基于多尺度思想的模块化多电平变流器可靠性分析综述EI北大核心CSCD

对于大容量电力电子系统,其可靠性分析既要考虑器件的微观物理机理,又要结合系统的宏观工作特性,宏观与微观的结合无疑会带来计算量与精确度的矛盾,从而影响了可靠性预测的准确性。针对这个问题,文中尝试基于多尺度的思想,以模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)为研究对象,将现有的MMC可靠性研究从微观到宏观划分为器件级、电路级和系统级等3个尺度,系统梳理了各尺度的可靠性分析方法,并分析了不同尺度之间的相互影响。接着,总结了大容量电力电子系统多尺度可靠性分析方法,并以文中总结的内容为基础提出了不同尺度可靠性模型互联的思路。最后展望了MMC多尺度可靠性分析在未来的主要挑战。     

220kV某GIS设备伸缩节的放电分析

气体绝缘开关设备(GIS)受制造技术、装配工艺、运行环境等因素影响,运行中可能会出现六氟化硫(SF₆)气体泄漏、局部放电等故障。介绍了某220kV气体绝缘设备伸缩节气室漏气放电,220kV母差保护动作跳闸事故,解体故障气室,从环境、受力、导体等方面进行了故障分析,并给出了整改措施,对GIS设备的运行维护具有一定的借鉴意义。     

550kV GIS高压开关设备抗震性能分析

以550 kV GIS高压开关设备抗震性能为研究对象,以实体结构为原型,对其进行三维立体建模。采用模态分析理论对设备进行动力特性分析,得到结构自振频率和振型,定性分析该结构在地震动响应中发生共振和类共振的可能性,并采用反应谱分析理论对其进行地震动特性分析,得出550 k V GIS在AG5抗震水平下的地震动响应及GIS结构的最大应力和形变,从而对该结构在AG5抗震水平下进行安全性能考核。     

某220kV变电站110kV GIS母线异常分析北大核心CSCD

文中针对某220 kV变电站110 kV GIS(气体绝缘开关设备)母线异常状况展开深入研究,通过外观检测、超声波局部放电检测、X射线检测和局放在线监测等技术手段,综合分析诊断该母线异常是由Ⅰ母1号伸缩节右侧母线筒内B相支撑绝缘子存在毫米级间隙导致悬浮电位放电而产生。结合解体分析和3D立体扫描检测技术,对其产生原因进行分析。研究发现本次异常的B相支撑绝缘子金属嵌件制造尺寸高于正常相,导致安装屏蔽罩后金属嵌件高于屏蔽罩外表面,从而造成B相屏蔽罩未能与母线有效压紧。随着母线的相对运动或振动存在失去等电位接触可能,进而导致屏蔽罩产生悬浮电位,此间隙可能随着负荷及温度变化而变化,从而形成阵发性悬浮放电信号。文中首次通过3D立体扫描技术实现对GIS母线异常的成功诊断,为电网设备故障检测、诊断、分析和治理开辟了新途径。     

伸缩节在GIS中的应用

为了正确地使用伸缩节,针对GIS用伸缩节的使用方法本文就伸缩节的设置原则、长度调节、支撑设置等方面进行了探讨,避免因使用不当而造成产品质量问题。在气体绝缘金属封闭开关设备(以下简称GIS)中,管道母线是其较为重要的一个组成部分,在长度上有的管道母线甚至达几百米,且其直接和套管、变压器、电缆终端等设备直接连接。目前国内外GIS产品外壳大多数厂家采用铝合金,且GIS母线布置于室外     

某220 kV GIS母线跳闸故障分析与处理北大核心CSCD

GIS广泛应用于电力系统中,其可靠运行直接影响大电网安全稳定。文中针对一起220 kV GIS母线跳闸事件进行深入分析,通过现场检查、设备解体和仿真分析等多种手段查找原因。综合天气因素和变电站水文环境综合研判,确认故障原因为连日暴雨造成GIS基础不均匀沉降,导致设备渐渐移位,当伸缩节螺栓应力超限时母线筒导电杆从梅花触头中脱落,对筒壁放电跳闸。最后根据故障原因,提出处置措施,为类似故障的分析和处理提供经验参考。     

220 kV GIS设备局部结构有限元分析

以变电站220 k V GIS设备为参考,建立局部结构的有限元模型并进行分析。分析结果表明:螺栓沿轴向伸长,法兰沿Z方向发生变形,均会导致法兰连接处密封性能下降;波纹管的伸缩量满足位移补偿要求,但双头螺柱由于弯曲应力较大,维护时应根据波纹管的伸缩量加以调整;弯管连接处因缺乏有效支撑,其Z方向位移较大,设计中应采取措施加以改进。     

光伏并网多逆变器并联建模及谐振分析EI北大核心CSCD

针对光伏并网发电系统中多逆变器并联谐振问题,首先,建立包括电流控制、电压前馈和脉宽调制(pulse width modulation,PWM)谐波特性的单台逆变器小信号电路模型,并扩展成多逆变器并联小信号模型,提出基于2台逆变器和同类激励源合并的多逆变器并联系统小信号模型简化等效方法,分析多逆变器的基本谐振特性,并得出谐振与各逆变器控制和载波同步性有关的结论。最后,通过相关的实验研究,验证了所提出的多逆变器简化等效模型和理论分析的正确性。     

550kV GIS设备在地震行波效应下的位移、应力分析

以550 kV GIS设备整体为研究对象,采用天津波作为地震输入波形,根据地震时程分析理论,分别进行单点地震输入和考虑行波效应的多点地震输入的地震分析,并将两种情况下所得到的位移、应力结果进行比较。结果表明,当视波速为600 m/s时,整个GIS的最大位移出现在套管顶端,最大应力出现在10号支架位置;同时,多点输入下GIS结构最大位移响应值、最大应力响应值均比单点地震输入大很多。变电站的GIS设备在进行抗震分析时,不能忽略地震行波效应对整体GIS结构的影响。     

应用于高海拔环境下的550kV GIS套管抗震性能分析

对设计并应用于云南某高海拔地区的550 kV GIS套管进行抗震性能分析,参照设计图纸构建三维模型,利用模态分析确定套管设计结构的固有频率和振型,对套管施加内部压力、风载荷及静态端子负荷,采用响应谱分析计算出套管在AG5水平下各零部件的位移与应力.计算结果表明,所设计的550 kV GIS套管安全系数满足AG5水平要求,可以安全使用,但套管顶部均压环位移相对较大,应充分考虑预留顶端导线接线长度.     

126kV的GIS母线筒外壳应力分析

本文针对西开厂和三菱两种母线筒的设计方案,采用应力集中理论和有限元理论分别对简壁开口处应力较为集中的部分进行了分析计算,两者所得结果基本吻合,为该部件的设计提供了可靠的理论根据。     

GIS电子式互感器内部电磁干扰研究北大核心CSCD

针对GIS隔离开关操作时电子式互感器内部电磁干扰问题,文章首先对电子式互感器进行了结构建模,基于偶极子天线的辐射理论模型对电子式互感内部的三维电磁场分布规律和强度开展分析,最终得到电子式互感器内部不同时刻的电磁场强度及其分布规律:在电磁骚扰产生0.5~2.5μs内电子式互感器内部电场强度较大,在3μs之后电场逐渐减小,在相同频率下,y轴方向电场最强,x轴方向磁场最强。     

基于有限元分析的GIS母线筒温度场分布研究

利用ANSYS/EMAG软件对建立的某110 kV室内GIS开关变电站直筒型和T型结构的GIS母线筒三维实体模型进行分析。分别得到在对称、不对称三相电流情况下GIS母线筒内磁场强度分布及母线筒外壳感应电流密度分布,并对其电能损耗进行了定量计算。利用ANSYS中FLUID142单元对其母线筒内流场、温度场进行了数值仿真计算。通过求解计算给出了GIS母线筒内母线导体温度分布情况、母线筒壳体温度分布情况以及内部SF6气体流场分布情况。为验证温度场计算结果的准确性,测量了GIS母线筒在不同运行工况下母线筒温度场分布情并与仿真结果进行比较。     

550kV高压隔离开关热稳定性分析

550 kV高压隔离开关在实际运行中由于电阻损耗发热而温度升高,甚至会超过允许温升,而影响其工作性能。尤其是隔离开关的接触电阻,直接影响其热稳定性,严重时可能引起烧瓷粘连事故。为了保证高压隔离开关工作的安全性和稳定性,建立了三维有限元分析模型,计算了550 kV高压隔离开关的损耗,得到了电流分配情况。通过瞬态热分析,讨论了隔离开关在65 kA/3 s下的热稳定性,并且研究了接触电阻、接触面积及电流对动静触头接触点温升的影响。计算结果为产品试验提供了参考,分析方法为产品设计提供理论指导。     

宜都蔡家冲换流站550 kV GIS缺陷分析

宜都蔡家冲换流站GIS 安装调试期间发现多起设备缺陷。通过交流耐压试验及局部放电测量发现隔离开关绝缘拉杆存在质量缺陷, 更换合格绝缘拉杆后试验通过。断路器解体检查及时发现了内部缺陷,避免了事故发生。进行气体泄漏检查时发现多处气室轻微漏气。气体湿度测量发现超过厂家控制标准, 需要进行复测。     

550 kV GIS电流互感器壳体壁厚减薄强度分析

电流互感器是电网系统的重要组部件,为响应降本增效政策,开展对550 kV气体绝缘金属封闭高压开关(Gas Insulated Switchgear,GIS)电流互感器外壳体壁厚减薄的研究,并对其进行综合受力分析。首先通过理论分析计算得出最严苛环境下电流互感器外壳体受到的各种应力,然后运用仿真分析软件对不同壁厚的外壳体综合受力情况下的形变位移、综合应力等进行仿真验证,仿真分析结果表明在最苛刻运行条件下,外壳体减薄后厚度最小可为12 mm时,壳体受到最大综合应力为56.3 MPa,小于壳体的屈服强度90 MPa;电流互感器连接螺杆处应力为160 MPa,小于屈服强度640 MPa,位移最大值为0.68 mm,外壳体满足要求,因此验证壳体没有发生破坏,电流互感器功用不会受到影响,电流互感器装置壳体通过减薄设计后,单个壳体筒体的重量可降低32.8%,进而实现设备降本增效的效果。     

多尺度和多物理场的电力电子变换器建模方法初探

针对电力电子变换器建模中存在多尺度交互难以划分和综合的问题,将多尺度概念引入建模过程,提出适用于电力电子变换器的尺度划分方法及多尺度建模方法,进而为解决尺度间信息交互的收敛性问题,以及计算精度与计算效率之间的矛盾,提出多尺度模型的尺度交互策略,并通过程序调用MATLAB与COMSOL软件实现了典型变换器的多尺度仿真。最后,通过与理想模型的对比,说明应用多尺度建模及尺度交互策略的方法,可以有效地反映出电力电子变换器中多尺度和多物理场现象。研究结果表明,多尺度模型是对电力电子变换器进行描述的一般形式,而理想模型是多尺度模型的一个特例。     

多尺度形态滤波算法在GIS局部放电检测中的应用

为了抑制GIS局部放电现场检测中的白噪声和各种窄带周期干扰信号,介绍了一种非线性信号处理技术——多尺度形态滤波(multi-scale morphological filter,MMF),提出了一种新的组合形态滤波算法,并应用于GIS局部放电声电联合检测信号处理中。经仿真局放信号处理并且与小波变换处理的结果相比较,在平均误差、均方根偏差以及最大误差等指标上均优于小波的处理结果。通过现场对局部放电引起的超声信号处理结果表明,该算法可以去除超声信号中的噪声干扰,使超声信号直达波起始时刻清晰,结合超高频信号实现对局部放电源准确定位。     

考虑材料不确定性的特高压GIS瓷套管地震易损性研究北大核心CSCD

为更准确地评估材料不确定性对电气设备地震易损性的影响,以某型特高压气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)瓷套管为例,建立经过振动台试验验证的套管有限元模型,在考虑地震动不确定性的同时对材料参数随机变量进行抽样,开展地震易损性分析。对比考虑材料不确定性前后特高压GIS瓷套管地震易损性,探究材料不确定性对电气设备抗震性能与地震易损性的影响。结果表明:引入材料不确定性后特高压GIS瓷套管的地震易损性将发生小幅度改变,并且离散程度增大。在地震易损性分析过程中,地震动不确定性对套管破坏概率的影响远大于材料离散性对破坏概率的影响。从结果而言,仅考虑地震动不确定性的地震易损性分析结果已经可以满足工程应用需求。     

一起小型化GIS设备故障分析及改进措施研究北大核心CSCD

小型化GIS设备因结构紧凑、成本低等符合设备运维单位需求的特点,在电力系统中得到推广应用,但由于早期绝缘评价指标低,导致该类设备故障率较高。文中以某故障高发小型化GIS屏蔽罩表面气隙击穿为例,对该类设备运行可靠性进行研究,并依据研究结果提出改进措施。首先通过电场仿真、快速暂态过电压计算、绝缘裕度校核对故障进行分析,给出故障发生的主要原因。之后基于电场仿真、流场仿真以及耐压试验过程中的特高频局部放电特征,对该小型化GIS设备提出屏蔽罩结构优化、罐体内部异物治理、特高频绝缘监测3种改善措施,避免同类故障再次发生。最后通过人工预埋异物下交流耐压试验、1.1倍雷电冲击下绝缘裕度校核,验证了文中所提措施的有效性。