Typical Motion and Extinction Characteristics of the Secondary Arcs Associated with Half-Wavelength Transmission Lines

Secondary arc discharge is a complicated physical phenomenon and one of the key fundamental issues associated with ultra high voltage （UHV） half-wavelength transmission lines （HWTL）. With the establishment of a physicM simulation platform for the HWTLs, experiments were carried out regarding the motion and extinction characteristics of secondary arcs. The cathode arc root and the anode arc root were found to show an obvious polarity effect while the arc column was moving in a spirM, due to their different motion mechanisms. The extinction behavior was also recorded and experiments were designed with different compensation conditions. Results show that the arcing time can be greatly reduced if there exists an electrical compensation network. The research provides fundamentals for understanding the physics involved, especially the motion and extinction mechanisms of the secondary arcs.     

直流偏磁条件下变压器的谐波畸变特征

结合我国在建的±660 kV直流输电线路(银川至青岛),基于建立的非线性磁模型,对距青岛换流站30 km的220 kV匡正站一号主变进行了谐波定量分析.结果表明,直流偏磁条件下变压器输出电压的偶次与奇次谐波含量均显著增加,使得变压器成为系统的严重谐波源.通过分析直流偏磁对变压器影响的相关因素,给出了该变压器输出电压偶次谐波含量与中性点注入直流的对应关系,为发展基于中性点反向注入电流的直流偏磁抑制方法提供了新思路.     

抛物线PWM电流控制稳定性分析

抛物线脉宽调制（pulse-width modulation,PWM）电流控制方法采用一对特定的抛物线函数曲线,以控制电压型变换器电流跟踪误差的正负峰值和PWM开关时刻,实现与滞环控制相媲美的高精度、快速电流跟踪控制,并能保持开关频率基本恒定。但该方法也存在与峰值电流控制类似的动态稳定性问题。从理论上详细分析抛物线PWM电流控制方法在各种工况下的动态稳定性以及影响稳定性的因素,导出PWM占空比与稳定性及动态调整时间之间的关系,结果表明：抛物线法电流控制满足全局动态稳定性条件。仿真和实验结果验证了上述结论的正确性。     

基于GC-SCD的变压器油中多重硫化物分析及硫醇腐蚀反应实验研究

针对变压器油中腐蚀性硫难以定量分析的问题,建立了以气相色谱仪和硫化学发光检测器联用来检测变压器油中多重硫化合物的方法。该方法依据各硫化物的保留时间来完成多种硫化合物的定性分析,并应用外标法进行定量分析。通过对比实验确定了对变压器油中多重硫化物进行准确定性与定量分析的载气流速、初始炉温及升温程序等检测条件。应用该方法对硫物质的量浓度在1×10~(-6)~5×10~(-3) mol/L之间的变压器油样品进行了检测,并且研究了变压器油中不同类型硫醇与铜反应的相关机理。研究结果表明:硫含量与色谱峰面积呈线性关系,测试的相对标准偏差也满足定性与定量分析的需求;当变压器油中仅含一种硫醇时,老化仅生成相应的二硫醚产物;而当变压器油中含有多种硫醇时,不同硫醇会发生交联反应,除生成各自对应的二硫醚产物之外,还会生成新的硫醚。论文确立了利用气相色谱-硫化学发光检测器测试变压器油多种硫成分的相关方法和检测条件,提出了硫醇与铜反应的新机理,可为多重硫化物的定量分析提供参考。     

直流应力下主动式微粒抑制方法的动态配合研究

直流气体绝缘输电线路（GIL）中自由金属微粒的活性较之交流GIL中更为活跃,对直流GIL的技术发展以及应用带来了严峻的挑战。目前,将各种抑制微粒手段进行主动式动态配合设计是未来发展的趋势。该文搭建直流GIL金属微粒主动式抑制的动态配合实验平台,并结合有限元仿真,从陷阱捕获率的角度优化了驱赶电极与陷阱间的位置配合;同时提出直流老练优化程序,最终获得主动式微粒抑制的动态配合有效方案。研究结果表明,当驱赶电极与陷阱间的距离为18 mm时,陷阱捕获率可高达70%;该文优化后的直流老练程序较传统程序可使陷阱捕获性能提升50%以上;最后通过实验验证了驱赶电极的有效性,且通过大量实验发现,高压电极布置驱赶电极后,陷阱捕获率可提高50%以上。因此,该文结果对提升直流GIL抑制金属微粒的能力具有一定的参考价值。     

不同含水率下电—热耦合应力对油纸绝缘界面小分子气体扩散特性的影响机制

油纸绝缘在实际运行过程中,受到电—热耦合应力作用,其内部产生的气体以气泡的形式从界面处析出,造成局部放电甚至绝缘击穿,危害变压器的运行安全。文中通过搭建油纸绝缘电—热耦合实验平台,分别对不同温度、不同电场强度以及不同含水率条件下的油纸绝缘模型进行实验,实验结果表明,随着电场强度以及含水率的提高,气泡析出的起始温度逐渐下降。由此进一步建立油纸绝缘界面分子动力学仿真模型,以绝缘纸老化裂解过程中产生较多的CO₂为例,对其在油纸绝缘界面处的聚集状态、相对浓度,扩散系数,氢键作用以及自由体积分数进行了研究。模拟结果表明,升温提高了自由体积分数,促进了CO₂分子的布朗运动,较多CO₂分子扩散至界面处与绝缘油中,扩散系数提高了187.96%。相同温度作用下,随着电场强度的增大,CO₂分子与其他分子间形成的氢键数量减少,导致CO₂受到的分子间作用力减小,290 K时,电场从50 kV/m增大到200 k V/m时,扩散系数平均提高了90.41%;360 K时,提高14.02%。含水率的提高使得...     

盆式绝缘子环氧树脂/碳纳米管复合材料的分子动力学模拟

盆式绝缘子综合性能的提高通常难以兼顾,文中基于分子动力学模拟,通过纳米掺杂辅助设计出符合要求的复合材料,进而提高其热学和力学性能。首先,通过分子模拟软件建立环氧树脂及掺杂了3种碳纳米管(未封端、半封端、全封端)的环氧树脂复合材料模型,将其导入到LAMMPS进行计算。其次,基于Reax FF对其做密度优化,得到符合实际的合理空间结构。然后,采用静态常应变法计算了该4种模型的力学性能,采用非平衡态分子动力学方法获取4种模型的热导率。结果表明:掺杂全封端的碳纳米管使复合材料的力学性能提升26.5%,热导率提升5%;掺杂未封端的碳纳米管分别提升了8.7%和17.8%;掺杂半封端则分别是1.5%和0.2%。考虑到盆式绝缘子对热性能有着更高的需求,认为选用对热导率提高更明显的未封端碳纳米管作为掺杂颗粒更符合工程实际。     

旋转状态下风机叶片雷击接闪特性的实验研究

风机雷击事故频发,严重威胁风电场正常运行。现场观测数据表明,旋转风机更易遭受雷击。对此该文设计1:30缩比可旋转3MW风机模型,模拟真实风机旋转叶尖线速度,使用正负极性标准操作波,利用长间隙放电模拟真实雷电,开展旋转状态下风机叶片防雷装置接闪特性研究。实验结果表明,旋转会对接闪过程中叶片接闪点分布与接闪后放电通道产生影响,放电具有明显的极性效应。旋转使得正极性放电下叶片接闪器拦截效率下降;对负极性影响较小。正极性放电更易击中远离叶尖部位。成功接闪后,接闪点附近放电通道因叶片旋转发生偏移,产生"拉弧"现象,造成叶片损伤,并与实际风机受损情况相对应。所得结果为风机叶片防雷优化设计提供参考。     

大型风电场雷击防护研究面临的关键问题

从风电场雷击现场观测与长间隙放电实验模拟、叶片雷击接闪放电、风电机组雷击风险评估与防雷系统优化设计、叶片雷击损伤机制、雷击电磁暂态与防护、叶片防雷系统测试方法、海洋环境风机防雷新问题等方面,对风电场雷击防护技术领域的国内外研究现状进行了总结。梳理出5个亟待解决的问题:风机旋转对叶片附近空间电荷的影响;叶片接闪的极性效应与负极性上行先导物理模型;多先导起始竞争机制及风机群屏蔽效应;雷击桨叶损伤机制与冲击爆裂动力学建模;风电机组雷击风险评估方法。对这些问题的有效解决将从理论基础、设计原则、评估测试体系等多个层面,提升对风电场雷击现象的认知水平,指导风机桨叶和防雷系统的优化设计。     

基于Markov过程的效果评估研究

为了解决基于Markov过程的效果评估模型常规解法难于事后满足约束条件的问题,设计了一种基于遗传算法的评估模型求解方法,方便、简洁地实现了效果评估模型求解,计算结果表明评估准确,效果良好.