基于HHT的单次电弧辐射电磁噪声时频分析

滑动电接触故障下产生的电弧放电会辐射强烈的电磁噪声,针对电弧辐射电磁噪声时域信号持续时间短、突变快等特点,利用Hilbert-Huang变换(HHT)技术对辐射电磁噪声进行分析。用经验模态分解法(EMD)分解辐射电磁噪声并获得其固有模态函数(IMF)分量,选取与噪声信号相关性最高且方差贡献率最大的IMF并进行Hilbert变换,获得了不同实验条件下电弧辐射电磁噪声的瞬时频率。磁场噪声瞬时频率的均方根在60MHz附近,电场噪声瞬时频率的均方根在96~165MHz。随着接触电流、测量距离的增加,磁场噪声瞬时频率的均方根稍有增加,电场噪声瞬时频率的均方根明显减小。电场噪声的频率随时间的变化快于磁场噪声。     

矿用架线电机车弓网电弧辐射电磁噪声特性

在电波暗室中开展模拟矿用架线电机车运行条件下弓网电弧辐射电磁噪声实验。统计分析弓网电弧电场噪声时域特性参数随回路电流、接触压力和滑动速度的变化规律。利用瞬时频率分析法,计算电场噪声峰值时刻的瞬时频率(IFPVM)及电场噪声持续时间内的瞬时频率均值(AIFDD)。电场噪声峰值和持续时间随回路电流增加而增大,上升时间和振荡周期受回路电流影响较小。峰值、上升时间、振荡周期和持续时间均随滑动速度增加而小幅度增加,受接触压力影响不大。电场噪声IFPVM主要分布在9～16 MHz,电场噪声AIFDD主要分布在8～14 MHz。     

弓网电弧辐射电场噪声实验研究

近年来随着电力机车运行速度的不断提高,弓网电弧电磁噪声越来越严重,已经成为电力机车安全运行的隐患。为研究弓网电弧的电磁噪声及其抑制方法,设计了一套弓网电弧电磁噪声实验系统。该系统由电波暗室、弓网电弧发生器、弓网电弧检测系统组成。以铜接触导线-浸金属碳滑板为研究对象,通过改变接触压力、接触电流和运行速度,开展了64组弓网电弧辐射电磁噪声实验。弓网电弧的辐射电磁噪声主要体现为电场噪声,主要分布在30-500MHz之间,特别是在30-60MHz、60-80MHz频段内干扰强度较大。增大回路电流,则弓网电弧电场噪声的分布变得更加密集、干扰水平增强。增大接触压力或滑动速度,则电场噪声分布先变稀疏后变密集。     

弓网电弧实验系统与辐射噪声实验研究

近年来随着电力机车运行速度的不断提高,弓网电弧现象越来越严重,已成为电力机车安全运行的隐患。为深入研究弓网电弧的形成机理和抑制方法,设计了一套弓网电弧电磁噪声实验系统,该系统实现了屏蔽环境下弓网电弧的模拟。利用该系统,通过控制接触压力、电流和运行速度三个条件进行了弓网电弧辐射电磁噪声的测量实验。结果表明,弓网系统电磁噪声干扰频段主要在频率30~500MHz内,其中干扰强烈频段在30~60MHz内。电流越大,辐射噪声幅值越大,干扰频率带宽越宽。随着压力的逐渐增大,辐射噪声幅值先减小后增大,干扰频率带宽先变窄后变宽。     

弓网离线接触电流总谐波畸变率的实验研究

受电弓与接触网(弓网)是电气化铁路中牵引供电系统的重要组成部分,弓网系统在运行过程中会发生离线现象,弓网离线会带来严重的电磁噪声问题。利用弓网电弧电磁噪声实验平台开展了不同条件下的弓网离线实验,分析了弓网离线状态下接触电流的频域特性。采用接触电流总谐波畸变率来表征弓网离线的传导电磁噪声特性,获得了接触电流总谐波畸变率与回流电流、接触压力和滑动速度之间的变化关系,建立了有效的接触电流总谐波畸变率数学模型,为深入研究弓网离线传导电磁噪声提供了实验依据和理论基础。     

高速铁路弓网离线电弧电磁辐射特性的试验研究

高速铁路系统电磁环境十分复杂,其中弓网离线电弧产生的电磁辐射是高速铁路系统最重要的电磁干扰源之一。利用高速弓网关系试验台开展了大电流、高速条件下的弓网离线放电模拟试验,测量了不同牵引电流及不同行车速度下放电辐射场的时域波形,经快速傅里叶变换后得到了离线放电电磁辐射的主要分布频段、分布疏密程度、典型频率值等特征,探讨了放电辐射特性随牵引电流和行车速度的变化规律及原因。研究表明：在大电流、高速条件下,弓网放电电磁辐射能量主要分布于0~100 MHz的频率范围,其中分布最密集频段为45~55 MHz,起弧电磁辐射强度大于熄弧电磁辐射强度;在100~700 A的牵引电流区间内,放电辐射场的幅值随电流增大而增大;相同牵引电流下,频域峰值对应的频率值随车速增大而逐渐变小。该研究结果为弓网电弧电磁辐射干扰的机理研究以及防护提供了试验数据和参考依据。     

淀粉改性聚丙烯耐电弧特性的研究

为开发生物降解新生绝缘材料以应对石油化工产品的有机绝缘材料废弃后带来的严重环境污染,采用高压小电流耐电弧实验测试了不同环境下淀粉改性聚丙烯的绝缘特性。结果表明,淀粉改性聚丙烯的耐电弧性随电场强度、脉冲放电间隔和试验气压而变化,磁场中淀粉改性聚丙烯的耐电弧性随磁场与电场的相对夹角而变化,相同环境下淀粉改性聚丙烯的耐电弧性强于普通聚丙烯。     

GIS断路器动作产生辐射电场的测量研究

GIS内开关操作产生的快速暂态过电压(VFTO)在传播过程中会诱发瞬态辐射电场,并通过传导或耦合影响变电站二次设备的正常工作,甚至造成设备永久性损坏,研究辐射电场特征规律对变电站二次设备电磁防护具有一定的指导意义。文中研制了一套适用于强电磁环境下电场测量的光纤测量系统,并在TEM小室中进行了标定实验。利用测量系统测量了某1 100 kV和550 kV单相GIS断路器操作产生的辐射电场,分析了电场的时频特性。测量及分析表明:电压等级越高,GIS断路器动作产生的辐射电场脉冲幅值越高、个数越多、衰减越迅速,主频范围分布更广,且多以特定脉冲形式出现。550 kV GIS辐射电场幅值最高可达0.13 kV/m,1 100 kV等级幅值最高可达0.75 kV/m;550 kV等级主频主要分布在5 MHz以下,1 100 kV等级主频主要分布在100 MHz以下。     

电容器噪声传播规律的研究

随着直流输电的快速发展,换流站用交流滤波电容器辐射出大量噪声,对电容器辐射传播特性的研究意义重大.本文建立了噪声特性研究试验平台,对电容器在各频率下不同电流不同距离处的噪声进行了测量,分析了电容器辐射噪声随着距离变化的规律,结合声传播理论对电容器辐射噪声的传播模式进行了辨识.结果表明,在本文测量范围内,顶面和底面辐射噪声表现为明显的球面波辐射模式,而侧面辐射噪声在距离较近时表现为柱面波传播模式,在距离较远时表现球面波传播模式.随着测量距离的加倍,电容器整体辐射噪声降低约5.4 dB,说明电容器整体辐射噪声以接近球面波的形式传播.     

短间隙磁控放电离子电流特性及影响因素研究

传统Penning磁控放电理论测量真空间隙要求真空间距大于10mm,无法测量现有短间距1~7mm触发真空开关内部真空度。因此,本文实验研究了在短间隙1~7mm条件下,磁控管放电离子电流特性及其影响因素。实验结果表明,Penning磁控放电下随着气压由10-4Pa向10-1Pa增加时,离子电流波形由三角波逐渐向方波转变,并非呈一方波不变。在电场和磁场满足Penning磁控放电着火条件下,离子电流峰值只受电场影响,与磁场无关;离子电流脉冲宽度只受磁场的影响,与电场无关。离子电流峰值与电荷随气压的变化呈幂函数变化。     

直流继电器电弧电磁辐射模型初探

研究了直流电磁继电器触头分断时的电流变化规律,分析了直流电磁继电器分断电弧在电流呈线性衰减时所具有的特性,即电弧电导率保持相对稳定。根据该特性可将直流继电器分断电弧辐射等效为直导线天线辐射,并在该基础上建立了直流继电器电弧电磁辐射的数学模型。最后,对电弧电磁辐射模型进行了仿真。仿真结果表明,电路参数、触头材料、观测距离以及辐射波长等均会对电弧电磁辐射产生影响。其中,观测距离对电弧电磁辐射影响最大。     

屏蔽方舱接地线干扰的辐射特性研究

电磁背景噪声会对电子或电磁测试的结果造成不同程度的影响.研究发现屏蔽方舱接地线系统是外场电磁干扰的一种重要来源.为评估其对测试结果影响,通过理论分析和数值仿真对接地线系统的辐射发射进行了研究,得出了辐射特性规律,对低频干扰电流,接地线系统相当于单极子天线,地面上各个方向的辐射强度相同;而对高频干扰电流,其辐射的增益和方向性随干扰电流的频率变化.最后,为屏蔽方舱接地线的正确使用提供了指导性建议.     

纳秒脉冲下SF_6中的沿面闪络特性

通过搭建SF_6气体中的沿面闪络实验平台,研究了上升时间约为30 ns的脉冲高压下不同角度圆台形试样的沿面闪络特性。利用电压电流波形得到闪络通道的阻抗变化特性,并对闪络过程机理进行讨论。结果表明:相同高度试样的沿面闪络电压随角度的增加而增大;相同沿面距离试样的沿面闪络电压随角度的增加而减小。沿面距离与表面电场不均匀系数是影响不同形状试样沿面闪络电压差异的主要原因。     

高速铁路中受电弓升弓过程弓网电弧电气特性

弓网电弧电气参数是高速铁路中弓网系统电接触特性的重要表征参量。为此,基于弓网电弧试验系统,研究了高速铁路中弓网电弧的伏安特性,分析了升弓过程中燃弧尖峰电压、燃弧时间和稳定燃弧电压的变化规律。测试了升弓过程中电弧电压,分析了其发展规律,利用气体电介质击穿理论和流注理论分析了弓网间隙击穿电压。对升弓过程中燃弧尖峰电压随弓网间隙距离的变化规律进行了曲线拟合。最后,研究了电流对电弧电压特性的影响。试验结果表明:弓网电弧伏安特性关于原点非对称;在受电弓连续升弓过程中,燃弧时间先增大后减小,燃弧尖峰电压与弓网间隙距离满足指数关系,拟合优度系数R0.97;电弧稳定燃弧电压随电流的增大而略有减小;燃弧尖峰电压变化斜率随电流的增大而增大。研究结果可为分析实际运行条件下的弓网电弧提供参考。     

直流真空电弧强迫开断电弧形态

随着航空270V直流系统的应用,直流开关的需求逐渐增加。现阶段直流开关大多为空气开关,其开断容量较小,使用真空开关将对于提高开断容量具有一定优势。针对航空270V直流用短间隙真空灭弧室进行高频开断实验,研究了直流强迫开断的电弧电压、电流特性,分析了回路参数对直流强迫开断中平均电流变化率di/dt和弧后过电压dv/dt的影响。通过相同开断实验电流、相同电流变化率、不同触头结构情况下开断实验,分析了电弧直径动态特性。强迫熄弧过程中,平板触头电弧直径逐渐减小,纵磁触头电弧直径变化较小并在熄弧前迅速变化。针对不同电流实验,随电流升高电弧直径略有增加。起弧阶段,平板触头电弧直径随燃弧时间呈对数函数增加,而纵磁触头电弧直径基本保持不变。拟合得到平板电弧起弧时直径变化函数,随燃弧时间延长,平板触头电弧直径逐渐增大至大于纵磁触头电弧直径。     

弓网电弧等离子体光谱特性实验

弓网电弧等离子体具有高温度、高能量的特点,对高速铁路弓网电接触的性能造成了威胁。基于弓网电弧模拟实验平台,利用光谱诊断法对弓网电弧等离子体进行研究。对辐射的主要特征谱线进行标识和归属,并计算弓网电弧等离子体的激发温度、转动温度、振动温度和电子密度。此外,还研究了电源输出电流对激发温度和电子密度的影响。实验结果表明,弓网电弧等离子体对接触网铜导线和浸金属碳滑板强烈的烧蚀作用会产生丰富的铜原子谱线、铁原子谱线和CN B2∑+→X2∑+谱线。同时,基于Boltzmann斜线法,发现了弓网电弧等离子体激发温度随电流的增加而增加。通过拟合电弧等离子体中CN B2∑+→X2∑+谱线,可知在30A电流条件下,弓网电弧等离子体的转动温度和振动温度分别达到6 800K和9 000K。最后,讨论了特征谱线的展宽机制,并利用Cu I 521.82nm谱线,探讨了弓网电弧等离子体的电子密度随电流的增加而上升的情况。     

交流特高压试验线段电磁环境研究

特高压电网在提高输电能力、减小输电线路走廊的同时,也因其高电压所带来的电磁环境问题而引起社会的关注。为了解和掌握我国的特高压电磁环境水平,通过对交流特高压试验线段的电磁环境的测试,得到了我国特高压输变电工程电磁环境的工频电场、无线电干扰和可听噪声的试验数据:在选定的测量路径上,好天气条件下测量得到的工频电场最大值为6.1 kV/m,无线电干扰为53.5 dB(基准值1μV/m),可听噪声为A声级36.4dB。比较测试结果与前期电磁环境科研成果,认为好天气条件下交流特高压试验基地的电磁环境参数可满足环保要求,且与前期科研成果较为一致;但在雨天(毛毛细雨和小雨)条件下,由于线路的金具和导线电晕现象严重,无线电干扰和可听噪声比好天气时明显变大,分别增大约12 dB和10 dB。需要指出的是,由于试验线段投运时间较短,测量场地不是十分理想,合理的测量数据将在大量测试的基础上进一步统计得出。     

电动汽车充电桩对电能质量和电磁环境的影响

通过研究电动汽车充电原理,分别建立了交流和直流充电桩电路模型,分析了多台电动汽车充电时对电流谐波畸变率和功率因数的影响;建立了电动汽车充电桩传导和辐射EMI噪声模型,分析了噪声生成机理及其传输路径。理论分析与实验结果表明,随着充电台数的增加,交流充电桩的电流谐波畸变率增大、功率因数不变,直流充电桩的电流谐波畸变率不变、功率因数增大,且直流充电桩频段在25 Hz~1 kHz和5~50 kHz时产生强烈的EMI噪声。     

真空、直流电压的电子辐射环境中聚酰亚胺材料的沿面闪络特性

为了提高聚酰亚胺材料(PI)在复杂工程环境下的可靠性,实验研究了真空电子辐射下PI的直流沿面闪络特性,并采用热刺激电流(TSC)法测试辐射前后试样的陷阱参数。结果表明,当辐射电子能量在0.5～20 keV范围内时,试样表面的闪络电压高于无辐射情况下的闪络电压;电子能量越高,介质表面正电荷密度和相对介电常数越小,陷阱深度增大,表面电场均衡性有所提高,因此闪络电压越高;在辐射电子能量不变情况下,束流密度越大,初始电子数越多,泄漏电流越大,则闪络电压越低。     

基于FEKO建模的变电站电磁干扰研究

变电站是电力系统强电和弱电最集中的场所,电磁环境十分复杂。工频电流、雷击过电流、操作电流和冲击电流等会造成各种电磁干扰,而变电站中的设备和建筑等物体会对电磁辐射产生遮挡,折射和反射的作用使电磁干扰的情况变得更为复杂。所以,变电站内的电磁环境和站内物体对电磁辐射的传播影响值得深入研究。借助FEKO软件,将一段小导线构成的电偶极子作为干扰源,对单个电偶极子在自由空间中的辐射情况进行仿真和分析,在一台简化的变压器模型附近设置干扰源后,分析变压器附近的场强情况,再对经简化的变电站模型内不同位置设置干扰源的情况进行了仿真,得到干扰源在不同高度的水平面上产生的电场分布图像,由此分析干扰源对变电站的电磁干扰情况。