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[硕士论文] 时雅婷
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:小电流接地系统在我国中低压配电网中应用十分广泛,但也最容易发生单相接地故障。随着分布式电源(DG)的并网,配电网的拓扑结构发生改变,导致传统的故障选线方法不再适应。近几年,学者们开始高度关注含DG的配电网单相接地故障选线问题,但提出的各种选线方案实际应用效果并不理想。尤其是对于中性点经消弧线圈接地系统,由于故障电流小、暂态信号衰减快等原因,其故障选线更是困难。因此,本文主要针对含DG的配电网单相接地故障选线方法进行研究,以提高选线的准确性和快速性,进而有利于尽快恢复供电、减少停电损失,对电力系统稳定运行具有一定的现实意义。
  本文首先分析了小电流接地系统单相接地故障的稳态特性、暂态特性,归纳总结出在不同中性点接地方式下的零序电流特性。得出中性点经消弧线圈接地系统的选线判据:在暂态过程的前0.5~1个周期内,故障线路暂态零序电流流向与非故障线路相反。选定光伏发电系统作为DG并完成建模。搭建出传统配电网和含DG的配电网单相接地故障的MATLAB仿真模型。分别利用HHT变换的EMD算法及其改进算法EEMD对各线路的暂态零序电流进行分解,测算出各线路极性进而找出故障馈线,验证了选线判据的可行性。在改变故障角、接地电阻以及DG与故障点的位置的情况下,分别进行多组仿真实验。
  仿真结果表明,EMD算法对传统配电网或含DG配电网故障选线的准确率都不够高;另外,相较于传统配电网,EMD算法对含DG配电网故障选线的快速性明显下降。最后,通过对比分析两种算法的选线效果,结果表明EEMD算法更适用于含DG配电网单相接地故障选线,能够更加快速、准确地找出故障线路。
[硕士论文] 戴琦
高电压与绝缘技术 广西大学 2018(学位年度)
摘要:雷害一直是威胁电网安全稳定运行主要因素之一,长期以来,国内外防雷的顶层设计基本集中在对单次雷击的防护而对多重雷击的防护措施鲜有研究。防雷效果受到雷击种类、雷击方式以及雷击强度的复杂性与多样性的共同制约。以至于现有基于综合措施(雷电拦截技术、地网降阻技术与绝缘强化技术的综合效果)下的绝缘闪络抑制防雷理念难以实现所有雷击工况的防雷保护。随着“疏导型”防雷措施并联间隙的出现与重合闸技术的成熟,对防雷设计提出了新的思路。
  本文利用固相灭弧间隙与压缩灭弧间隙对某沿海地区220kV线路实施了差异化防雷改造,建立了雷击闪络电弧电磁特性模型与叠加性雷击闪络正态模型,对电负性介质气流喷射耦合电弧的游离特性建立了半数值分析模型并求解,建立了电磁场、压力场、温度场各方面的状态参数;通过仿真与实验获取了电弧在耦合过程中的变化图像与相关参数,总结了相关规律如:直径2cm的球形装药足以产生足够的灭弧能量;压缩管的尺寸对压缩效应有着极其重要的影响,长60mm、直径8mm-12mm的压缩管具有灭弧效果;特定结构排列的压缩管能够精确定位电弧发展路径;灭弧并联间隙的灭弧时间在10ms以内,远小于线路继电保护动作的整定时间。基于具有主动灭弧功能的并联间隙指导该线路的防雷改造,在挂网运行后的1年间没有发生雷击跳闸事故,该项关键技术能可靠降低雷击跳闸率,提高耐雷水平,具有较高的实际应用价值。
[硕士论文] 李铮
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着配电网建设的发展及社会经济的发展,对电力供应的稳定性提出了更高的要求。为最大限度的减少停电带来的损失,带电作业成为一种趋势,带电高空作业车是一种常见的带电作业设备,其作业臂的结构强度、稳定性、工作平台调平过程的平稳性对于带电作业人员的安全性有着重要影响。因此,对于带电高空作业车作业臂性能的研究具有实际意义和应用价值。
  本文在详细了解了国内外带电高空作业车的基础上,设计了一种带电高空作业车的作业臂及工作平台的自动调平系统。对作业臂、作业臂末端调平机构进行力学性能计算和结构设计,对液压缸等重要液压元件进行设计计算,对回转支承等构件进行了计算与选型。在此基础上,对带电高空作业车的结构强度进行校核计算,对带电高空作业车的抗倾覆性能进行校核,结果表明带电高空作业车的最大应力小于许用应力,抗倾覆性能良好,满足使用要求。
  建立三维模型,利用ADAMS对高空作业车作业臂的举升过程进行运动学和动力学分析,运动学分析得到了作业臂的末端的速度、加速度的变化曲线,动力学分析得到了上臂、下臂各个铰接点处的受力变化曲线,并利用理论计算的方法对重要铰接点处的受力进行计算与验证。对作业臂末端工作平台自动调平系统进行设计,利用MATLAB/Simulink建立了调平系统的数学模型,利用传递函数法得到了闭环控制系统的开环传递函数的幅频特性曲线和相频特性曲线,以及在脉冲信号和阶跃信号的激励下闭环控制系统的响应,仿真结果表明响应的稳定性、快速性、准确性较好,满足使用要求。采用数值模拟方法对典型工况下的应力进行仿真分析,对最大作业高度工况进行屈曲分析研究作业车的稳定性,仿真结果表明强度和稳定性满足使用要求。ADAMS与Workbench仿真结果与理论计算的结果吻合,相对误差在合理的范围内,表明了仿真的正确性。
  通过对带电作业车作业臂及工作平台自动调平系统的设计计算及仿真分析,为带电作业车的设计提供了参考。
[博士论文] 吴恒天
电气工程;电力系统及其自动化 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:气体绝缘开关设备(Gas-Insulated Switchgear,GIS)在隔离开关操作时产生特快速瞬态过电压(Very Fast Transient Overvoltage,VFTO)。VFTO在GIS外壳电气不连续处因电磁泄露至GIS外部,沿着GIS外壳传播至二次设备电缆金属外壳,进一步耦合至二次设备端口形成端口骚扰电压,对二次设备产生电磁干扰。智能组件作为智能变电站中一种新型二次设备,由电子元件、集成电路等弱电设备构成,因此较易受到端口骚扰电压影响从而导致其故障甚至损坏。研究GIS开关操作对智能组件端口电磁骚扰问题,对于GIS智能变电站二次设备可靠运行具有重要意义。
  本文通过端口骚扰电压试验测量和建模仿真,对端口骚扰电压波形特征、耦合途径、影响因素以及抑制措施等方面进行了深入研究。本文主要工作如下:
  (1)研制了基于采集卡的小型化端口骚扰电压测量系统。获得了1000kV特高压GIS试验回路二次电缆端口骚扰电压的统计特性。在特高压GIS试验回路开展了端口骚扰电压测量试验,获得了电缆屏蔽层不同接地方式情况下,电缆端接不同等效负载情况下,以及GIS不同位置处的端口骚扰电压波形数据。提取了端口骚扰电压波形参数,包括峰值水平、主频、上升沿、脉冲持续时间、振荡周期、衰减系数。计算各参数的统计量和分布特性,总结出特高压等级下几种不同工况下的端口骚扰电压波形时域和频域特征。在500kV智能GIS变电站实地开展了智能组件端口骚扰电压测试,获得了500kV智能GIS变电站智能组件端口骚扰电压的统计特性。分别获得了断路器和隔离开关操作产生的端口骚扰电压波形特征。
  (2)获得了智能组件端口骚扰电压水平和频率特性,分析其波形持续时间、脉冲数、脉冲持续时间、上升沿、振荡周期等参数的统计特征。通过结合特高压及500kV变电站测量数据与IEC61000-4-18阻尼振荡波抗扰度测试标准进行对比,分析了标准波形与实际变电站中端口骚扰电压异同。针对智能GIS变电站保护装置就地化布置的情况,提出补充完善现有抗扰度测试标准波形的建议。
  (3)提出了传输线网络的特快速瞬态过程仿真模型。在实验室搭建了GIS试验平台,开展了智能组件端口骚扰电压模拟试验。通过对比试验平台获得骚扰电压以及实际变电站中获得的骚扰电压,表明二者在时域参数方面有较好的一致性,验证了试验平台模拟试验的有效性。以实验室GIS试验平台为对象,提出的传输线网络的特快速瞬态过程仿真模型,能够同时对GIS一次侧和二次侧电缆的特快速瞬态过程进行仿真,并通过与模拟试验测量结果对比检验了仿真模型的有效性。通过传输线网络的特快速瞬态仿真模型计算,改变电缆屏蔽层接地方式,电缆端部等效负载,和接地等条件,研究不同工况对端口骚扰电压的影响,进而提出了智能组件的电磁防护措施。
[硕士论文] 丰德
农业电气化与自动化 广西大学 2018(学位年度)
摘要:雷电是电网第一杀手,严重影响电网的供电可靠性,其防护是世界级难题。因此加强输电线路的防雷保护是减少电网雷害事故、提高输电线路供电可靠性的关键。为了突破“阻塞型”防雷的瓶颈,近年来“疏导型”防雷取得了长足的发展。但是“疏导型”防雷的灭弧难题始终未能解决。另一方面,弧压缩原理与“阴极射流”现象虽很早就被研究,但用于防雷灭弧领域的可行性尚需论证。
  为了解决“疏导型”防雷的灭弧难题,本文将弧压缩原理与“阴极射流”现象应用于灭弧防雷领域,研究出一种压缩灭弧防雷方法,发明了一种压缩灭弧防雷装置。本文通过理论分析、仿真模拟与试验验证相结合的方法验证了压缩灭弧防雷装置的防雷效果。具体研究内容如下:
  (1)理论分析:建立一维壁稳弧的弧柱通道模型,定量分析弧压缩原理与“阴极射流”现象,得出压缩管对电弧具有机械-自磁-机械的压缩机制,以及此压缩机制下电弧机理变化:弧柱直径极度缩小,温度、通流密度显著提高;电弧轴向压力以平方倍的关系转化为径向压力,且“磁抽吸”使得冷气分子在压缩管内富集。前者是触发膨胀灭弧气流的能量来源,后者是产生膨胀灭弧气流的物质基础。分析了电弧—气壁系统的传热过程,传热使得气体压强极度增加,灭弧能力强劲。建立链式电弧模型,量化膨胀气流作用下电弧的受力分析与运动速度,以此来比对熄弧判据。
  (2)利用FLUENT有限元分析软件仿真表明,灭弧气流依电弧而存在具有跟随性,0.2ms时电弧即出现断口,但因气流物理惯性,其衰减速度远小于电弧温度的下降,“尾气”足以抑制电弧重燃。
  (3)大电流电弧灭弧试验表明,装置响应速度快灭弧气流力量强,使得电弧在0.3ms时出现多处断口,1.5ms时彻底熄灭,且并无电弧重燃现象。装置可有效熄灭几千安的大电流电弧。冲击雷电压试验,发现了并解决了装置的绝缘缺陷。并在此试验下发现装置对只有几十安的小电弧电流仍具有灭弧能力。对比大、小灭弧试验,可得:压缩灭弧防雷装置在几十安到几千安的电弧电流区间内具有“遇强则强”的自适应灭弧能力。
  理论分析、仿真过程、试验结果相互支撑、互为论据共同证明了压缩灭弧防雷装置解决“疏导型”防雷灭弧难题的有效性,并证明了弧压缩原理与“阴极射流”现象应用于防雷灭弧领域的可行性,实际挂网运行情况佐证了理论、仿真、试验的真实性。
[博士论文] 吴东
电力系统及其自动化 广西大学 2018(学位年度)
摘要:随着电网的发展以及输电线路电压等级的提升,电网遭受雷击的概率大大增加,如何有效对输配电线路雷害进行防护这个问题亟待解决。多年的实际运行数据表明:现有传统“阻塞型”防雷措施雷害防护效果并不理想,这是由于线路耐雷水平与地网电阻、雷电陡度、绝缘水平、雷击方式(绕击和反击)、雷击强度超过耐雷水平的概率有关,而这些都是不可控因素,导致绝缘冲击闪络概率高,并且对工频电弧的建立没有抑制措施,使雷击事故率、雷击跳闸率、雷击断线概率升高。因此,提出一种新型的输配电线路防雷措施迫在眉睫。
  针对上述问题,本文研究了一种能够快速熄灭电弧并有效抑制工频电弧发展的多断点灭弧防雷间隙装置。当发生雷击时,接闪电极离导线之间的保护间隙被击穿,冲击电弧进入灭弧室中,电弧沿着特定灭弧室结构发展,电弧被分割成多个短电弧,由于电弧的瞬时导热特性,灭弧气流快速产生作用于电弧,电弧出现断点,进而电弧断点逐渐发展形成断口,从而破环电弧能量通道连贯性;同时随着电弧发展,电弧与灭弧室冷内壁接触,电弧温度迅速下降,电弧能量减弱,从而电弧熄灭。对本文提出的多断点灭弧防雷间隙装置进行熄弧机理及相关试验研究,具体研究工作如下:
  1)研究了强气流作用下电弧等离子体的物理特性变化规律,包括电弧温度、电弧直径、电弧自磁收缩压力、电弧伏安特性、电弧运动速度、电弧近阴极效应,电弧加热效率。建立了强气流作用下正在发展电弧模型对电弧发展过程进行理论分析。对气流作用于电弧熄灭过程中的去游离过程以及电弧能量耗散过程进行理论分析。分析结果表明:在气流作用下,电弧温度会降低,复合作用会增强,电弧弧柱中的正、负电荷粒子发生中和,同时电弧弧柱中带电粒子扩散运动增强,这两者都有利于电弧熄灭。当电弧受到灭弧室约束时,电弧被压缩,此时电弧半径减小,弧柱所受压力会增大,使电弧自磁压缩作用增强,电弧会再度压缩。根据电弧能量守恒定律,电弧被二度压缩,会使电弧弧柱中心温度升高,从而灭弧室内的温度变高,产生高速气流,为电弧熄灭创造良好条件。同时短电弧存在近阴极效应,在电弧电流过零时,在阴极表面存在介质恢复强度,并且电弧被分割成多段短弧,在每一段电弧上都存在近阴极效应,整体的介质恢复强度是多个短弧介质恢复强度的叠加,强气流在电弧电流过零时进行作用,强气流的作用以及近阴极效应两者综合作用有利于电弧的熄灭,为电弧电流过零时使电弧熄灭创造绝佳条件。
  2)对灭弧气流产生机理进行了理论分析,利用“集总参数法”对电弧传热过程进行近似计算。建立了电弧链式模型对电弧熄灭时间进行了计算,利用有限元法对气流控制方程组进行理论推导,建立了气流耦合电弧模型。利用COMSOL软件对单个灭弧室结构进行几何建模,对几何模型进行网格划分,利用求解器求解建立的微分方程组,并在灭弧室的对称轴上设置二维截点对此处的温度、电导率、速度进行分析;同时通过仿真得到的温度分布云图、电导率分布云图、速度分布云图可以得出气流耦合电弧过程中电弧物理性质的变化规律。从仿真得到的电导率分布云图中可以看出:电弧在0.01ms左右开始出现断点,此后这个断点区域逐渐增大,最后形成断口,将电弧分割为两段孤立的短电弧,此刻电弧能量不能有效输入,最终使电弧熄灭。从速度云图中可以看出:气流速度最大值可达到510m/s。
  3)对灭弧装置进行了雷电伏秒特性试验、工频灭弧试验、冲击电流放电试验、冲击耦合工频灭弧试验以及500kV绝缘配合试验,对安装灭弧装置后线路的雷击跳闸率进行了计算,将安装灭弧装置前后线路雷击跳闸率进行对比分析。试验结果表明:在间隙距离为8.5cm时,灭弧装置对绝缘子具有一定的保护作用。在工频灭弧试验中,灭弧装置能够有效抑制电流幅值为2kA的工频电弧。在冲击电流放电试验中,当冲击电弧进入灭弧室内时,由于冲击电弧存在瞬时加热特性,在灭弧室中会形成灭弧气流对电弧进行多点截断,切断电弧能量补给通道。在0.1ms时,灭弧装置产生的灭弧气流速度增大,极大程度削弱电弧能量。在冲击耦合工频灭弧试验中,灭弧装置可以有效抑制电流幅值为3.9kA的工频电弧,并在0.3ms内将工频电弧熄灭。在雷击跳闸率计算结果对比分析中得出:安装灭弧装置后线路的雷击跳闸率比安装灭弧装置之前线路的雷击跳闸率降低了83.75%。理论和试验应用同时验证了灭弧装置对电弧截断的有效性,能够保护绝缘子免于灼烧,防止雷击事故发生。
[硕士论文] 杨家兴
工程硕士 广西大学 2018(学位年度)
摘要:论文以小电流接地系统的中性点接地方式展开讨论,分析了国内外中低压电网中性点接地方式的发展现状,引出中性点经消弧线圈接地系统的优势,重点分析了目前常用的消弧线圈优缺点及其存在的问题,为了使消弧线圈作用进一步完善,需要研究一种改进的动态消弧线圈。
  为了实现动态精确补偿,对地电容检测至关重要。在此对比分析了传统的最大位移电压测量法、相位角调谐测量方法、阻抗三角形调谐测量方法分析其优缺点,传统测量方式下测量精度差,不能快速的找出谐振点,也无法准确判断经消弧线圈装置的补偿状态。在此基础上提出了注入信号检测法,因其具有精确的测量对地分布电容,能快速找出谐振点进行有效补偿的特点。经建模仿真分析,该方法可以满足精确、快速检测需要。
  新型动态补偿消弧线圈装置运用了双绕组变压器原理,利用有源逆变技术对变压器二次侧电流精确控制,实现一次侧电感线性可调的目的。当配电线路发生单相接地故障时,接地点残余电流达到最小,实现动态补偿。
  最后,利用Matlab/Simulink软件进行建模仿真,由检测-控制-反馈构成了一个闭环控制系统,仿真结果表明:实现了对接地容性电流动态补偿,达到了预期的效果。
[硕士论文] 张华驿
高电压与绝缘技术 广西大学 2018(学位年度)
摘要:雷击是造成输配线路故障的主要原因之一,特别是配电线路绝缘水平较低,且没有避雷线的保护,因此雷击跳闸,雷击损坏输电设备等事故频发。当变电站进线段遭受雷击时,雷电流沿线路入侵变电站,造成变电站设备的损坏,导致大范围的停电事故,严重影响了居民的生产生活。针对现有防雷方式的瓶颈,本文研究了一种利用多个灭弧腔体组合,能有效熄灭雷击电弧,衰减雷电入侵波的防雷装置。
  本文对交流电弧弧柱等离子状态、热平衡状态、等离子体的热力学效应、电弧在腔体中的能量耗散过程进行了分析,利用克西和麦也尔动态电弧模型用数学的方式描述了电孤的熄灭过程,研究了交流电弧的熄灭条件。通过对高速气流的物理特性分析,建立了高速气流一维非定常流动模型,研究了灭弧腔体内冲击波的基本形式,运动特征以及冲击波发展过程中的能量分配,确定了冲击波对电弧作用的正压时间和灭弧能力。
  利用FLUENT流体仿真软件对灭弧腔体内高速气流作用于电弧的过程进行仿真分析。通过对腔体内灭弧过程中电弧温度的变化云图以及变化曲线,喷口处气流速度的变化曲线分析,仿真结果表明装置能在0.25ms内熄灭电弧。进行了高速气流熄灭电弧试验,分析高速摄像机拍摄的熄弧图片和示波器记录的灭弧波形,试验结果表明高速气流能在0.24ms左右熄灭电弧。仿真结果和试验结果一致,验证了多截断灭弧防雷装置熄灭电弧的有效性。
  设置“精细化”保护方案,在35kV变电站进线段前5级杆塔安装装置,利用ATP-EMTP软件对雷电入侵波入侵变电站的衰减过程进行仿真,结果表明,多截断灭弧防雷装置能够有效衰减50%左右的雷电入侵波。有效的保护变电站内的设备安全。
[硕士论文] 林中鹏
电力系统及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:小电流接地系统的故障选线一直是电力系统领域的难题,随着我国配电网规模的不断扩大和日益复杂化,以及传统电网向智能电网的发展,小电流接地故障选线问题的解决愈加重要。在当前的各类故障选线方案中,大都是采用稳态量或暂态量的单一判据方案,基于此类方案的自动选线装置对复杂配电网的适用性不高,且选线准确率较低。
  本文通过对现有选线理论的分析和对比,提出一种将零序有功分量、高次谐波综合量和暂态能量三种选线方案相融合,并采用改进蜂群算法优化神经网络进行故障线路判别的多判据选线方案。该选线方案弥补了单一判据方案存在的一些不足,实现了智能群体算法和神经网络理论的融合,提高了对复杂配电网络的适应度和选线准确率。
  本文首先在Matlab/Simulink环境下进行了小电流接地系统的单相接地故障仿真,通过改变相关参数,对各类情况下的单相接地故障进行了大量的仿真模拟,并在此基础上提取了三种判据下的故障特征,记录了大量故障特征数据;其次,针对基本BP神经网络的缺陷,引入了新颖的人工蜂群算法对网络进行优化,针对传统蜂群算法的不足,引入Levy Flight游走机制对其进行了改进,提升了算法的全局寻优能力;最后,将故障特征数据输入优化后的神经网络,对小电流接地系统的单相接地故障进行自动选线。用同一组样本数据分别用基本BP神经网络和改进蜂群算法优化神经网络进行故障选线测试,经过仿真对比分析,本文提出的基于改进蜂群算法优化神经网络的选线方案准确率更高、效果更好,有一定的理论研究意义和工程实用价值。
[硕士论文] 陈志慧
电力系统及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:中低压配电网广泛采用小电流接地方式,主要有中性点不接地和中性点经消弧线圈接地。系统发生单相接地故障后,受过渡电阻、故障时刻、噪声等因素影响,使得现有选线方法的效果并不理想。对于故障选相,实际中电网不对称是普遍存在的,而且单相接地故障发生后的故障状况复杂多变,传统的故障选相判据很难准确判断出故障相。因此,对于故障选线及选相问题还有必要进一步研究。
  小电流接地系统发生单相接地故障后,其故障线路与非故障线路零序电流数据分布的统计特征存在显著差异,据此提出了基于频数分布-相关分析理论的综合故障选线方法。该方法采集故障后各线路首半个工频周期的零序电流采样数据,采用扩展Prony算法拟合采样数据,应用频数分布理论处理各线路零序电流的采样数据,在此基础上利用贝塞尔公式求出各线路的频数分布值,通过比较线路间频数分布值大小选出故障线路。对于母线故障的判定,利用相关分析并融合频数分布理论判断是否为母线故障。MATLAB仿真验证表明,提出的方法正确率高,不受电弧性故障的影响,适应性强。
  针对在小电流接地系统不对称情况下发生高阻接地时选相判据失效的问题,提出了一种基于频数分布理论的故障选相方法。经MATLAB仿真验证,所提选相方法准确率高,适用于低阻接地与高阻接地的故障状况,对噪声干扰和数据窗长度有较强的适应性,同时不受采样频率和组距的影响。
[硕士论文] 任卉嵩
电气工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:国民的电力需求随着社会经济的发展不断增长,特高压输电系统以其容量大、距离远、损耗低的输电特性,推动着我国能源和经济社会的发展。同时,特高压电网作为全球能源互联网的骨干网架,一旦停电将危及电网的安全稳定,清洁能源无法消纳,导致弃水、弃风、弃光。
  与超高压相比,±800kV特高压输电线路承受的电压等级更高、机械荷载更大,且我国是世界上唯一实现特高压工业运行的国家,针对特高压的带电作业技术的探索较少。因此,有必要就±800kV特高压输电线路带电作业人员的安全防护技术、进出电场方法及作业方法开展系统深入探索。
  首先,本文通过对传统转移电流计算模型进行优化改进,在计算特高压直流线路转移电流时,建立了考虑另外一根极线影响的电位转移计算模型(四导体电容模型),基于改进后的转移电流计算模型进行不同电位转移距离下的转移电流、转移能量计算,确定了电位转移方式及最佳电位转移距离,提高了计算精度;并依据有限元法进行建模计算,得到不同等电位位置处作业人员最大体表场强,确定了作业人员应采取的安全防护措施,主要为所穿屏蔽服及面罩的屏蔽效率,提高了带电作业安全性。
  其次,针对直线塔,对传统的作业人员借助软梯进出电场的方法进行了改进,提出了软梯荡入法进出特高压电场。分别建立了作业人员使用吊篮和软梯进出电场的带电作业仿真模型,计算了等电位电工以不同进出电场方式情况下等电位电工与导线不同距离下的等电位电工体表场强,从不同进出电场路径上作业人员体表场强大小这一角度,通过分析和对比,确定了较优的进出电场方式;针对特高压耐张塔,介绍了传统的进出耐张塔电场的方法,主要包括软梯法和沿跳线进出电场方法,并提出了两种沿绝缘子串进出电场新方法—直立式和骑跨式,并研制了配套工具,解决了作业人员采用传统跨二短三法进出特高压电场劳动强度大、安全风险高的难题,并为后续特高压带电作业进出电场方法的选取提供参考。
  最后,依据±800kV塔型及线路的结构和特点,提出了带电更换单联V型、双联V型、双联L型绝缘子串和耐张单片绝缘子作业方法,研制了配套工具,明确了各方法的适用作业项目,并成功进行了现场应用,具有极大的应用价值,能为特高压带电作业提供装备方面和技术方面的支撑。
[硕士论文] 潘文庆
电气工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:随着风电在电力系统中的渗透率不断提高,风电场场内发生故障会严重影响到电力系统的安全运行,为了应对近期发生的大规模风电机组脱网问题,《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》提出将风电场升压变压器由不接地改为小电阻接地并备置接地保护。然而小电阻接地风电场多次出现零序保护误动现象,严重危害电力系统的安全稳定运行。同时针对小电阻接地风电场场内单相接地故障和弧光高阻接地故障定位运用传统测距算法存在较大误差,无法实现精准故障定位。针对以上问题,本文做了以下工作:
  首先分析了小电阻接地风电场的基本结构并搭建了仿真模型,仿真分析了风电场的单相接地故障特性,理论分析了在复合故障条件下零序保护误动的原因并做仿真分析,提出一套适用于小电阻接地风电场的自适应零序保护方案,该方案既保证了保护在低阻接地时的速动性,又保证了在高阻接地故障时的可靠性,具有较强的应用价值。
  其次,针对风电场场内单相接地故障测距,理论分析并仿真评估了传统测距算法应用在风电场场内故障测距中所面临的问题,详细分析误差主要来源于风电场复杂的树形结构,深入分析风电场的零序序网的同时在此基础上提出一种基于零序网络的风机支路电流等效拟合方法,该方法仅使用在集电线路出口处观测到的电气量等效拟合风机支路电流,进而改进传统算法提出一种基于故障区段搜索的风电场场内故障测距算法,该算法有效降低了传统测距算法的误差,并在不同过渡电阻,不同故障距离,以及不同风机类型的情况下仿真评估算法的有效性。
  最后,针对小电阻接地风电场场内极易发生的弧光高阻接地故障,本文分析评估了弧光高阻接地故障的仿真模型以及风电场场内弧光高阻接地故障的故障特性。仿真分析了现有方法在风电场场内弧光高阻接地故障中的适用性,详细分析了误差的主要来源,在对数法与故障区段搜索法的基础上提出一种复合算法,复合算法结合了对数法可以有效模拟电弧动态特性的优点和区段搜索法有效排除风机支路影响的优点。最后通过不同电弧类型,不同故障距离以及不同风机类型条件下的仿真评估算法的有效性。
  总而言之,论文结合小电阻接地风电场的特殊结构,分析现有零序保护算法存在问题的同时改进了现有的风电场零序保护方法,根据风电场的结构特点,结合传统的单端阻抗测距方法以及输电线路单端弧光高阻测距对数法,提出适用于风电场场内单相接地故障的单端测距算法以及风电场场内弧光高阻接地故障单端测距算法,形成了一套较为完善的适用于风电场场内故障测距的理论。
[硕士论文] 李蕾
电气工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:随着电网建设水平的不断发展,电网的稳定性、可靠性不断加强。但是在低电压配电网领域,由于设备及网络原因其故障率一直高居不下,特别在10kV的配电网中,经常出现由于电压互感器(PT)饱和导致的铁磁谐振引起的过电压严重威胁了配电网的安全稳定运行。虽然国内外学者对此展开了大量研究,探究铁磁谐振产生的机理,从工程上总结了许多抑制措施,但由于系统差异性大、外界影响因素复杂,抑制措施不具备普适性,应用效果不佳。因此,研究中性点不接地系统的铁磁谐振规律以及外界激发因素、消谐措施对铁磁谐振的影响十分必要,进一步的对系统消谐措施的选择提供指导。
  本文选择山东省东营市110kV西水变电站10kV供电系统为研究对象,通过理论推导和试验等方法确定系统中PT、变压器等设备的参数,进而搭建了变电站的仿真模型。通过电磁暂态仿真软件(EMTP)计算该模型在不同系统运行方式、带PT空母线合闸、单相接地故障、接地电阻等外界因素影响下铁磁谐振影响的变化规律,进一步的探究了系统在采取不同的消谐措施后铁磁谐振的变化趋势,通过定量仿真计算、对比总结出不同的消谐措施的效果和适用范围。
  结果表明:不同运行方式下由于Xco/Xm值不同,其铁磁谐振结果不同;对带PT空母线合闸在三相合闸不同期(单相滞后时)会出现铁磁谐振,而合空线路不会出现铁磁谐振;对单相接地故障消失激发的铁磁谐振强度要大于带PT空母线合闸,而间歇性的弧光接地可能引发严重的铁磁谐振。对单相接地故障的接地电阻对铁磁谐振影响不大,但故障消失时间不同会导致铁磁谐振性质等发生改变。通过对谐振抑制措施研究发现:在PT高压侧中性点装设非线性电阻或者消谐装置可以有效的抑制单相接地引发的铁磁谐振,但消谐器热容量需满足系统要求;4PT法能一定程度上抑制铁磁谐振,但是在闭口三角上会出现较大环流,同时要注意零序PT的饱和问题。增大电网对地电容,可以有效抑制带PT空母线合闸激发的铁磁谐振,但是增大对地电容后会导致PT过流的增加。在PT二次侧的开口三角加装电阻或消谐装置能有效抑制单相接地故障且故障消失激发的铁磁谐振,但是无法有效解决分频谐振的过电流现象,同时还需把握投入的时机,最好在接地故障消失时,避免产生环流。
[硕士论文] 胡瑞
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:目前,国际和国内电网电压的等级都在不断的提高。随着电网电压等级的不断提高,对电网各方面的要求也在不断提高。在高压输电系统中,高压开关电气设备具有重要作用。SF6气体绝缘变电站(Gas Insulation Substation简称GIS)是目前应用最为广泛的电气设备。在GIS中会出现一种频率很高,波头很陡的操作过电压即特快速暂态过电压(very-fast-transient over voltage简称VFTO)。VFTO可能会对GIS及其相邻设备构成威胁,甚至造成重大事故。所以对GIS中的VFTO进行研究就显得十分重要。在VFTO的计算与仿真中隔离开关电弧模型起着关键性作用。而目前在VFTO的计算中广泛采用的电弧模型有定值电阻模型、时变电阻模型等,这些电弧模型都有一定的局限性,不能精确模拟电弧特性。所以,当下对于电弧模型的研究就显得十分重要。
  本文基于某1000kV特高压变电站进行仿真研究。该特高压变电站高压配电装置采用GIS,出线端布置并联电抗器和线路终端设备。利用图形预处理程序ATPDraw将实际电路的仿真模型搭建出来,再通过ATP中的MODELS模块构建电弧模型。本文设计的电弧单次击穿模型分为三个阶段来考虑。第一阶段,即预击穿阶段,此阶段的电弧特性用时变电阻模型进行模拟。实验证明电弧在大电流阶段使用Cassie电弧模型可以准确的模拟。因此,在第二阶段,即稳态燃烧阶段,使用Cassie电弧模型来模拟此时的电弧特性。在第三阶段,即熄弧阶段,此时的电弧特性使用Mayr电弧模型来模拟。将本文设计的电弧单次击穿模型与目前工程实践上经常使用的电弧模型进行仿真对比,验证其适用性。考虑到实际情况,电弧不可能只存在一次击穿,所以结合电弧击穿判据设计了电弧重燃模型,真实模拟电弧,进行仿真研究。在本文设计的电弧单次击穿模型的基础上通过仿真来研究GIS支路长度和隔离开关处电感这两个因素对特快速暂态过电压的影响。在电弧重燃模型下通过仿真来研究隔离开关触头速度对特快速暂态过电压的影响。最后通过仿真来研究铁氧体磁环与在变压器附近串联电阻这两个因素对特快速暂态过电压的抑制作用。
[硕士论文] 严旭
电气工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:输电线路是电力系统中的重要组成部分,是实现电能传输的一个重要环节,其运行状态直接决定了电力系统的安全和效益。输电线路在运行过程中受到外界风力、覆冰等外部载荷作用时,会发生低频大振幅的舞动,且持续时间长,会对输电线路的安全可靠运行造成很大的威胁,轻者会发生闪络、跳闸,重者发生金具或者绝缘子损坏,导线断股、断线,杆塔螺栓松动脱落,甚至倒塔,导致重大的电网事故,给国民经济和人民社会生活带来巨大损失。随着我国坚强智能电网的战略目标的推进,电网建设的步伐越来越快且规模越来越大,所以输电线路舞动的研究具有重要的经济和社会意义。
  本文首先列举了输电线路舞动所引起的重大电网事故,介绍了输电线路舞动在线监测技术以及防舞动技术的发展现状。阐述了舞动的概念及其影响因素,对输电线路舞动的机理及其激发过程进行了详细分析,建立了输电线路舞动单自由度及三自由度数学模型,并进行了数学推导。通过分析输电线路舞动的监测参数、监测原理及结合现有的舞动在线监测技术的优缺点,分析了以加速度传感器测量输电线路舞动的方法和加速度测量舞动的积分算法,在此基础上对一种舞动在线监测系统进行了研究。利用ANSYS有限元软件建立了输电导线模型,并对覆冰输电导线在风荷载作用下的舞动进行了有限元仿真分析,综合仿真结果提出一种采用冲击载荷防止输电线路舞动的对策,通过瞬态动力学仿真分析验证了其理论的可行性,结合舞动在线监测系统设计了一种输电线路防舞动系统。
[硕士论文] 陈旭
农业工程;农业电气化与自动化 华北电力大学;华北电力大学(保定) 2018(学位年度)
摘要:我国的中低压配电网络通常采用以中性点不接地、中性点经消弧线圈接地为主的小电流接地运行方式。小电流接地系统中发生概率最高的故障类型是单相接地故障,其中绝大部分属于电弧性接地故障。同时,单相弧光接地故障往往会伴随有严重的电磁暂态过电压问题,称为单相弧光接地过电压。这种过电压峰值高、遍布全网、严重威胁电网的绝缘安全。
  本文介绍并比较了经典电弧模型的原理、特性及适用范围,研究其改进原理并建立了改进动态电弧模型,在MATLAB/SIMULINK软件平台上搭建了配电网单相弧光接地故障仿真模型。针对对地电容参数不平衡的不对称电网,提出了准确计算不对称电网单相弧光接地过电压幅值的改进理论,新理论能够准确计算不对称电网单相弧光接地过电压幅值,从而有利于系统的过电压保护与绝缘配合工作。针对中性点不接地系统,提出了利用相间电容抑制单相弧光接地过电压的理论依据,从而能够有效降低过电压幅值并彻底抑制电弧重燃,为工程实际中解决单相弧光接地过电压问题提供了一种新的理论与措施。针对谐振接地系统,对电容电流大小不同的配电网进行单相弧光接地故障仿真研究,结合仿真试验数据说明消弧线圈补偿方式下使接地故障电弧迅速熄灭的系统残流限值,为不同电容电流大小的配电网提供了中性点接地方式选择方面的理论参考。
  将上述理论应用至中性点不接地的大型城市配电网,着重分析大型城市配电网中性点不接地运行状态下的三相电压不对称状况、单相弧光接地过电压幅值并提出合理的过电压抑制措施,为大型城市配电网选择合理的中性点接地方式从而减少单相弧光接地故障可能带来的危害提供依据。
[硕士论文] 童中宇
电气工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:国内外对超/特高压架空输电线路长期运行数据统计表明,雷击是造成架空输电线路故障的主要原因,而特高压线路中雷电绕击导线事故占总雷击事故90%以上。随着输电线路电压等级的升高,对供电的安全可靠性要求也不断增长。根据最新起草的《架空输电线路雷电防护导则》中的规定,750kV~1000kV的电压等级架空输电线路单回路雷击跳闸率不得超过0.1次/(100km·a)。为了减小超特高压输电线路雷害事故带来的影响与损失,研究其绕击防护性能具有重要意义。
  本文针对当前在雷电监测系统已经覆盖全国但其监测数据并没有得到深层次挖掘分析的问题;防雷工程计算中,普遍采用推荐的雷电流幅值概率曲线与根据统计的雷暴日计算出的地闪密度进行防雷计算,使得造成偏差较大的问题;难以准确高效获取全线的EGM模型中地形参数的问题;防雷措施的采用依照经验而没有充分结合线路实际情况,从而线路雷击事故跳闸率偏高等问题进行分析研究。
  以陕西省750kV信洛Ⅰ线为例,结合数据库软件与地理信息系统软件Arcgis进行多年雷电数据处理分析。研究陕西省地闪频度、雷电流幅值、地闪密度等分布规律。利用网格统计法获取输电线路走廊多年实际地闪密度,并拟合出符合信洛Ⅰ线实际地闪的雷电流幅值概率曲线;提出一种计算档距内任一点地面倾角的算法,结合对Google earth的二次开发。计算输电走廊的地面倾角。基于本文研究所得的雷电参数与地形参数,利用改进EGM理论模型进行绕击计算。对绕击计算结果结合杆塔结构、地形地势、落雷情况进行分析。对全线进行绕击风险等级评估,建立EGM模型、ATP多波阻抗模型分别研究降低保护角、加装避雷器对绕击耐雷水平的影响。基于这些措施的降低效果提出针对信洛Ⅰ线差异化的防雷措施与两种防雷改造方案,从经济、技术、施工难易程度等方面进行比较。使改造后的信洛Ⅰ线绕击跳闸率达到《架空输电线路雷电防护导则》规定的标准。
[硕士论文] 王新宇
高电压与绝缘技术 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:特高压直流输电工程可以实现大容量电力跨区域输送和区域电网互联,并提高电网安全稳定性。但随着电压等级的提高,均压球/环等金具尺寸也进一步增大,而在淋雨条件下,均压球/环较大的表面积具有雨水收集作用,会使得金具操作冲击放电电压降低,基于此,本文研究了均压球/环在淋雨条件下对地间隙放电特性。
  试验研究了淋雨条件下球电极表面雨滴分布及其对电晕放电过程的影响。研究发现电晕放电会改变雨滴的形态、大小及位置分布,电极表面雨滴会降低电极起晕电压,且起晕电压存在一定的极性效应,电晕放电强度随球径增大而减小,随雨量的增加而增强。电场仿真结果表明球电极下表面雨滴断裂时最大场强可达干燥时的7.7倍。采用改进光电离模型计算了雨滴存在时球电极正、负极性起晕电压,误差分别小于7.4%和5.3%。
  试验研究了干燥和淋雨条件下10~60cm球-板、棒-板间隙正极性操作冲击放电特性。研究表明淋雨造成球-板间隙正极性操作冲击U50降低幅度大于棒-板间隙;雨量大小对棒-板间隙击穿电压影响不明显;雨量为0.5~3.9mm/min时,直径10cm球电极间隙距离30cm,U50较干燥条件降低15.8%~32.6%;雨水电导率为100~2000μS/cm时,随着间隙距离的增加,球-板、棒-板间隙U50降低幅度减弱;雨水的存在会使放电时延较干燥时变短且雨水有引导放电发展的趋势。
  试验得到了淋雨条件下特高压直流工程用大尺寸均压球/环对地间隙正极性操作冲击放电特性。研究表明均压环尺寸越大,淋雨造成其对地间隙击穿电压降低的幅度越大,均压球直径对操作冲击U50影响不明显;雨量为2.25mm/min,球-地间隙4m时,先导发展速度约为3.2cm/μs,在击穿前会出现负极性上行先导;电晕起始时电流值约为2.4A,持续时间约1μs,先导起始前电流脉冲约1.7A,间隙击穿前,再次出现电流脉冲,幅值约2.8A,大于电晕起始及先导起始电流。根据试验结果建立了改进的先导预放电模型,击穿电压预测误差小于6%。
[硕士论文] 李超
材料科学与工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:变压器油作为一种重要的液体绝缘介质,其性能与变压器的安全运行水平密切相关。长期实践证明水分是影响变压器油绝缘强度的主要因素,近年来人们发现二氧化钛纳米粒子可以提高变压器油的耐水分劣化性,但纳米粒子微观特性与纳米变压器油中水分分布及存在状态的相互关系尚缺乏研究。为此,本文以二氧化钛纳米变压器油为研究对象,探索纳米粒子形貌、粒径、浓度和表面修饰对变压器油中水分分布及存在状态的影响规律,并对比分析了不同水分条件下二氧化钛纳米变压器油的介电性能,最后对纳米变压器油中水分存在的形式和分布进行了分子动力学模拟分析。
  本文首先采用溶剂热法制得了粒径为5nm和10nm的二氧化钛纳米球,以及长径比分别为4∶1和10∶1的二氧化钛纳米棒,利用上述所得纳米粒子制备了分散稳定性良好的纳米改性变压油。通过对所制备纳米变压器油和纯油中水分含量在10~60 ppm范围内的调节,对比分析了纳米粒子粒径、形貌、浓度和表面修饰对油中水分状态的影响作用,发现极性二氧化钛纳米粒子可以吸附油中水分子,且吸附量随粒径的减小而增大,而长径比对水分吸附量影响较小;同时纳米粒子改变了变压器油中水分的存在状态,将纯油中以多聚态水分子团簇为主的状态转化为纳米变压器油中以单聚、双-三聚水分子为主的状态。此外,通过测试纳米变压器油和纯油的工频击穿性能,发现二氧化钛纳米粒子可以提高变压器油的耐水分劣化性,其中5nm球形纳米粒子的改性作用最佳,可以将纳米变压器油的工频击穿电压提高到纯油的近2倍。
  最后,构建了不同形貌、粒径及水分含量纳米改性变压器油的几何模型,并根据实验环境调整模拟参数,进行了几何模型的优化和分子动力学模拟。模拟结果显示,变压器油模型中纳米粒子影响了微观水分子的扩散和分布,水分子以氢键的方式被牢固吸附于纳米粒子的表面,主要存在状态是单聚水分子和双-三聚水分子,多聚态水分子团簇比例减小,水分子存在形式逐渐向小分子构象转换,水分子扩散系数也随着含量的增加而变大。
[硕士论文] 余广译
电气工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:特高压交流输电系统目前降低操作过电压的方法存在三个问题,第一是达不到深度降低操作过电压,第二是降低操作过电压运行方法存在可靠性不足,第三是降低特高压操作过电压的成本过于高。面对上述的三个问题,本文提出了间隙开关型可控避雷器的概念。其核心方法是通过控制器根据过电压或者是正常运行状态来灵活控制避雷器电阻片的投入数量,从而改变避雷器的伏安特性曲线。系统正常运行时避雷器具有高可靠性,在暂态过电压的情况下能把过电压大大降低在符合规定值内,这种方法比目前的降低操作过电压的方法更加的经济和可靠,对我国特高压输电工程具有重大的优化作用。本文首先阐述特高压输电系统操作过电压特性和抑制方法及存在的不足,提出了间隙开关控制型避雷器的新型可控避雷器,探究操作过电压特性及抑制方法和措施。本文聚焦于特高压可控避雷器控制组件关键技术研究,包括:可控避雷器的控制策略和参数选择研究、间隙研究、快速开关研究、控制器研究。并对可控避雷器控制组件可靠性开展了试验研究,论证了间隙开关型可控避雷器的可行性。
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