大段长高压电缆护层保护器暂态特性分析与参数优化设计

大段长高压电缆在运行时会产生过高的护层感应电压,这对电缆护层保护器的过电压防护特性提出了更高要求,因此需要针对大段长电缆护层保护器暂态特性进行分析研究。基于PSCAD仿真软件,建立了典型220 kV高压电缆线路仿真模型,得出了在短路过电压和雷击过电压情况下,高压电缆长度对护层感应电压暂态特性的影响。通过绝缘配合与能量保护相结合的方式,得到了保护器参数取值范围及电缆线路短路电流与长度的适配曲线,提出了护层保护器参数优化设计的具体方法,并进行了试验测试。测试结果表明:当电缆线路出现短路故障时,随着电缆长度的增加,护层感应电压先线性增长,随后在保护器残压阈值的限制作用下逐渐趋于"饱和"状态,现有保护器能量吸收能力难以满足大段长电缆需求;改进后的护层保护器能量吸收能力显著提升,20 k A短路电流时允许的电缆长度大幅提高,满足大段长高压电缆线路安全运行的要求。     

屏蔽线缆的接地仿真研究

在外界电磁波的干扰下,线缆会在车辆内部产生很强的耦合电流和电压,严重影响车辆正常工作,一般需要采用屏蔽线缆来减少干扰. 屏蔽线缆抑制电磁干扰的能力,不仅和线缆本身的屏蔽层有关,还须选择正确的接地方式. 着重对线缆的多种接地方式进行仿真研究,分析不同接地位置和数目对线缆抗干扰性能的影响,为实际车辆线缆防护提供参考.     

海上风电过电压及无功补偿问题研究

提出一种新的海上风电并网过电压及无功配置问题的动态研究方法。利用DIgSILENT PowerFacotry软件建立海上风电场模型,包括风电机组、海缆、变压器及相关的控制策略。利用时域仿真方法分析不同风速条件下风电场的有功、无功及电压特性,根据时域仿真的结果,配置无功补偿装置,调整、改善风电场电压及无功特性。通过时域仿真方法对无功补偿配置方案的效果进行验证。     

计及护层环流的电缆温升分析与故障定位方法研究

由于传统IEC热路法无法计算复杂工况下环流变化后电缆温度,因此,采用有限元法并结合电磁场与传热学原理,针对不同接地方式与运行工况下的三相电缆,计算与分析不同常见护层故障下环流变化后的电缆温升情况,为电缆运行状况判断提供参考。结果表明:对于护层交叉互联接地电缆,交叉互联箱进水地或护层接头故障后,故障相电缆温升高达10℃,且故障相电缆在故障点前后出现5℃的温差;对于护层单端接地电缆,发生两相护层故障后,故障点前段电缆较正常运行温升高达13℃以上,故障点前后段电缆存在10℃的温差;三相电缆温升及各相之间温差情况可为电缆温度在线监测提供参考,并根据电缆前后温差出现点对电缆故障点进行定位,尽快检修处理,从而减少后续击穿烧毁事故的发生。     

IE5能效等级三相异步电动机的研制

IE5为国际电工委员会(IEC)于2016年发布的目前全球最高的电动机能效等级。针对IE5能效等级目标开展了三相异步电动机研制。在设计方面,主要考虑采用优质的冷轧硅钢片,尝试不同风扇结构型式和不等匝绕组型式,并针对小功率电机考虑采用铸铜转子工艺方案,降低了电机损耗。在工艺方面,主要考虑提高加工精度,减小定、转子冲片毛刺等,进一步降低电机的空载损耗。样机测试结果表明,效率、功率因数、起动电流、起动转矩、最大转矩、温升等指标均达到设计要求,实现了IE5能效等级三相异步电动机研制目标。     

钛酸铜钙-氮化硼掺杂EPDM复合介质的电学和力学性能研究

非线性电导材料的应用是解决高压直流电缆附件内部电场集中问题的一种有效方案。因此,通过掺杂钛酸铜钙(calcium copper titanate,CCTO)纳米填料对三元乙丙橡胶(ethylene-propylene-diene monomer,EPDM)进行改性,在较低的掺杂体积分数(2%CCTO)下,复合介质展现出较好的非线性电导率;当掺杂10%CCTO时,非线性系数可达到5.40。但同时发现,高掺杂含量复合介质的击穿场强劣化严重。基于此,选择具有良好绝缘及导热特性的六方氮化硼(boronnitride,BN)与CCTO共同掺杂至EPDM中,研究发现,共掺杂复合介质的击穿场强有明显改善,φ=10%CCTO/ω=9%BN/EPDM的特征击穿场强为90.1 kV/mm(φ为体积分数,ω为质量分数),相比10%CCTO/EPDM(66.3 kV/mm)提高了35.9%,此时,共掺杂复合介质仍然表现出明显的非线性电导特征。此外,探讨了温度对复合介质非线性电导和击穿特性的影响,并对掺杂复合介质的力学性能进行测试分析,研究发现,2种无机填料的掺杂对EPDM力学性能的改善效果较为显著,随着CCTO掺杂含量增加,复合介质的拉伸强度以及断裂伸长率逐渐增加。     

基于风险评估的高压电缆巡检周期优化模型

高压电缆日常巡检与消缺工作能够及时发现并消除电缆故障隐患,是降低故障率的有效措施。但忽略风险差异的定期巡检方案会导致人力资源被浪费在不必要的检查与测试环节。为了保证电缆可靠运行且兼顾经济性要求,该文提出了基于风险评估的高压电缆巡检周期优化方法。首先针对历史故障数据,提出了一种高压电缆故障数据记录方法,计算电缆故障频率。其中将电缆线路按照巡检目标分为电缆通道、本体、中间接头、终端与接地系统五部分,并引用失效危险指数(IFC)模型计算各部分的故障频率;之后结合线路故障修复时间与线路重要性,计算电缆线路各部分的风险;并考虑电缆系统运行风险阈值,针对不同线路各部分的风险差异实现巡检周期优化计算。以某地区电缆线路为例应用上述方法,结果表明:基于IFC模型的故障频率计算方法无需人为干预,且在故障样本较少的条件下仍能产生有效结果;基于风险评估的巡检周期优化方法能够合理制定巡检方案,有效降低电缆运行风险,优化后电缆系统风险可降低70%。     

基于混合型Chopper电路的MMC-UPFC故障渡越方案

当交流系统发生短路时,基于模块化多电平控制器的统一潮流控制器(MMC-UPFC)串、并联侧MMC均会受到故障冲击,存在两侧换流器过流闭锁,MMC-UPFC完全退出运行的风险.对此,以交流系统发生最严重的三相短路故障为例,分析了MMC-UPFC串、并联侧MMC故障特性;在此基础上,借鉴风电场交流故障渡越的Chopper电路,并结合MMC-UPFC不同运行方式对故障特性的影响,提出了基于混合型Chopper电路的MMC-UPFC故障渡越方案.该方案能够在交流系统发生故障后隔离并联侧MMC与串联侧MMC之间的联系,从而抑制串联侧馈入并联侧MMC的故障电流.仿真结果表明在MMC-UPFC的不同运行方式下,所提方案均能避免故障后并联侧MMC闭锁,MMC-UPFC将切换至静止同步补偿器(STATCOM)工作模式,为交流系统提供无功功率支撑.     

并网变换器电流重构模型预测容错控制

当传统并网变换器发生桥臂故障时,通过连接故障相到直流侧电容中点,重构为三相四开关容错运行结构。针对三相四开关容错变换器的交流电流传感器故障问题,提出了一种基于电流重构的模型预测功率控制方法。首先,利用采样的直流电流和正常交流传感器信息,并根据变换器电压矢量与电流关系重新构造出三相电流。其次,建立容错变换器功率预测模型,利用重构电流参与容错变换器的模型预测控制,应用使代价函数取得最小值的开关矢量。最后,搭建仿真和实验平台进行验证,结果表明所提控制策略有效,输出功率稳定,实现了并网变换器在桥臂和传感器双重故障下的容错运行,提高了系统的可靠性。     

基于电磁耦合注入的电力电缆局部缺陷在线定位方法

为了解决现有频域反射方法仅能在离线情况下对电缆缺陷进行定位检测的不足,提出了一种基于频域反射法和电磁耦合技术的电缆缺陷在线定位方法。首先,依据电缆分布参数模型对含有局部缺陷的电缆进行仿真建模,分析了不同电容变化程度的缺陷点与不同测试频率对电缆缺陷定位效果的影响。然后,探究了传感器结构对信号注入效率的影响。最后,分别在实验室105 m和500 m电力电缆上进行验证,在离线测试情况下,通过改变105 m电缆末端负载阻值,模拟不同电缆负载下的线路情况,并分析其对局部缺陷处和电缆末端处反射强度的影响。在带电测试情况下,通过串联谐振平台对500 m电缆进行通电,利用所提在线定位方法对该电缆进行测试,以检验所提方法的有效性。仿真及实验结果表明：相较于电缆离线定位测试方法,该方法能够在电缆通电的状态下,实现对电缆缺陷点的在线定位,且具有较高定位精度和识别灵敏度。