复杂高次谐波电流作用下GIS振动特性研究

新型电力系统源-网-荷侧特性不同于传统电力系统,系统中存在谐波,甚至超高次谐波。谐波对气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）振动特性产生影响。首先,分析了新型电力系统源侧、网侧以及负荷侧并入电网时产生的谐波种类及成分;其次,搭建GIS谐波激励下振动特性测量平台,结合电力系统中的谐波特性,对不同谐波电流激励下的GIS 振动特征进行试验研究;最后,通过试验发现：GIS外壳振动幅值在轴向呈线性分布,振动大小与端部刚度成反比;当存在多种谐波电流时,谐波之间的和频、差频及倍频使振动频率更加丰富,这使得GIS更容易产生机械谐振。     

GIS中隔离开关开合小电容电流时产生的VFTO

介绍了一套能满足GIS中VFT测量要求的测量系统,并给出了在实验室内220kV的SF_6隔离开关模拟装置上开合小电容电流时产生的VFTO的幅值及上升时间范围的测试结果。     

考虑超声波传播特性对GIS内部自由金属粒子的游离尺寸评价

介绍采用电磁波及超声波检测法探讨精确诊断GIS内部是否有金属粒子存在、位置以及绝缘击穿危险程度的诊断检则。以GIS罐内进行的金属粒子自由落下的试验，探计了有关产生超声波波形的衰减、螺旋波以及速度分散等传播特性，根据校正的超声波振幅值评价了GIS内游离的金属粒子的尺寸。     

基于Ansys的252kV GIS用三相共箱式电流互感器研发

为降低生产成本和装配难度,笔者对某型252 kV气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)用"三相共箱式"电流互感器(CT)进行了优化设计,并利用Ansys软件对CT气室的电场强度及其壳体的机械强度进行了数值分析计算。结果表明,导体与屏蔽罩的同轴间隙是场强集中区,CT壳体小法兰与筒体连接外侧为应力薄弱区,壳体机械强度和CT整体电场强度均满足设计基准且具有一定的裕度。优化方案结构更紧凑,重量更轻,成本更低,总高度降低了340 mm,达到了预期目标。     

Weibull分布在GIS局部放电识别中的应用

为了研究Weibull分布函数在GIS局部放电类型定性分析中的应用,在实验室以一段220 kV电压等级的GIS母线腔体为试验对象,以3种典型的人工缺陷局部放电模型为例,对不同放电源的PDHD进行了比较,用Weibull概率分布函数进行分析并估算其参数。研究表明,此概率函数与局部放电幅值分布吻合,用Weibull分布的形状参数β值可以较好地识别不同局部放电类型,在两种放电源混合时可以使用混合Weibull函数分离其放电信号。研究结果为今后对GIS局部放电模式识别提供了试验和数据依据。     

GIS绝缘子表面固定金属颗粒放电特性研究

为研究气体绝缘开关设备中绝缘子表面固定金属颗粒的放电特性,在实验室建立了一套220kV电压等级的GIS局部放电检测平台,模拟GIS绝缘子表面固定金属颗粒放电模型,应用紫外成像技术、超声波检测技术和脉冲电流法对整个放电过程进行了检测。试验结果表明:光学检测法灵敏度很高,通过紫外光子数可以直观的反映放电的剧烈程度和放电位置;绝缘子表面固定金属颗粒的形状对放电剧烈程度有较大影响;在绝缘子缺陷处,随着放电的加剧,局部区域瞬间受热而膨胀,体积的剧烈变化引起了介质密度的瞬间变化,从而导致超声波信号不断增强。     

550kV GIS盆式绝缘子小型化设计(二)——介电分布优化

为缩小气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）的体积、简化生产制造工艺、降低原材料与SF₆气体消耗,在《550kV GIS盆式绝缘子小型化设计（一）——几何形状优化》（简称论文1）的基础上,引入介电功能梯度材料的理念,开展盆式绝缘子材料介电分布优化设计。针对接地法兰附近盆体表面电场畸变严重的问题,以均化接地法兰处电场为目标,基于拓扑优化方法构建了盆式绝缘子材料介电常数空间分布优化模型,并讨论了密度函数因子、梯度惩罚权重、介电常数上限等算法参数对于介电梯度形式及电场优化效果的影响。仿真结果表明,优化后绝缘子外法兰附近凸面一侧出现高介电常数区域,呈近似菱形的几何轮廓。此时,即使绝缘距离较原始结构减小15%,接地法兰处的电场集中现象仍可得到大幅改善。因此,该文提出的介电梯度材料,有望代替外壳倒角处的“R弧”形金属屏蔽以及绝缘子内嵌金属屏蔽环等方法进行电场分布调控,在GIS小型化改造、减少材料用量、优化工艺流程方面具有广阔前景。此外,提出了3D打印+浇注固化的小型化介电梯度盆式绝缘子制造方案,为后续研究与应用提供支撑。     

全光纤电流互感器在GIS中的应用

阐述了全光纤电流互感器工作原理,基于法拉第磁旋光效应,综合利用光纤传感技术和闭环控制技术,使其精度和抗干扰能力等方面优于其他电子式电流互感器。介绍了该互感器在气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）法兰中的集成方法,解决了传统互感器同GIS连接安装时存在的密封性问题,并大大减小了GIS整体体积,具有很好的发展前景。     

电磁轨道炮电流分布特性研究综述

电磁轨道炮电流分布特性与其发射性能密切相关,局部区域电流密度过大会导致电枢和轨道熔蚀磨损、界面熔化沉积、转捩电弧等现象,严重影响电枢和弹丸的发射稳定性,造成轨道和内膛绝缘的损伤。该文首先阐述了影响电流分布的三种物理效应——趋肤效应、临近效应和速度趋肤效应,基于此,总结了国内外针对电磁轨道炮电流分布特性的相关研究。分析了枢轨界面状态、枢轨材料、枢轨结构、驱动电流对电流分布特性的影响规律,提出马鞍C形电枢在改善电流分布上的优势。最后总结了优化电流分布的若干措施,可为电磁轨道发射的工程应用提供技术支撑。     

不同材料对特高压GIS套管抗震性能的影响研究北大核心CSCD

现有变电站电气设备的套管多采用陶瓷或玻璃钢纤维复合材料制成。为研究不同材料对特高压气体绝缘开关套管抗震性能的影响,根据实际工程所用的套管结构,文中分别建立了特高压气体绝缘开关瓷套管和复合套管有限元模型,探究了其动力特性及地震响应。结果表明,复合套管前两阶自振频率均小于瓷套管,且仅在瓷套管模型中发现了母线支筒顶部产生的局部变形;在相同强度地震动输入下,复合套管的加速度、应力以及顶部相对位移响应均大于瓷套管,两种材料套管均满足抗震设防烈度为8度且设计地震加速度为0.4 g的抗震要求;复合套管的应力安全系数大于瓷套管,表现了较为良好的抗震性能,但在抗震设计时应重点关注复合套管的母线冗余度。     

GIS中的电磁暂态现象

GIS以其较高的运行可靠性,易维护,占地面积小等优点在电力系统中得到了广泛的应用。但是,在隔离开关、接地开关和断路器的动作过程中,会出现快速暂态过程。主要表现为:GIS母线套管上的快速暂态过电压和GIS壳体上的暂态地电位升高以及GIS周围空间产生暂态电磁场。主要分析和探讨由快速暂态过程引发的暂态电磁场的产生和传播机理以及它对GIS的电缆出线和与GIS相连的变压器的影响。     

GIS内置式特高频传感器电场分布研究

内置式特高频传感器植入GIS腔体时,会对原有电场产生畸变,从而影响设备的安全运行。通过对内置式特高频传感器的不同植入位置进行电场计算,得到了不同植入位置时传感器对原有电场的畸变情况,在此基础上提出了内置式传感器的植入原则。结果表明：当传感器平面与GIS外壳呈水平或处于GIS预留腔体内时,传感器对原电场的影响可忽略不计。综合灵敏度的考虑,可将传感器平面与腔体外壳呈水平布置。     

电磁悬浮控制系统磁场有限元分析

在分析电磁悬浮控制系统基本原理的基础上，以磁浮球控制系统的磁场为例，论述了轴对称非线性磁场的有限元分析方法，建立了有限元方程，应用二维磁场有限元软件对在不同的悬浮气隙下的磁场吸力进行了精确的计算。     

用电磁场和流场模型计算GIS母线损耗发热

为深入研究GIS母线的损耗和发热问题,在综合考虑集肤效应、涡流损耗、电导率温度效应、气体流动、重力等多种因素影响的基础上,运用有限元方法,建立了GIS母线损耗发热的电磁场与流场求解模型。计算分析了该类母线的热源和温度分布规律,并与实测数据进行了比较。结果表明:GIS母线电流和损耗密度的分布都体现出集肤效应。当母线水平放置时,其导体与金属外壳的温度分布呈上高下低规律。对于水平放置的单相GIS母线,其温度分布左右对称,其内部环状空间气体对流作用较强,等温线呈弯曲的S型分布,同一圆周上温度分布并不均匀。而对于水平放置的三相GIS母线,其上方导体附近的气体等温线分布也呈现较为明显的S状弯曲,而位于下方导体周围的气体,其等温线扭曲程度相对较小。     

Causes and characteristics of the electromagnetic vibration of a capacitor motor under load

Capacitor motors (CRMs) are widely used to drive industrial equipment and home electric appliances. Recently, reduction of the vibration and noise of CRMs has become increasingly important from the standpoint of environmental improvement. However, electromagnetic vibration of CRMs under load has not been sufficiently analyzed. The present paper theoretically and experimentally discusses the causes and characteristics of CRM electromagnetic vibration under load. The primary conclusions are as follows:

• (1) The general formula for the dominant electromagnetic vibration caused by electromagnetic force waves was derived, including the influences not only of a backward magnetic field but also of magnetic saturation.
• (2) The dominant electromagnetic vibration of CRMs is theoretically attributed to three types of electromagnetic force waves. Two types of electromagnetic force wave are generated by the interaction of two forward magnetic fluxes, such as those of a three‐phase squirrel‐cage induction motor, and the other type of electromagnetic force wave is generated under the influence of a backward magnetic flux.
• (3) The characteristics of the dominant electromagnetic vibration depending on the load and the running capacitance are subdivided theoretically and experimentally into three types based on the characteristics of the electromagnetic force wave and the equivalent circuit current.
• (4) The influences of magnetic saturation in dominant electromagnetic vibration have been verified experimentally and their causes have been clarified theoretically in relation to electromagnetic force waves. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 153(4): 68–76, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20129

     

电磁场计算中的四边形组合有限元法

本文提出了一种利用四个二次型三角形单元拼装而成的四边形组合有限元计算电磁场的基本方法。其解具有精度高、连续的优点，同时显著降低了计算机的计算量和存贮空间。这种方法对于电磁场问题的计算具有较高的实用价值。     

表贴式调速永磁同步电动机径向磁拉力分析

分析了永磁同步电动机中负载磁场的主要谐波分量,对面贴式永磁同步电动机空载及负载磁场进行径向力波分析,该方法可以有效分析永磁同步电动机的径向磁拉力,并为采取对应措施消除由其引起的永磁同步电动机振动与噪声提出了理论依据.     

电磁场三维有限元结果的显示

研究了基于三棱柱剖分单元的电磁场有限元结果的后处理,给出了内部结果的剖切显示方法,通过将三棱柱单元细分为四面体单元,使三棱柱单元的等值面提取转化为简单的四面体单元的等值面提取,简单、实用地解决了单元细分时的相容性问题。最后介绍了利用OpenGL图形功能显示三维模型消隐的方法。     

Frequency domain discussions on PD signal propagation characteristics in GIS

The frequency dependency of PD signal propagation in GIS was investigated at an underground substation. Injecting dummy pulses into a GIS through its internal electrode, frequency spectra were measured by a spectrum analyzer at various points of the GIS. It is shown that this measurement is very reproducible and the signal propagation phenomena are independent of its direction. It is also clarified that the PD signal reduction phenomena are closely related with mode transfer from TEM to TE or TM. The major higher mode seems to be TE₁₁. Pulse waveforms were also measured with 65‐MHz bandpass filter. Their magnitudes are compared with the gain of the 65‐MHz component of the frequency spectra and good agreement is obtained. This implies the possibility of PD location by observing a frequency pattern with several bandpass filters. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn 133(3): 9–17, 2000     

220 kV架空线路工频电磁场分析

高压架空线路日益集中,研究两列及多列线路间重复区域的辐射重影问题对于电磁环境辐射研究具有现实意义。 利用电磁辐射分析仪PMM8053B与工频电磁场探头EHP-50C,对220 kV双分裂水平排列的线路进行电场强度、磁感应强度实际测量,测量结果表明辐射重叠区电场强度较大,电场最大值4.275 kV/m高于国家环保推荐标准。 应用改进等效电荷法计算电场强度、磁感应强度,并通过Matlab对改进等效电荷法计算结果与实测结果进行比较,两结果非常吻合,可为电磁辐射重影的分析提供参考意见。