长距离输电线路潜供电弧弧根跳跃与弧长剧变的物理机制与仿真

建立了长距离输电线路潜供电弧物理模拟实验平台,使用高速摄像仪拍摄潜供电弧的运动发展过程。实验发现,潜供电弧阳极弧根存在明显的跳跃现象,且潜供电弧运动过程中电弧长度经常出现暂时变短的现象,在电弧熄灭前的瞬间,电弧长度会急剧上升。为明晰引起上述现象的内在作用机制,建立了链式电弧模型,对长距离输电线路潜供电弧进行仿真分析,结果表明弧根跳跃与热浮力和电极结构密切相关,电极结构水平时潜供电弧弧根跳跃次数明显减少,更有利于电弧的疏导与熄灭。电弧长度暂时变短是由弧柱间短路引起的,而熄灭前潜供电流突然增大引起弧长的剧变。进一步研究了潜供电弧燃弧时间与风力之间的关系,风速较大时,风载荷在电弧受力中占主导作用,燃弧时间分散性较小。仿真还发现导线互相垂直时潜供电弧运动更为剧烈复杂,电弧更容易熄灭。     

基于铜失重的变压器油硫腐蚀程度定量表征方法

变压器油中腐蚀性硫与铜绕组反应,生成硫化亚铜附着在绝缘纸表面,造成绝缘纸电气性能下降从而引发故障。为实现对变压器油硫腐蚀程度的准确评估,本文提出一种由铜失重来定量表征变压器油硫腐蚀程度的方法。该方法采用砂纸打磨铜片以除去铜片表面氧化膜,然后参照DL/T 285—2012进行老化试验,试验完成后采用稀硝酸除去铜片表面附着的铜氧化物以及铜硫化物,通过比较老化试验前后铜片的质量差来定量表征变压器油硫腐蚀程度。通过添加不同浓度二苄基二硫(DBDS)以及十二硫醇(DDM)的绝缘油样,验证铜失重与变压器油中腐蚀性硫浓度的相关性,并采用实际运行油样验证该方法的有效性。结果表明:铜失重质量与变压器油中腐蚀性硫的浓度具有较好的相关性,油中腐蚀性硫的浓度越高,铜片失重质量越大,该方法能够准确检测出实际运行变压器油的硫腐蚀程度。     

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。     

基于热失重分析的盆式绝缘子热分解活化能的计算方法

气体绝缘金属封闭开关(GIS)在电力系统中应用广泛,其中盆式绝缘子长期在电热应力作用下不断发生老化降解,严重情况下可能会引发重大事故。盆式绝缘子的老化降解实际上是化学反应过程,因此研究盆式绝缘子的热分解过程具有重要意义。文中基于热分析动力学原理,采用热失重法分析了盆式绝缘子在5种不同升温速率下的热分解过程,采用Flynn-Wall-Ozawa法和Kissinger法计算了盆式绝缘子的活化能。研究结果表明,采用Flynn-Wall-Ozawa第1种方法和Kissinger方法计算结果基本一致,由Flynn-Wall-Ozawa第2种方法计算得到的活化能起初随着转化率的增加而增大,在转化率0.12处达到峰值,然后随着转化率的增大略有下降,并给出了这一现象的微观解释。上述研究对于准确计算盆式绝缘子的活化能,进而为揭示老化机理和评估老化程度具有一定的指导意义。     

基于红外传感的GIS隔离开关触头温度在线监测技术研究

为实现对触头温度的在线监测,针对GIS设备隔离开关的结构特点,提出了一种基于红外(IR)传感的适用于GIS设备触头温度在线监测的方法。因为金属导体表面发射率低,所以在金属导体触头表面涂敷高辐射涂料。针对SF6气体吸收红外光的影响,提出通过调节红外温度传感器的发射率来补偿SF6气体的吸收效应。建立了GIS试验平台,研究了SF6气体体积分数、红外滤光片和环境温度对红外测温的影响。实验结果表明,SF6气体体积分数的升高会导致红外温度传感器读数的下降,需要调低传感器的发射率进行补偿。最后根据所提方法设计了GIS设备触头温度在线监测系统。     

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.     

氧气含量与温升效应对多重硫化物腐蚀性的影响机理研究

变压器油中含有的腐蚀性硫会与铜绕组发生反应,严重影响其可靠运行。目前对硫腐蚀反应的研究主要集中在二苄基二硫醚方面,而研究表明硫腐蚀反应或与多种硫化物有关。为研究在氧气浓度和温升效应影响下,多重硫化物腐蚀性效果的变化规律,对含有DBDS、十六硫醇、十八硫醇以及3种硫化物不同组合的油纸绝缘在实验室条件下开展加速热老化实验,把氧气浓度和老化温度作为控制变量,定期取样进行测试。结果发现,氧气浓度对多重硫化物的腐蚀性具有一定的影响,高氧条件下,铜片的腐蚀等级要低于低氧条件下的情况;外界温度越高,硫腐蚀对油纸绝缘老化的促进作用越明显;当同时含有两种硫化物时,DBDS+十六硫醇和DBDS+十八硫醇对铜片有着较强烈的腐蚀作用,而十六硫醇+十八硫醇对铜片的腐蚀作用不是很明显。     

半波长输电线路潜供电弧弧根运动和熄灭特性实验研究

潜供电弧是发展特高压半波长输电技术面临解决的关键问题之一。采用典型的特高压输电线路参数配置,通过计算仿真获得了半波长输电线路单相故障时潜供电流和弧后恢复电压梯度的分布规律。采用分布参数模型,通过对三相耦合电路的合理简化,给出了半波长线路潜供电弧物理模拟的单相等值实验拓扑。基于建立的物理模拟实验平台,获得了半波长线路潜供电弧的弧根弧柱运动图像和熄灭特性。实验发现半波长线路潜供电弧的阴极和阳极弧根运动具有明显的极性效应,并进一步分析了阴极和阳极弧根的运动机制与特征。实验指出,不同的补偿网络对半波长潜供电弧的熄灭特性影响较大,适当的补偿条件可使得潜供电弧的熄灭时间大为缩短。该研究工作可为发展特高压半波长输电线路潜供电弧的抑制技术提供参考依据。     

引入多重边界条件的GIS母线温度分布多场耦合计算及影响因素分析

GIS母线温度分布可为触头温度监测及载流能力评判提供参考。基于有限元方法建立实际GIS母线原型的多物理场耦合计算模型,并引入太阳辐射、空气流速、环境温度等多重边界条件,以分析外部气候条件对GIS母线温度分布的影响。开展GIS母线稳态温升实验,验证多重边界下多物理场耦合模型的有效性。基于所建仿真模型,分析负荷电流、环境温度、太阳辐射以及风速对GIS温度分布的影响,结果表明:导体和外壳温度增长率随着负荷增加而逐渐变大;环境温度改变导致GIS温度近似线性变化;太阳辐射导致GIS母线整体温度显著提高,外壳最热点向太阳直射方向偏移,外壳温度展开曲线近似为正弦形;风速导致外壳温度分布偏离正弦形,对导体的降温作用也受到SF6导热能力限制。最后,利用导体温度与GIS外壳最低点温度、环境温度、负荷电流三个条件的数值关系,给出了导体温度的计算方法,与实验值对比表明该方法的精度较高。     

考虑潜供电弧初始位置随机性的电弧仿真模型

短路电弧向潜供电弧转换过程中,因短路电弧直径远大于潜供电弧,潜供电弧出现的具体位置不能确定,潜供电弧初始位置具有随机性。针对这一问题首次建立了仿真模型,认为潜供电弧出现的位置与空间电导率有关,电导率越大,越容易击穿形成潜供电弧。基于此种认识,计算了空气电导率与温度之间的关系,进一步求得了不同短路电流下电导率沿电弧径向分布规律。在此基础上,仿真计算了不同短路电流下潜供电弧初始弧长的随机性,进而将潜供电弧初始位置随机性模型应用到链式电弧模型中,对潜供电弧进行仿真计算,获得了具有分散性的潜供电弧燃弧时间,并将仿真结果与实验结果相比较。结果表明:电导率随温度变化呈先增加后平坦最终降低的规律;电流为1 k A时电导率沿电弧径向单调递减,而电流为25 k A时电导率沿电弧径向呈现先增加后减小的趋势;随着短路电流的增大,潜供电弧初始弧长平均值与弧长的分散性也随之增大;燃弧时间计算结果与实验结果整体趋势一致,相对误差较小,计算模型可靠。