真空灭弧室耐压水平的改进和提高

分析了真空灭弧绝缘击穿的物理机理，提出了击穿弱点的概念，指出真空灭弧室的绝缘击穿是击穿弱点在电场应力作用下结果，提出了提高真空灭弧室耐压水平的两个相应的措施。     

正极性上行先导特性的模拟试验方法

开展负极性雷电地闪过程中地面物体正极性上行先导特性的模拟试验研究是完善雷电屏蔽分析模型的基础,选择正确的模拟试验方法十分必要。分析了采用棒–棒、棒–板及板–棒等典型放电间隙结构的模拟试验方法的电场特征,研究了各种方法获得的正极性先导特性,并通过与自然雷电下的电场特征及上行先导特性进行对比,评价了各模拟试验方法的等价性。结果表明:采用棒–棒间隙和棒–板间隙无法模拟自然雷电下地面物体附近的电场空间分布特性;采用板–棒间隙可以模拟自然雷电下地面物体附近的电场空间分布特性,但传统的冲击电压发生器无法产生与自然雷电下行先导趋近地面过程中电场时变规律相同的冲击电压。因此,提出了研发一种基于电力电子技术、能够模拟自然雷电下电场时变规律的高压任意波形发生器,并结合板–棒间隙结构,形成正确有效的正极性上行先导特性模拟试验方法。     

操作冲击下正极性长间隙放电物理仿真模型

开展正极性长空气间隙放电过程物理仿真模型的研究对优化特高压外绝缘设计具有重要的意义。基于正极性长间隙放电物理机制,建立了包括初始电晕起始与流注发展、先导起始、流注-先导体系发展和最后跃变等过程的物理仿真模型,该模型考虑了电晕起始分散性和先导路径随机性特征。采用有限元软件计算了放电结构间隙的背景电位分布,并使用试验观测结果对本文建立的模型进行了验证,最后采用该模型对导线-塔窗结构间隙的放电特性进行了仿真计算。结果表明：导线-塔窗间隙的50%击穿电压处于棒-板和棒-棒的50%击穿电压之间;波前时间对其50%击穿电压有比较明显的影响,呈现“U”形曲线;杆塔塔窗宽度对50%击穿电压影响较小,随着宽度增大,50%击穿电压有减小的趋势。     

紫外成像法检测支柱绝缘子的破损缺陷

绝缘子的破损是一种常见缺陷,会影响绝缘子的绝缘性能。特别是线路上运行的绝缘子破损时,可能会导致线路绝缘水平下降,严重时甚至引起电网事故。但传统线路巡检手段难以检测出这一缺陷。笔者采用新兴的紫外成像检测手段,对110kV线路悬式瓷绝缘子串、瓷支柱绝缘子和硅橡胶复合绝缘子含破损缺陷的情况进行人工模拟,观测了不同环境条件下不同破损程度的绝缘子在破损位置不同时的紫外图像。试验结果表明,紫外成像仪作为一种逐渐得到推广的新型线路巡检设备,能有效地检测到部分绝缘子的破损缺陷,从而达到对线路早期故障进行预防的效果。     

电缆出线变电站应用自动重合闸的探讨

中压电缆网络中单相瞬时事故占较大比例,但一般规定不建议装设重合闸装置。为此,用ATP-EMTP程序分别建立了电缆出线变电站和架空出线变电站中发生单相短路事故的模型,仿真分析了它们进行重合闸操作时产生的过电压和过电流以为保证电缆出线变电站的安全运行提供较准确的参考。仿真表明电缆出线特别是线路较长时,变电站装设自动重合闸装置可能出现的最大重合闸过电压水平比常规架空出线变电站高,但该过电压水平在出线较多时将大大降低,在线路带负载运行时还会进一步减小,故电缆出线较多时采用重合闸装置不会带来危险的过电压。同时,短路时间愈短,电缆能承受的冲击电流愈大,要求装设的重合闸装置要兼顾暂时故障自行消失的时间和快速动作两个要素。另外,电缆系统中变压器需承受的冲击电流比架空线系统中大很多,若要采用重合闸装置则应严格校核变压器的动稳定特性。     

160 kV超快速机械式高压直流断路器的研制

针对±160 kV南澳多端柔性直流工程对高压直流断路器的实际需求,提出了一种新型的机械式高压直流断路器拓扑,以及160 kV机械式高压直流断路器的技术方案,对其中的关键技术如快速操动机构、多断口串联均压等进行了仿真研究。研制出了160 kV超快速机械式高压直流断路器,提出了采用发电机源提供交流电流来模拟直流故障电流的开断试验电路,并进行了正、反向大电流开断试验。试验结果表明,机械式高压直流断路器成功开断了9.2 k A正向电流,暂态恢复电压峰值达到272 kV,开断时间3.9 ms;成功开断了9.2 kA反向电流,暂态恢复电压峰值达到262 kV,开断时间为4.6 ms。     

三种主接线方式下柔性直流输电系统换流站内部过电压仿真

多年来柔性直流输电技术在我国一直处于理论研究阶段,近几年才开始兴建示范工程,主要采用伪双极接线方式,对于真双极接线以及混合接线方式研究较少。为对我国柔性直流技术的普及和工程应用提供参考,在PSCAD/EM TDC中搭建了两端伪双极、两端真双极以及两端混合接线的柔性直流系统详细模型,并对三种模型分别配置了避雷器保护初步方案,计算了这三种主接线模型在典型故障下换流站关键设备上产生的内部过电压以及避雷器上通过的电流和能量,计算结果可为今后柔性直流工程主接线设计、换流站绝缘配合研究以及相关设备的选型、试验等提供重要依据。     

离子迁移率测量装置研制及其在不同温、湿度下的变化规律

离子迁移率是直流输电线路离子流场计算的关键参数。为研究不同温、湿度条件下离子流场中的离子迁移率变化规律,在分析推导Gerdien离子迁移率测量原理的基础上,提出了一种在常规Gerdien管传感器两端设置屏蔽电极来抑制外部合成电场对测量区电场畸变效应的方法,研制出一套直流输电线路合成电场离子迁移率测量传感器及测控装置。在人工气候室中,搭建了直流输电线路离子流场模拟试验平台,对测量装置的适用性进行了验证。试验表明:常温常湿条件下正、负离子迁移率分别为1.25 cm2/(V·s)和1.59 cm2/(V·s);温度变化范围为10~40℃、湿度变化范围为3~25 g/m3时,正、负离子平均迁移率呈现出随温度增大而减小,随绝对湿度增大而减小并趋于饱和的变化规律,满足指数变化的拟合公式。分析指出:轻、重离子浓度比例变化与离子的水合反应程度为其变化原因。该研究工作可为直流输电线路离子流场的准确预测提供参考。     

多级重接炮的数值仿真与优化物理设计

重接炮是一种利用磁力线重接来推动发射体的电磁炮,发射体受力正比于电感梯度与回路电流平方的乘积。基于重接式电磁发射电路方程和运动方程,并结合发射装置的实测参数,建立了发射体运动过程的数值仿真模型。针对多级发射中由于发射体速度过快而造成加速不充分和发射效率下降的问题,提出了多级发射的优化物理设计原则,该原则按照发射体速度确定各级回路电流的振荡周期,继而确定各级电容器组的电容值和初始电压值,配合使用触发真空开关( TVS)作闭合开关,利用其特有熄弧性能,可以显著提高发射体逮度和发射效率。     

基于改进电气几何模型的绕击跳闸率的计算

讨论了经典的电气几何模型(EGM),在此基础上提出了3点改进建议。计算中采用IEEE推荐的击距公式,引入系数ksg描述雷击地线和雷击地面击穿强度的不同,用暴露距离计算雷电绕击率和绕击跳闸率。分析了ksg取值对计算结果的影响。利用改进的计算方法、分别计算了地面倾角、避雷线保护角和环境温度对线路绕击跳闸率的影响。结果表明,当ksg减小、地面倾角增大、避雷线保护角增大、温度降低时,绕击跳闸率增大。