑风力的情景,风力作用下的大坝浇筑空间冲突频率明显增大。     

Space charge behavior in an antistatic polymer including polymer solid electrolyte

A polymer dielectric material tends to be easily charged and may cause an electrostatic discharge, due to the serious problems that result when consequent electromagnetic noise damages the electronic circuits in various kinds of apparatus. The antistatic polymers that have been developed to prevent electrostatic discharge contain polymer solid electrolytes so that space charge originally exists inside them. The mechanism of the antistatic discharge effect of the polymer has been investigated by measuring the space charge distribution using the high-resolution pulsed-electroacoustic method. The experimental results suggest that the internal space charge of the polymer accumulates at the surface and forms heterocharge distribution at the interface between the electrodes and the specimen. Thus, internal space charge compensates the applied electric field, resulting in preventing the increase of the surface potential. In addition, internal space charge behavior relates to the dispersion condition of the polymer solid electrolyte that depends on the quantity of the electrolytes and the specimen procedures.     

基于第一性原理的表面氟化聚乙烯界面势垒特性研究

为了从分子层面解释表面氟化聚乙烯相比于聚乙烯空间电荷更少的原因,采用第一性原理对构建的表面氟化聚乙烯模型进行计算。探讨了分子模型的静电势能分布、范德华表面局部电子亲和能、态密度和核-壳模型的轨道分布及平面平均静电势能,从微观角度对聚乙烯表面氟化界面的电子结构进行了分析研究。结果表明:聚乙烯的最低未占轨道(LUMO)具有链间特性,而氟化层具有链中特性。随着轨道序号的上升,轨道分布在二者界面呈现出从氟化层的链上转移至聚乙烯链间的过渡特征。聚乙烯本体具有负的电子亲和能,而氟化层具有正的电子亲和能,聚乙烯和氟化层结构界面处会形成电子势垒,起到抑制电子注入的作用。     

Electrostatic properties of ultra-thin polyimide Langmuir-Blodgettfilms biased in a needle-plane electrode system

Surface potentials of polyimide (PI) Langmuir-Blodgett (LB) films on metal (Al, Ag and Au) electrodes, charged at various voltages, were examined under a needle-plane electrode system. It was found that PI LB films were negatively charged when the biasing voltage applied to the needle-electrode increased. The surface potentials saturated when the number of deposited layers was 20 to 30, and they were dependent on the nature of the metal electrodes. The temperature dependence of the surface potential also was examined, and it was concluded that the tendency to accept electrons increases as the temperature increases. These results suggest that the presence of interfacial electrostatic space charges in as-deposited PI LB films at the metal/film interface made a significant contribution to the creation of the additional electrostatic potential when the films were biased under a needle-plane electrode system     

HVDC输电线路离子流场数值计算方法研究

为了解高压直流输电线路的电磁环境影响及电晕损耗,讨论了高压直流线路周围离子流场计算的数值方法。描述高压直流离子流场控制方程的三阶非线性偏微分方程分解为两个等效的泊松方程后可用有限元迭代方法求解即在每次求解后根据两场的计算结果更新空间电荷密度,反复迭代求解直至计算结果收敛。该算法舍弃了Kaptzov和Deutsch假设,并提出了一种有效的电荷密度更新公式,同时考虑两场电位差别、电场与边界条件的差别,使迭代较快收敛。通过与实验模型的测试结果对比,验证了算法的有效性。     

Pulsed electro-acoustic technique applied to in-situ measurement of charge distribution in electron-irradiated polymers

Dielectric materials are frequently used in satellite structures for substantial savings in weight. Their dielectric nature and the effect of different forms of radiation encountered in space combine to accumulate electrical charges resulting in the occurrence of electrostatic discharges which cause harmful interference with the electronic parts of the satellite, leading to its malfunction or to a total loss of equipment control. Therefore, the behavior of dielectrics under irradiation must be investigated before being used in space. A pulsed electroacoustic (PEA) device was mounted in an irradiation chamber to monitor the spatial distribution of electrons implanted into polymer films during electronic irradiation. Internal charge accumulation was clearly identified. Penetration depth versus energy was double checked by comparing PEA with surface potential data.     

Material Charging in Space Environment: Experimental Test Simulation and Induced Conductive Mechanisms

Dielectric materials used in space on satellite structure may have to cope with strong levels of charging under electron irradiation in space environment. This could lead to potential hazardous discharges and electric arcs and consequent anomalies on the satellite, such as electromagnetic disturbances or, in worst case, the destruction of some on-board systems. These materials need to be tested on-ground to assess their electric behaviour and predict any risk of failure in space environment. The SIRENE facility allows the simulation of geostationnary orbit electron environment and the evaluation of charging capabilities of material samples. We demonstrate, in this paper, that polyimide and polytetrafluoroethylene samples, commonly used in space, are submitted to potentially high radiation induced conductivity or resistivity and electrical ageing under radiation dose in this environment. These physical mechanisms can either reduce the charging level, as observed for polyimide, or dramatically enhance the electric surface potential and the charging kinetics, as seen on polytetrafluoroethylene, leading to high risk of discharge.     

聚乙烯表面形貌对其空间电荷特性的影响

随着空间电荷测量技术在最近三十年的巨大进步,固体电介质空间电荷研究成为研究热点.聚乙烯的热压冷却条件会显著影响聚乙烯的形态结构.而聚乙烯在热压过程中,其表面会由于不同的基底材料而形成不同的附生结晶层,从而具有不同的表面形貌.此附生层的形态对空间电荷特性有很大的影响.通过研究聚乙烯不同表面形貌的形成过程及其显微特征,并结合微观形态对不同表面形貌的聚乙烯进行了空间电荷测量分析,发现不同表面形貌的聚乙烯试样具有不同的空间电荷积聚特性.