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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] 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] 张维东
电气工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:随着电网的不断发展,大量变电站的建设和投运,500kV GIS变电站逐渐成为电网的控制中枢,从大量的运行经验分析,雷击成为引起变电站事故的重要因素,变电站一旦遭受雷击破坏,站内很多设备将会承受很多的过电压,损坏这些设备,破坏系统的稳定运行,引起大面积停电事故,产生非常大的经济损失。因此,本文以山东大泽500kV变电站为研究对象,经由ATP-EMTP仿真软件完成模型建立,把变电站2km进线段和变电站结合起来,开展相关的仿真计算,最后提出相应的变电站雷电侵入波防护措施。本文的主要研究内容有:
  首先是仿真建模,建立了变电站进线段架空线路模型、杆塔模型、雷电波模型、站内各电气设备模型。并且分析了绝缘子闪络模型,选择ATP-EMTP里TACTS程序仿真了绝缘子闪络的特点。
  其次是仿真计算,完成有关参数设置,研究雷击位置、雷击方式、变电站的工作模式、接地电阻大小以及避雷器与被保护设备的电气距离等方面的影响,获得变电站内装置上形成的过电压值。
  最后是防雷技术,根据大泽500kV变电站实际运行情况,研究了三类防雷保护技术,并且对比了这三类技术的特点,经由仿真分析提出了满足该变电站的防雷技术。
[硕士论文] 吴强
电气工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:运行经验表明,雷击是输电线路故障跳闸的主要原因。山东省由于独特的地理环境雷电活动十分常见,2011年到2014年,国网山东省电力公司管辖500kV线路雷击跳闸率分别为0.057、0.036、0.109、0.018和0和0.013次/百公里·年,雷击跳闸严重影响了电网的有效运行。有效分析山东电网线路的雷击情况,对于改进线路的防雷设计、降低输电线路的雷击故障率具有的科学指导作用。本文收集了山东电网2006-2011年雷击故障统计数据,分析了雷击故障在不同类别之间、不同地形之间的差异,得到不同输电线路,尤其是500kV和220kV输电线路中雷击跳闸与杆塔类型、杆塔高度以及闪络相别之间的关系。根据山东省2008年到2011年雷电定位系统统计观测数据,得到山东省雷电活动在时间和空间上的分布信息,以及不同电压等级的雷害风险分布情况。在分析了跳闸率、雷电活动的差异性后,提出了“有选择、有侧重、有针对、有差别”的输电线路差异化防雷工作策略,并以500kV济长Ⅱ线作为研究对象,对线路逐基杆塔防雷参数的计算,得到每基杆塔的雷击跳闸率,在考虑经济性及可操作性的基础上,提出了一套防雷改造方案,预期雷击击跳闸率将下降21.92%。
[硕士论文] 张志强
电气工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:近年来社会经济迅猛发展,电网建设规模逐年增加,架空电力线路里程也急剧增长,电能在人们工作生活中的作用也日益明显,同时人们要求电网企业提高安全可靠电能的诉求也越来越强烈。架空线路的安全运行不仅直接对用户用电造成影响,同时也会影响整个电网的稳定性,一旦电网发生故障,就可能造成严重经济损失,甚至人身安全事故。而根据相关数据统计,目前对架空线路安全运行造成威胁最大的就是雷击[1]。所以加强对架空线路的雷击保护、降低雷电事故发生率就成为非常重要和必要的一项工作。
  本文主要是对架空配电线路和架空输电线路雷击故障进行分析,根据莱芜地区实际,分别提出针对性的防雷措施。首先研究了雷电发生的过程,阐述了架空线路雷击跳闸原理,分析了感应雷过电压和直击雷过电压两种过电压形式,并根据电压等级不同分别阐述了架空配电线路和架空输电线路目前常用防雷措施,阐述了以上措施的应用原理、优缺点及适合情况。其次对架空配电线路防雷措施应用进行了分析,通过仿真分析得出不同防雷措施的效果,列出了目前莱芜地区架空配电线路常用防雷措施及不足,提出了防雷改造方案并对方案效果进行了论证,明确了下一步配电线路防雷工作的重点。最后根据对近年来莱芜地区架空输电线路雷击跳闸情况统计,分析了目前架空输电线路雷击跳闸原因及故障发生规律,并结合典型案例,指出了目前输电线路防雷存在的不足,并根据发现的问题制订了相应的解决方案,对改造方案具体措施情况进行论证。通过对莱芜地区架空配电线路和架空输电线路雷击故障分析研究,提出了针对性的防雷措施,为进一步降低雷击跳闸率提供了可靠的参考和方案,也为其他与莱芜地形情况类似的地区制定防雷措施提供了参考经验。
[硕士论文] 袁振宗
电气工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:对于特高压直流输电线路来说,绝缘配置对于其运行水平及输电容量有极大的影响。由于电压等级非常高、输送容量特别大、输电距离特别长等特点,一旦特高压直流输电线路的绝缘发生故障,将会带来严重的经济损失以及强烈的系统不稳定性。此外,由于高压直流输电会产生“静电吸附效应”,因此绝缘子表面积污比较严重,同时直流绝缘子表面污闪特性与交流的有很大区别,以上因素导致高压直流线路的污闪现象比较严重,污闪放电事故与交流同电压等级的输电线路相比较为明显。因此,合理选择和配置特高压直流输电线路的绝缘情况,对于建设坚强智能电网、提高系统运行水平具有至关重要的作用。
  本文结合我国实际运行及目前在建的数条±800kV特高压直流输电线路所经地区的气候及污湿特点,通过参考和借鉴其在绝缘方面的设计和配置情况,主要从以下几个方面考虑,对±800kV特高压直流输电线路的塔头空气间隙和绝缘配置情况给出设计意见:
  (1)通过分析直流输电线路的放电特性、操作冲击放电特性以及雷电冲击电压这几个方面对塔头空气间隙的影响,考虑风偏、海拔等因素的作用,结合相应试验,来设计确定塔头空气间隙的绝缘配置。通过各种试验研究,结合已投运高压、超高压线路的长期运行经验情况,可知工作电压与雷电冲击电压对高压直流输电线路在塔头的空气间隙的绝缘配置方面不是关键性因素,而操作冲击电压与线路运行电压等级直接相关,是决定塔头绝缘配置设计的关键性因素。带电作业由于其作业方式的灵活多样性,一般情况下也不会成为线路绝缘间隙尺寸的控制因素。线路所处不同海拔环境下,需根据标准气象条件下进行海拔校正。而采用不同绝缘子串型时,塔头空气击穿通道不同,且风偏作用下与塔头的距离不同,同样是塔头窄气绝缘设计所兼顾的重要因素之一。综上所述,如何选取合适的操作冲击电压以及风偏影响下塔头空气间隙的大小成为了设计塔头的重要设计根据,上述设计对于±800kV特高压输电线路的安全运行与维护具有重要意义,同时对于合理控制造价也十分具有参考价值。
  (2)通过分析复合、瓷、玻璃绝缘子各自不同的性能与特点,对特高压直流输电线路绝缘子形式选择提出建议。在一般区域,耐张串一般选择瓷绝缘子或玻璃绝缘子,悬垂串可根据地区污秽程度,合理选择复合绝缘子或玻璃绝缘子;对于重冰区,因复合绝缘子的绝缘性能下降比较严重,一般选择瓷绝缘子或玻璃绝缘子;对于高海拔地区,悬垂串一般也采用复合绝缘子,耐张串采用瓷绝缘子或玻璃绝缘子。
  (3)以山西晋北-江苏南京工程为例,对绝缘子强度选择情况进行说明。同时以爬电比距法、耐污受法、按±500kV绝缘水平外推法对±800kV特高压直流输电线路的绝缘子串长(片数)选择进行说明。充分考虑特高压直流输电线路长期暴露在野外自然环境中,表面盐密、灰密比值情况及绝缘子上下表面污秽分布不均已情况,并均加以修正。并且,因特高压直流输电线路路径较长,途径地形环境复杂,沿线海拔存在较大差异,在确定绝缘子串长时充分考虑海拔高度对串长的影响,并加以修正完善。
  (4)在华北、华东(主要以山东地理境内为主)电网污区划分的基础上,对山西晋北-江苏南京工程沿线自然地理与气候特征,各区段污湿特性、邻近交直流线路等值盐密测量结果和运行经验进行了全面调查分析,推荐了山西晋北-江苏南京直流线路沿线的污秽水平分布。提出直流轻、中和重污区所占线路总长的比例分别为0%,32.9%和67.1%。并针对以上情况,对山西晋北-江苏南京工程的绝缘配置情况进行说明,对±800kV特高压直流输电线路的工程实践,提出了一种比较有效实用的计算和与选型建议。
[硕士论文] 王成
农业电气化与自动化 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:接地系统在变电系统中发挥很大的作用,能够有效的稳定整个系统电压,保证变电站持续可靠运行。目前电网容量不断增大,变电站站址处的土壤结构也比较复杂,使用国标中给出的传统经验公式计算得到的接地参数值误差比较大,已经很难符合目前许多变电站设计的要求,并且简单的等间距布置的水平接地网存在一定的电位梯度,使得整个接地网顶点处的接触电压明显偏高。因此本文从数值计算方法和优化设计方式这两方面对接地网进行深入的探讨。
  本文首先通过对恒定电流场的分析,在水平多层分层土壤中建立起点电流源的格林函数表达式,并且通过分层媒质的边界条件,求解得到待定系数。同时利用复镜像法,重点得到在水平双层分层土壤中四种形式的格林函数。
  接地网模型考虑了导体本身的内阻抗与外自感以及两导体之间的互感,利用节点电压法,直接计算得到接地网各点处的电位值,并且利用搭建的不等电位模型,分析了影响水平接地网上电位差的因素。得到在使用同等钢材量时,敷设接地导体的数目越多,即导体的等效半径越小,矩形接地网上的最大电位差值越小的结论。
  在均匀土壤中,本文采用添加垂直接地极的方式,降低接地网接地阻抗与接触电压的值,分析得到影响这些接地参数值的相关因素。并且根据国标中给出的均匀土壤不等间距布置水平接地导体的方式,得到更加简单的导体布置拟合计算公式,同时将网孔最大接触电压之间的差值达到最小设为目标,当矩形水平接地网按照此方式布置导体时,得到横纵方向上所使用的导体数目的比值。
  在水平分层的双层土壤中,引入复镜像法,建立仿真模型,采用加入垂直接地极以及不等间距敷设水平导体的方式对矩形接地网进行整体优化。分析出添加垂直接地极后,影响复合接地网接地阻抗值的一些因素。将整个接地网上最大接触电压达到最小设成优化目标,基于改进的自适应遗传算法,得到最佳压缩比,利用该压缩比按照指数规律形式敷设水平导体。最后,对水平双层土壤中110kV变电站接地网进行仿真,获得接地阻抗具体值和地表电位、接触电压三维分布图。通过上面两种方式对矩形接地网实行优化,发现将水平导体使用不等间距敷设时不能降低接地阻抗,但可以有效的改善接地网上的接触电压,而在水平接地网上添加垂直接地极对接触电压与接地阻抗都起到很好的降低作用。
[硕士论文] 张存柱
电气工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:在人类社会快速向前发展的同时,电网的建设经过长时间的发展,已经取得了举世瞩目的成就。到了二十一世纪,中国的电网技术已经位于世界前列了。当前我国已经将大力发展更加智能的现代化电网作为主要的事业。随着高电压等级电网的建设,电力系统暂态过电压的类型也变得更多,对其过电压的研究就显得更加重要。在电力网中,操作过电压中的空载线路分闸过电压对电气设备的绝缘和保护都有很大的影响,多次造成绝缘子的闪络和击穿,其主要是由于其幅值高、波形陡和持续时间短的特点造成的。而造成分闸操作过电压的最根本的原因是断路器的重燃。所以,对其空载线路分闸过电压在电弧重燃的情况下进行相关的研究和分析是很有实际意义的。
  本文就是基于750kV的空载线路,利用图形预处理程序ATPdraw,通过组建四种不同的仿真模型,为750kV空载线路分闸过电压仿真模型和在同一种情况下的750kV空载线路并联电抗器分闸过电压仿真模型;然后是在电弧重燃下建立的仿真模型,分别为750kV空载线路电弧重燃下分闸过电压仿真模型和在同一种情况下的750kV空载线路电弧重燃下并联电抗器分闸过电压的仿真模型。
  具体研究方法是先对在电弧不重燃时的仿真模型进行仿真研究,得到在电弧不发生重燃时分闸过电压的情况,然后设定不同的电抗器数值,研究并联不同数值的电抗器对此种情况下分闸过电压的抑制效果;然后对电弧重燃时的仿真模型进行仿真研究,在其他条件不变的情况下,设置不同的电弧重燃次数,仿真研究不同弧重燃次数下的空载分闸过电压,得到在所取范围内影响最恶劣时的电弧重燃次数;然后设定电弧重燃次数为最恶劣的情形,在此种情况下再并联不同的电抗器数值,仿真研究不同电抗器数值对此种情况下空载分闸过电压的影响。最后对所得到的数据进行比较,分析讨论电弧重燃对空载线路分闸过电压的具体影响以及并联电抗器对电弧重燃的具体抑制效果。
[硕士论文] 李伟卓
电气工程 哈尔滨理工大学 2017(学位年度)
摘要:油纸绝缘的性能受内部的微水含量的影响,当微水含量增大时油纸绝缘的各项性能均会变差。由于生产工艺以及老化等因素的影响,油纸绝缘内部不可避免地存在着微量的水分,所以研究微水在油纸绝缘内部的传递规律有着很强的实用性。目前国内外对于微水传递的研究主要集中在0℃以上的区域,所以本文将对低温环境下的降温过程展开研究。
  本文对降温过程中微水从油纸绝缘析出的动态过程进行仿真分析,将整个过程分为扩散与析出两个部分进行讨论,构建合适的仿真模型与仿真环境。模拟不同条件下微水扩散的过程,探究温度以及其他因素对于扩散速度的影响;模拟油纸绝缘中微水析出的过程,探究在低温的环境下析出的微水凝结成冰后沉降的规律;最后设计实验对得出的扩散规律进行验证。
  研究结果表明:当在低温的环境下发生降温时,油纸绝缘中绝大部分微水会因为油中水分溶解度的下降而析出,析出的微水会在极短的时间内凝结成冰逐渐沉积在油箱底部,油纸绝缘中只有小部分微水会从油中扩散进入纸板中。整个扩散与析出的过程受温度的控制,当温度降低的时候,微水扩散的速度减慢,凝结成冰的微水沉降到油箱底部的时间也随之增加;当温度足够低的时候,微水扩散的过程趋于静止,油箱中有一部分冰也会因为沉降速度过慢而悬浮在变压器油中。
[硕士论文] 田媛
电力系统及其自动化 哈尔滨理工大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,高压直流输电发展迅速,远距离大容量输电线不断增加,故障种类和故障几率也随之增加,线路故障点定位的不准确性将会延长维修时间,从而延长线路断电时间,造成严重的经济损失。因此,快速与准确的检测输电线路故障点对保证大容量高压直流输电的可靠性和稳定性以及用户用电质量具有重要意义。
  电磁波在远距离输电线路中传播时,输电线路可等效为长线;当电磁波在长线模型中传播遇到阻抗不匹配点时会产生反向传播的反射波,据此本文提出了适用于高压直流远距离输电线路故障检测与定位的分布式多脉冲源耦合故障检测与定位的新方法。将多个分布式信号发生装置产生的信号注入直流输电线路中,通过信号接收检测装置从直流输电线路检测反射波信号,数据处理终端分析所述反射波信号的特征,根据一组反射波信号判断直流输电线路是否发生故障,并通过耦合运算确定故障发生位置。仿真结果表明,对于高压远距离直流输电线路的故障,采用分布式多脉冲源耦合故障检测与定位方法对其进行检测,得到的波形辨识程度高,故障波形清晰,可以准确识别高压远距离输电线路中的各类故障并检测故障距离。为了确定反射脉冲起始点,提高线路故障定位精度,采用小波分析法对脉冲波头时刻及反射波波头时刻进行标定,得到较为准确的波头时刻。将通过小波分析确定的波头时刻作为输入,故障距离作为输出,用BP神经网络算法进行建模与训练,最终得到合理的BP神经网络故障定位模型。
  分布式多脉冲源耦合故障检测与定位方法能够有效的提高高压远距离直流输电线路的故障定位的准确率,能够在线监控高压远距离直流输电线路的故障并提高故障判断的的可靠性和故障定位的精确性,保障电力系统安全稳定运行。
[硕士论文] 沈湘东
电气工程 哈尔滨理工大学 2017(学位年度)
摘要:以SF6为绝缘气体的GIS中的隔离开关在动作过程中会产生特快速暂态过电压(VFTO),将对变压器、二次设备造成损伤,对SF6的放电性进一步深入研究,可以改善绝缘配合使SF6使用更加合理。本文采用一维自洽流体力学模型,引入流体的对流-扩散机制,建立了SF6气体电极介质覆盖的纳秒脉冲放电模型。
  在纳秒脉冲作用下的电极介质覆盖SF6放电过程,带电粒子将在介质覆盖层上快速积累,覆盖层和气隙交界面处各带电粒子浓度剧烈变化将对计算方法的稳定性提出更严格的要求。本文采用MacCormack差分格式进行离散求解,此格式不但具有二阶精度,而且是一种反耗散的稳定格式,能在保证稳定性的前提下,兼顾计算精度、计算量和收敛速度的要求。
  本文在称覆盖以及单侧电极介质覆盖条件下,通过改变外施纳秒脉冲的电压幅值及上升沿、气隙距离、覆盖层的厚度及相对介电常数、压强等外部参数的方式,理论研究了纳秒脉冲下SF6电极介质覆盖放电特性,以及放电过程带电粒子的运动行为与间隙电场依赖关系,获得了放电过程间隙的电流、位移电流和传导电流的分布。结果表明:双侧覆盖时在纳秒脉冲下气隙中将出现双极性电流,在上升沿处第一个幅值较小的脉冲是由外电压快速变化引起的,外部参数对放电的剧烈程度存在着显著的影响;阳极侧介质覆盖层上积累电荷的过程总体分为快速上升、缓慢上升和再次快速上升三个阶段,受到外部参数变化将出现明显变化并且和传导电流变化密切相关;在发生放电前电场基本均匀分布在气隙上,发生放电后则主要集中在阳极侧介质覆盖层附近。仅阳极覆盖时传导电流密度以及介质覆盖层上电荷密度变化与双侧覆盖时变化接近,而电场主要集中在两侧。仅阴极覆盖时传导电流密度以及介质覆盖层不存在缓慢上升的阶段,电场主要集中在阳极侧。
[硕士论文] 高德健
电气工程 哈尔滨理工大学 2017(学位年度)
摘要:高压直流输电在长距离、大容量输电方面具有明显优势,是实现我国“西电东送,南北互供,全国联网”的电力资源优化配置目标的优良技术手段。在引起电力电缆系统故障的诸多因素中,电缆终端作为电力电缆系统的基本结构出现故障所占的比例最大。当对电缆终端施加直流叠加冲击电压时,本体绝缘与增强绝缘界面处易于聚集空间电荷,导致局部电场发生畸变,严重时会使绝缘发生击穿,在一定程度上限制了直流电缆系统的发展。在直流电缆出厂前要对其进行不同试验的检测,如果试验时使用不合适的终端很容易造成错误的结果,在以往的试验中通常采用商品终端进行检测,然而其不可反复使用,造价高,因而需要一类性能可靠、安装方便、经济实用的试验终端对直流电缆进行检测。综上所述,研制合理的直流电缆终端和试验终端具有重要的现实意义。
  利用COMSOL Multiphysics仿真软件计算了以不同硅橡胶为增强绝缘,不同XLPE绝缘为电缆本体绝缘时电缆终端内的电场分布,选择出最优增强绝缘和本体绝缘组合,发现以普通硅橡胶作为增强绝缘,SiO2/XLPE复合绝缘作为电缆本体绝缘时,电缆终端内的电场分布较合理,并计算了其在稳态电场和暂态电场下的电场分布。其结果表明在负荷循环试验电压、雷电冲击电压、操作过电压作用下电缆终端内的电场分布合理。继而,对该电缆终端进行负荷循环试验以及冲击电压试验,试验过程中电缆终端未出现击穿以及闪络现象,表明该种绝缘配合的电缆终端具有优异的长期可靠性,满足使用要求。
  设计了均压环型、充油型、应力锥型HVDC电缆试验终端,并以此分别建立仿真模型,利用COMSOL Multiphysics软件计算了稳态电场和暂态电场下HVDC电缆试验终端内的电场分布,仿真结果表明:试验终端可明显改善电缆外屏蔽端部的电场分布,试验终端内和电缆端部的电场分布合理。
[硕士论文] 孙堃
电气工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:架空输电线路的雷击一直是线路安全可靠运行的主要危害。浙江地区天气多变,常常发生剧烈的雷击,从而造成我电网输电线路故障,甚至引发跳闸事件发生。近年来,随着雷击的次数不断增加,输电线路故障频发,给电网安全造成了较为严重的影响。同塔多回线路雷击同时跳闸事故已经占到输电线路故障中很大一部分比重。由于同塔多回线路的输送电量大,由雷击造成的事故几率也较大,所以,必须对雷击闪络率和雷击同时跳闸率采取一系列的措施,防止雷击事故发生。
  本文主要对同塔并架输电线路的雷击同跳应对措施配置和防雷管理进行分析,全文共划分为5个部分。首先,阐述了本研究的背景和意义、国内外研究动态、本课题的研究内容。然后,介绍了基于电路理论的反击闪络分析模型,以及同塔多回线路雷击同时跳闸的机理,为后续的研究奠定了理论基础。随后,介绍了同塔多回线路雷击同跳应对措施,分析了7种防雷措施的实施方案,优缺点。第四章,以温州电业局220kV商瞬商岙同塔多回线路为例,进行差异化防雷击同跳改造评估及实施方案的制定。最终选定了降低杆塔接地电阻和装设线路避雷器方法。然后,对改造方案进行制定,最后对改造方案进行了评价。
  最后,对全文进行了总结,并对未来的研究提出了展望。
[硕士论文] 李勋
电气工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:舟山群岛地处长江入海口,长期以来,岛际之间交通不便,电网结构较为薄弱。与大陆电网相比较,舟山电网检修人员因为海洋阻隔,人员难以及时到达现场,无法第一时间掌握故障设备运行的关键数据。
  自2009年以来,公司开始推行以在线监测及带电检测为主的状态检修工作模式。通过实时在线监测数据的上传,结合定期的人工带电检测工作,工作人员可以在办公室随时监控设备运行状态,第一时间对故障做出判断和分析,及早制定检修方案,及时赶赴现场进行抢修作业,提升了工作效率。但是,由于省公司推行的在线监测装置配置方案及带电检测方案缺乏对于海岛地区实际情况的针对性,因此,作者在本文中主要就这两种检测技术在舟山电网中的应用做了研究和改进。
  本文首先分析了舟山电网的地理特点,介绍了课题研究的背景及意义,综述了带电检测结合在线监测技术的综合检测手段的发展及现状以及在浙江电网的应用现状。
  第二章介绍了带电检测及在线监测技术的原理以及应用研究。重点介绍了特高频检测法、超声波检测法、红外检测法、油中溶解气体分析法等。
  第三章介绍了舟山电网的特点以及在线监测、带电检测技术在舟山电网的应用现状与问题。
  第四章分析提出了适应舟山电网的在线监测装置配置方案,强化了针对海岛地区变电站重点设备的在线监测装置重点配置,并对相应的带电检测方案进行了优化,适当延长了检测周期,减轻了人工作业压力。
  第五章结合实际工程案例,介绍了适应海岛地区的一体化在线监测系统解决方案,并引用作者在工作中遇到的实际案例,分析了方案配置的合理性及优越性。
  最后对综合带电检测及在线监测技术在舟山电网的应用进行了总结以及工作展望。并提出了不足。
[硕士论文] 舒建华
电气工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:随着社会经济的不断发展,人们对电能的需求越来越大,对电能的质量也提出了更高的要求,为我们提供电能的电力系统包括众多的电气设备,电气试验能及时发现电气设备故障隐患,监测设备运行状况,根据电气试验结果有计划对设备进行停电检修,避免电气设备故障临时停电,保证电力系统安全、经济运行。
  本文首先通过分析宁海供电公司电气试验工作现状,指出了电气试验安全工作的重要意义;其次分析了近几年电气试验人身伤亡事故,对事故发生的原因进行了分析,总结出电气试验过程中常见的违章和误操作,并针对这些安全隐患提出相应的对策。在发生事故隐患时通过切断试验电源终止高压试验的方法阻止事故的发生。在试验区域布置红外警戒防止人员误闯试验危险区域;利用低频无线传感技术识别试验工作人员的位置,防止试验工作人员人身触电;通过脚踏开关的设计限制试验监护人的位置,确保监护人履行好监护职责。高压试验安全防护系统研制成功后,通过功能测试,并在宁海县供电公司35kV长街变和宁海县雁苍山电力设备厂有限公司投入使用,安全防护系统的三重保护有效的保证试验现场人员和试验工作人员的人身安全。
[硕士论文] 孙宇
控制工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:雷电定位系统是一套高度自动化,拥有宽阔监测面积并且定位信息精确的实时雷电监测系统。该系统利用探测器和通讯系统实现远程监测,可以计算雷击的时间、地理位置、落雷峰值电流等各类参数,通过雷电信息系统在显示屏上可视化呈现给用户。世界上的许多国家将雷电定位技术应用到电力系统的防雷检测中,帮助维修人员快速定位雷击故障点、鉴别雷击事故,同时可以提供雷电短时预警信息。雷电定位监测技术在电网中的广泛应用,提高了电网的雷击预警与应急处理能力,保障了电网的安全运营。
  本文针对数字式的第四代雷电定位系统进行了深入的研究。首先概述了雷电定位系统的发展历史及其在世界上的应用与研究情况,梳理了雷电监测系统在我国的发展过程并介绍了北京市电网建设新一代雷电定位系统的原因;接着分析了输电线路遭受雷击受损的原因,这主要是由于输电线路上的绝缘瓷瓶绝缘性被破坏造成的,研究了雷电定位的探测原理,主要包括定向法、时差法和综合法;然后详细研究了第四代雷电定位系统的整体结构,包括探测站部分的电路原理、对云闪地闪信号的判别、误差分析和布站原则,中心站部分的前置处理机、数据服务器和位置分析仪的功能与结构,雷电信息系统部分的用户界面和使用方法;最后对第四代雷电定位系统在北京市电网的实际应用状况做了详细介绍,包括总体建设方案以及各部分的结构设计,为了验证系统的实际效果,通过采集实测数据,分析了新一代雷电定位系统在雷击事故检查率、雷击定位以及落雷情况统计上的表现情况,分析结果表明新系统具有很高的定位精度,同时文末还对三四代系统的区别进行了比较。
[博士论文] 黄克捷
高电压与绝缘技术 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:在架空线的雷电瞬态分析与计算中,冲击电晕对雷电波的衰减与变形作用是通过其电压-电荷特性,即伏库特性来考虑的。现有的研究所涉及的电晕伏库特性基本上都是在双指数雷电波下取得的。而实测和仿真均表明,由于波的折、反射,侵入变电站的雷电过电压波形多数呈衰减振荡特征。为此,研究这种非标准型的衰减振荡波下的电晕伏库特性及其对线路雷电瞬态计算的影响就具有重要实际意义。针对该问题,本文拟从试验和建模计算入手来开展系统的研究工作,具体落实在以下诸方面。
  建立了一套冲击电晕伏库特性试验系统,包括改造冲击电压发生器、电晕笼和测量模块,该系统可测量衰减振荡冲击波下的伏库特性。采用了比较有效的抗干扰措施,排除系统中杂散电容、电感对测量的影响,使得测量结果的准确性得到保障。试验表明,衰减振荡波下的伏库特性表现出明显的次回环特征,这是其与传统双指数冲击波下伏库特性的主要区别。通过改变外施电压的波形研究了频率和振荡深度对伏库特性的影响,研究发现,频率越高电晕放电产生的电荷量越大,振荡深度则与次回环的大小直接相关。通过缩小比例模型试验研究了分裂导线对衰减振荡波下电晕伏库特性的影响。试验发现,随着分裂数增大电晕放电量减小的同时,次回环也随之缩小。
  根据现有的气体放电基本理论建立了冲击电晕微观数学物理模型,该模型通过对空间进行离散化处理可以同时计及碰撞电离、空间光电离、带电粒子的漂移等微观物理过程,可计算出冲击电晕的伏库特性。通过与本文以及文献中试验结果进行对比,验证了该模型的有效性。根据计算得到的空间电场分布随时间变化关系,讨论了衰减振荡波下电晕发展过程,特别是次回环的形成机制。电场计算结果表明,反极性电晕有可能是次回环形成的原因之一。
  使用时域有限差分法求解传输线方程,建立了多相架空线模型。使用矢量拟合方法和递归卷积技术,推出了在时域考虑线路参数频率相关性的有限差分迭代公式。通过与EMTP-RV的计算结果以及文献中的试验结果进行校验,验证了架空线模型的有效性。应用该模型对典型输电线路进行了计算分析,在不计及电晕的条件下调查了是否考虑多相导线间的耦合对雷电瞬态计算结果的影响,并研究了衰减振荡波下振荡频率和振荡深度对衰减变形的影响。
  将一种适用于双指数冲击的电晕模拟方式加入本文建立的架空线模型中,使之能够计算双指数波下的雷电瞬态过程,与文献测量结果对比验证了该方法的可行性。在此基础上,进一步对该电晕模拟方式进行拓展,使其能够计及衰减振荡波下电晕的次回环特征。然后利用其来研究次回环对衰减变形计算结果的影响。计算结果表明,在负极性下,计及次回环与否将会对瞬态计算结果造成较大差别;而在正极性下,计及与忽略次回环对瞬态计算结果影响则较小。
[博士论文] 季洪鑫
电气工程;高电压与绝缘技术 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:金属颗粒是GIS中最常见的缺陷,且颗粒在GIS内部自由运动是GIS的一个重大安全隐患,不仅是因为颗粒可以运动到高电场区域内或附着在绝缘子上,而且在运动过程中,颗粒可能对电极产生微弱的放电,该放电可能引起绝缘的完全击穿。为提高GIS内金属颗粒检测的有效性,减少金属颗粒的危害,针对金属颗粒已进行了相对较多研究,目前的研究主要集中在单一颗粒在典型平板下的运动规律及局部放电现象,而缺少在运行电压下实际GIS同轴结构中的金属颗粒运动行为及放电特征的研究,现有的研究成果难以满足实际工程的应用。为此,本文研究了运行电压下实际GIS中不同类型金属颗粒的运动行为、局部放电及危害程度。
  为了研究颗粒的形状(片状颗粒、线形颗粒、球形颗粒、金属粉尘)、尺寸对颗粒运动行为的影响,本文基于不同形状、尺寸金属颗粒的带电量以及颗粒所受的库仑力的计算,获得了颗粒形状、尺寸对颗粒带电量和所受库仑力的影响规律,提出了在运行电压下不同类型金属颗粒起始跳动的条件,并通过试验研究了不同类型金属颗粒的运动行为。GIS运行电压下平躺的线性颗粒起始跳动条件:铝材质的线形颗粒半径小于0.139mm、铜材质的线形颗粒半径小于0.044mm、银材质的线形颗粒半径小于0.036mm。GIS运行电压下平躺的片状颗粒起始跳动条件:铝材质的片状颗粒厚度小于0.069mm、铜材质的片状颗粒厚度小于0.022mm、银材质的片状颗粒厚度小于0.018mm。GIS运行电压下球形颗粒起始跳动条件:铝材质的球形颗粒半径小于0.175mm、铜材质的球形颗粒半径小于0.052mm、银材质的球形颗粒半径小于0.044mm。金属颗粒的运动行为主要有4种运动状态:静止站立、小幅度跳动、大幅度跳动以及贯穿性跳动。其中片状颗粒和线形颗粒在电场梯度力的作用下向电场较强的屏蔽环处运动,当金属颗粒运动速度较慢且靠近绝缘子时,会静止的附着在绝缘子上,而球形颗粒/金属粉尘则倾向于向电场较弱的区域运动而难以附着在绝缘子上。
  为了研究颗粒的数量对金属颗粒运动行为的影响,本文试验研究了高压母线下不同数量的金属颗粒的运动行为,获得了颗粒数量对不同形状金属颗粒起举电压的影响规律。线形颗粒的存在会造成电场的畸变,使得相邻线形颗粒在相对较低的电压下起举站立,随着相邻线形颗粒数量的增加,线形颗粒的起举电压呈下降趋势,而颗粒的数量对球形颗粒的起举电压则几乎无影响。
  为了研究颗粒端部曲率半径的大小对颗粒运动行为的影响,本文对比分析了不同尖端曲率半径的线形颗粒的运动行为,并揭示了颗粒端部对颗粒运动行为产生影响的原因。端部无电晕金属颗粒随着外施电压的升高,其运动行为主要经历4种运动状态:静止站立、小幅度跳动、大幅度跳动以及贯穿性跳动。而端部有电晕金属颗粒,在起举电压下,曲率半径较小端部率先站立,随着外施电压的升高,金属颗粒仍进行小幅度跳动,不会出现大幅度跳动或贯穿性跳动,但颗粒端部旋转摆动幅度变大。
  研究了冲击外力对金属颗粒运动行为的影响,揭示了断路器等开关动作引起GIS腔体的振动对颗粒运动行为产生影响的原因。在冲击振动的作用下,线形颗粒出现一端向上偏转,另一端与地电极接触的状态,导致线形颗粒带电量急剧增加,线形颗粒在库仑力的作用下一直向上偏转,直至颗粒垂直站立,冲击外力的作用使得无害颗粒变为有害颗粒。
  以不同类型金属颗粒的运动行为为基础,获得了不同运动状态下金属颗粒的局部放电特征,建立了金属颗粒运动行为与局部放电的关系。在运行电压下不同类型金属颗粒的带电量的不同、跳动速度、跳动频率、跳动高度的差别造成颗粒放电量、放电脉冲簇宽度、放电脉冲个数的差异,金属颗粒的数量会造成半个工频周期内最大超声个数的差异,颗粒端部的曲率半径会造成放电脉冲信号相位相关性的差异。通过以上放电特征的分析可以判断出不同类型颗粒的运动行为。
  研究了不同类型金属颗粒(不同形状、不同数量、不同尺寸)运动到GIS腔体不同位置(高压母线、屏蔽环、绝缘子)时的击穿,获得了运行电压下有害颗粒的类型。研究结果表明:金属颗粒的贯穿性跳动与否和颗粒引发GIS的击穿没有必然的关系,在高压母线及屏蔽环下的单个线形颗粒和片状颗粒的自由跳动对GIS的危害性相对较小,而当线形颗粒和片状颗粒较多时,其危害性大大增加。当线形/片状颗粒附着在绝缘子上时,颗粒的沿面放电引起了绝缘子的劣化,对GIS的危害性较大。而在运行电压下由于自由运动的金属粉尘和球形颗粒向远离绝缘子处的电场较弱区域聚集,因此数量较少的金属粉尘和球形颗粒对GIS绝缘危害性较小(电压升至运行电压的两倍仍未击穿)。
  建立了金属颗粒运动行为、局部放电和危害程度间的关系,实现通过局部放电获得金属颗粒形状、尺寸、数量的估算,提出了金属颗粒危害程度的诊断方法。
[博士论文] Muhammad Rafiq
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) 2017(学位年度)
摘要:With the commencement of high voltage alternating current (HVAC) and high voltage direct current (HVDC), the demands on insulating reliability of power transformer is getting more and more imperative.The mineral oil in conjunction with paper is the main insulation components in oil-immersed transformers; their insulation properties play a significant role in the safe and stable operation of power transformers.To strengthen the insulation level of ultra-high voltage transformer and to reduce its size and weight, it is imminent to enhance the insulating performance of transformer oil and oil-impregnated cellulose.Recently, a unique novel effort of suspension of nanoparticles (NPs) into mineral oil (MO) has been carried out and the results have exhibited improved insulation characteristics of transformer oil.Nine types ofnanoparticles (Al2O3, Fe3O4, TiO2, ZrO2, Si3N4, AlN, SiC, ZnO, SnO2)bought from a company which are conductive, semi-conductive and insulative in characteristics with same concentration (0.1g/L) and oleic acid modification, were used to modify the transformer oil.The effects of nanoparticle types on insulating features of nanofluid (NF) under lightning impulse (LI) voltage were studied.The prepared NFs manifested the enhancement in positive LI breakdown voltages as compared to MO.The Al2O3 NFs showed the maximum improvement (10%) in the positive lightning impulse breakdown voltages followed by the Fe3O4 NFs (7%).The Al2O3, Fe3O4, TiO2 were selected from these nine nanoparticles to study the effect of concentrations (0.05 g/L, 0.1g/L, 0.2 g/L, 0.4 g/L), surface modifications (oleic acid, stearic acid) of these three nanoparticles on dielectric performance of MO under positive and negative lightning impulse.The Al2O3 NFs manifested approximately 1.11 times enhancement in positive LI breakdown strength at 0.2g/L optimal concentrations followed by Fe3O4 NFs 1.07 at 0.01g/L optimal concentration.It was found with Al2O3 and Fe3O4 NPs modification, the positive LI breakdown voltage and chop time of MO were enhanced whereas the negative LI breakdown voltage and chop time of MO was reduced.On the other hand TiO2 NPs has little effects on insulation performance of MO.The dielectric properties (permittivity, conductivity) measurement of the prepared three NFs showed that the Fe3O4 and TiO2 NFs manifested high dielectric loss and distinct dielectric constant from pure oil which restricts their practical applications as transformer liquid insulation.The alumina NFs presented low dielectric loss and permittivity close to the mineral oil but they were highly unstable for long term and there breakdown performance was adversely affected by agglomeration.The Al2O3 nanoparticles with favorable features were prepared in our lab to develop transformer oil/paper insulation system with better insulation performance.The NFs were prepared with different shapes (nanorods, nanoplates), surface modifications (oleic acid, C2, C18) and concentrations (0.6 g/L, 0.8 g/L, 1.2 g/L) of Al2O3 NPs.The positive LI BD voltages of MO were improved by 1.11 times with nanorod shape, oleic acid (OA) surface modification and 0.8 g/L concentration of NPs.The effects of Al2O3 nanoparticle with different gap distances on insulating properties of nanofluid under LI voltage were examined.It was noted that Al2O3 NPs suspension, the positive LI breakdown voltage of transformer oil were enhanced but the negative LI breakdown voltage of were decreased.Surface creeping discharge at oil/liquid interface is believed as one the major reasons for oil-immersed transformers collapse.In order to curtail the surface creeping discharge, the effects of Al2O3 NPs on creeping discharge and flashover properties of the oil/pressboard interface under AC and LI voltages.The creeping flashever and partial discharge tests of oil-impregnated pressboards (OIPs) and nanofluid-impregnated pressboard (NIPs) were conducted.The outcomes manifested that Al2O3 NPs can enhance both partial discharge inception voltage (PDIV) and creeping flashover strength of OIPs.The positive LI creeping flashover voltage (FOV) of NIPs was 15 % higher than those OIPs and the chop time of NIPs was also prolonged 26.4% of that of OIPs with gap distance of 30 mm.The negative LI creeping flashover voltage (FOV) of NIPs was 14%higher than those of OIPs whereas the chop time was 35% higher than those of OIPs with 30mm gap distance.Moreover, AC creeping FOV and PDIV of NIPs was higher than OIPs.Thermally stimulated depolarization current (TSDC) and Pulse electroacoustic (PEA) test techniques were used to measure space charge behaviors of oil/pressboard pre and post modification of Al2O3 NPs.It indicated that NIPs has a more uniform intemal electric field and higher decay rate as compared to OIPs, which is caused by the rise of shallow trap density in NPs related to the difference of internal structures, based on the test results of TSC.It was found that NPs can enhance the shallow trap desity.The generated electrons would lose their kinetic energy through repeatedly trapping and de-trapping process, leading to decline in elcetron mobility.The higher trap density of NPs, lower average energy, and lower mobility of electrons are obtained.The electrons with lower energy are convient to be captured by those molecules with high electron affinity, and be converted into negative space charges.These negative space charge decrease the electrical field strength at the front of positive streamer and therefore reduce the propagating velocity of positive streamer.The streamer velocity in NIPs was higher initially and tends to decline with time and ultimately it was reduced to half as compared to OIPs at particular time.Additionally, the prepared insulation system samples of liquid (MO and NFs) and solid (OIPs, NIPs) were thermally aged at 55℃ and 130℃ for 30 days.The effect of alumina NPs on thermal aging of transformer oil and pressboard were also investigated.The results showed that Al2O3 NPs can slow down the aging of oil and pressboard.The average AC and positive LI BDV of aged NFs was 11% higher than aged MOs.The average LI creeping FOVs of NIPs were 6% higher than OIPs.Additionally, average AC creeping FOVs of NIPs were 8% higher than that of OIPs.
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