直流电网在高压柔性输电、新能源接入、轨道牵引以及未来城市配网方面有着广泛的应用前景。直流断路器作为重要的控制和保护设备,是直流电网供电安全的重要保证。与交流相比,直流开断的要求更高、其实现也更加困难。根据开断原理的区别,目前的直流断路器主要分为空气断路器、电流注入式断路器和混合式断路器三类。分别对三类直流断路器进行了综...
直流断路器是直流电网的核心元件,为此,深入研究了直流断路器的基本原理和实现方法。首先从理论上论述了直流电流开断的2条基本途径;其次介绍了基于故障通路串入无穷大电阻断流法的直流断路器实现方案;接着针对基于故障通路串入电容改变直流故障电流性质法提出了3种原理上可行的技术方案;最后对比分析了几种典型直流断路器的经济性。研究结果表...
直流输电系统中,中性母线冲击电容器时常会承受雷击、操作、故障等原因引起的过电压。过电压的频繁作用可能导致冲击电容器内绝缘介质（通常为聚丙烯薄膜）的劣化,引起其绝缘性能的下降。因此利用冲击电压累积试验平台,开展了冲击电压对聚丙烯薄膜累积作用的试验研究,获得了冲击电压幅值U与累积击穿次数N之间的关系（U–N特性）,研究了累积作用...
石英砂熔断器是电力系统中应用十分广泛的保护电器,弧前时间–电流特性是其最重要的性能指标之一。为准确模拟石英砂熔断器的弧前时间–电流特性,揭示影响弧前时间–电流特性的因素和规律,采用焓变的方法处理相变过程,并提出一种新的仿真方法。同时建立了石英砂熔断器弧前过程的热电耦合模型,利用ANSYS软件计算了石英砂熔断器的弧前时间,并分别...
绝缘电介质表面电荷积累和分布对其沿面放电和击穿行为具有重要影响。通过表层氟化调控环氧树脂表面微观形貌和表面电位衰减速率,研究电极间隙、升压速率和电场均匀程度对环氧树脂负极性直流闪络特性的影响。结果表明：氟化导致环氧树脂表面电位衰减速率加快和表面粗糙度明显增加。经较长时间氟化的环氧树脂样品,其表面粗糙度上升趋至饱和且其在...
高压直流断路器已成为建立与发展多端直流电网的关键技术。因而针对混合式直流断路器通态损耗大、成本高及传统机械式直流断路器设备电压等级高、开断可靠性低等固有缺陷,提出了一种基于耦合电抗器的新型机械式直流断路器结构方案,详细分析了其工作原理。基于南澳160 k V柔性直流输电系统搭建了PSCAD仿真模型,进行了不同电流下的开断仿真,并对比...
为了提高混合式直流断路器的开断能力,降低半导体器件的使用成本,提出了一种基于串联晶闸管强迫过零关断技术的具备双向开断能力的混合式直流断路器拓扑方案。在分析关断过程的基础上,推导了串联晶闸管阀与二极管阀组件反向恢复过程中均压回路的参数设计方法,然后以10 k V样机为例,开展了主支路和转移支路器件选型与参数设计,并搭建了10 k V直流...
集成门极换流晶闸管（integrated gate commutated thyristor,IGCT）具有大电流导通损耗低和关断过程快速均匀可靠等特性,在固态限流器（solid state fault current limiter,SSFCL）应用中具有综合优势。为此,针对固态限流器中并联运行的大功率IGCT,通过构建器件的集总电荷仿真模型对其关断过程进行了仿真分析,并结合试验验证深入研究了RC阻容缓...
舟山柔直工程采用的直流断路器实现了世界上首套高压直流断路器的商业化应用。鉴于此,阐述了混合型高压直流断路器在舟山柔直工程中的应用情况,包括该直流断路器的拓扑结构、工作原理、技术指标、工程配置情况和选型依据等。然后,提出了基于直流断路器的柔直系统换流站单站投退的策略。基于仿真和现场试验,对所提出控制策略的有效性进行了验证。...
电力电子器件的串并联是目前解决和实现高压、大功率直流断路器、电力电子变换器的主要组合方式。为此,围绕适用于高压直流开断的电力电子器件串并联技术,开展了面向瞬态开断的多器件静态及动态均压技术研究。首先,分析了集成门极换流晶闸管（integrated gate-commutated thyristor,IGCT）串联不均压原因及IGCT串联均压技术,以给出适用于直流开...
为实现城市轨道交通直流快速断路器的国产化,研制了1 800 V/80 k A大容量直流快速断路器。重点介绍了直流大容量短路开断相关系统的设计,通过电磁场和动力学耦合仿真,获得了直接过流脱扣器的动态特性,通过建立空气直流电弧的磁流体动力学（MHD）模型,分析了电弧在开断过程中的运动以及弧根转移过程。基于仿真结果研制的样机按照IEC标准顺利通过...
为提高高压直流断路器阀塔绝缘设计可靠性,针对自主设计的±535 k V混合式高压直流断路器阀塔,采用CREO和ANSYS混合建模技术,搭建直流断路器阀塔的3维模型,并进行静电场求解。对该模型添加阀端间直流耐压试验电压,求解得到组件和屏蔽系统的电场;添加阀支架直流耐压试验电压,求解得到阀支架的电场;在电场最大区域添加考察线,考察场强最大值周围空...
为了研究介质击穿与陷阱特性的关联,分别制备掺杂1%质量分数的聚丙烯/氮化铝和聚丙烯/氧化铝纳米复合电介质,测试了试样的热刺激电流、介电频谱、电阻率和直流击穿特性。实验结果表明：纳米复合电介质的深陷阱密度、体积电阻率和直流击穿强度均高于纯聚丙烯试样。分析发现纳米复合电介质的电阻率和击穿场强与深陷阱密度呈正相关性,深陷阱密度增...
直流线路故障的快速、可靠识别是基于架空线路的大容量、高电压柔性直流输电系统发展的关键技术之一,因而分析了模块化多电平换流器型高压直流系统直流线路短路故障后线路两端限流电抗器上的电压变化情况,提出了一套仅利用单端暂态量的柔性直流电网故障识别方案。该方案利用低压作为启动判据,利用限流电抗器上的电压变化率大小和极性确定故障区...
为准确表征绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的物理特性,在典型IGBT开关瞬态模型的基础上提出一种改进的高压IGBT瞬态模型。首先基于半导体物理理论,对典型IGBT开关瞬态的建模过程进行了简要分析和推导,并在此基础上针对高压IGBT的宽基区结构特点,考虑基区载流子复合过程对IGBT开关瞬态的影响,建立了一种改进的高压IGBT瞬态模型。最后将建立的模型在S...
随着交直流电网规模的不断增长,纯电阻型超导限流器已经难以满足其限流需求。为了减少超导带材的用量并提高电阻型超导限流器的经济性,通过引入空芯分裂电抗器,研究了一种分裂电抗型超导限流器（DRSFCL）并对其基本限流原理进行了分析。通过建模和仿真研究,主要分析了DRSFCL在10 k V电压下的交直流限流特性,得到其在交流冲击下可有效地限制短路...
随机性电网覆冰事件有7~12年的重现期,没有发生电网冰雪灾害并不能说明采用的方法和策略完全正确,只有在严重覆冰积雪的极端条件下才能检验研究的全面性和完善性。冰冻积雪自然灾害是具有不可抗拒性的,10年以后的今年再次遭遇较为严重的冰冻积雪气候,使人们认识到再好的单一方法也有局限性,并不能解决面临的各种问题。我国在电网覆冰积雪防御方...
为研究多重硫腐蚀对油纸绝缘系统热老化特性的影响,利用添加不同浓度二苄基二硫醚（简称为DBDS）、二苄基硫醚（简称为DBS）及十二硫醇（简称为DDM）的变压器新油、普通绝缘纸和铜片组成试品,在140℃温度下进行了加速热老化实验,定期取样测试了相应特征参量。研究结果表明：腐蚀性硫不仅会腐蚀铜片,而且会对油纸绝缘系统的热老化产生一定的促进...
永富直流的逆变站（广西侧）交流系统稍弱于云南侧,因此当其逆变侧交流系统故障时,极易引起直流系统换相失败,甚至连续换相失败。永富直流继续沿用了延时3 s的100 Hz保护,因此急需对交流系统故障下直流系统保护是否存在误动风险进行分析预判。以永富直流系统仿真模型和现场采用的阀组保护逻辑为基础,仿真分析了逆变侧交流系统不同故障类型、不同...
热故障是影响充油设备安全运行的重要因素,基于Reax FF力场的分子动力学模拟方法建立了含有30个分子的矿物绝缘油仿真模型,深入研究了不同温度下矿物绝缘油的动态热解过程和产气规律。通过Reactive-MD-analysis识别模块对矿物绝缘油热解产物的识别和统计,结合仿真的动态图像分析了矿物油的微观反应过程,得出矿物油热解的主要反应路径以及小分子...
电缆接头处的硅橡胶附件是高压（HV）电缆系统的薄弱环节。为了研究电缆与硅橡胶附件在过盈配合下的界面应力,首先通过单轴拉伸试验测得了硅橡胶材料的力学性能,优选出了适用的本构模型。而后针对1起典型故障案例,建立了过盈配合的理论模型,通过理论求解和有限元数值仿真研究了过盈量、硅橡胶绝缘层厚度与界面应力的关系。结果表明：硅橡胶附件...
变压器振动发出的声信号可反映其运行状况,为解决振声信号在采集过程中易受干扰的问题,提出了一种基于盲源分离（BSS）的变压器振声自适应提取方法。首先分析了变电站内噪声分类及特点,并将含噪振声信号从时域变换到稀疏域,据此改进了基于势函数的稀疏分量分析（SCA）算法,增加了势函数局部极值排序环节;然后模拟了噪声源数目、振声幅值以及振声...
近年来由于高压电缆附件产品（终端与接头）的加工制作、安装施工不当等原因而引发了多起电缆线路故障,导致了爆炸、火灾等,造成了严重的经济损失,并给电网的安全运行带来了极大的风险隐患。为此,针对近年国内发生的多起重大的、具有共性特点的高压电缆附件工程热点故障案例,对故障及非故障接头进行了电树枝观测、材料性能试验以及电场、力学仿...
高电压等级电力系统中,特快速暂态过电压（VFTO）引起的气体绝缘开关设备（GIS）绝缘事故日益严重。为确保GIS的安全运行,探究了冲击电压（包括VFTO和雷电冲击）下六氟化硫（SF6）气体放电的特性和机理,研制了陡波前冲击试验装置;固定电极间距,研究了电极半径对SF6间隙击穿特性的影响以及气压对缺陷支柱绝缘子击穿特性的影响;采用空间电荷模型对...
配电网风险评估中使用的故障率为设备年平均故障率,无法反映所分析配电网设备的实时健康状况及同类设备的差异化。为了解决上述问题,提出了一种基于设备实时健康指数的配电网风险量化评估方法。建立了配电变压器、开关柜、电力电缆、架空线路的健康指数H与设备实时故障率？的量化关系,得到了典型比例系数和曲率系数;计算获得了负荷点故障率和负...
测试夹具是电磁脉冲防护器件接入测试电路的必需装置。为此,分析了防护器件高功率电磁脉冲测试对测试夹具的要求,采用多段同轴结构的设计思路,研制了一种专用测试夹具。该夹具采用多阶缓渐变方案和错位补偿技术等;通过经验算式和软件仿真相结合的方法对各部分尺寸进行了优化设计,改善了其高频传输特性。矢量网络分析仪测试结果表明：在1 MHz~3 G...
目前有关雾水电导率对导线电晕放电量的研究还很少,为了进一步了解导线电晕特性,利用紫外成像仪、局部放电检测仪、超声波雾发生装置和示波器,在电晕笼中进行了试验,通过脉冲电流法来研究不同电场强度、雾水电导率和导线表面粗糙程度对导线电晕放电量的影响,并揭示了它们对电晕放电特性的影响。研究结果表明：当导线表面饱和受潮出现水滴附着时,...
现有规程中套管试验方法与实际工况差异较大,仅考虑电压单一应力的短时作用,难以满足越来越高的设备可靠性需求。针对此问题研制了一种新型变压器套管复合工况试验考核装置;研究了受潮早期套管在阶梯升压、运行电压、运行电压电流复合作用3种工况下的介质损耗角正切值（tanδ）、局部放电的变化规律,实现了阶梯升压、运行电压、运行电压电流复合...
为了对航空航天领域中广泛使用的碳纤维增强型聚合物复合材料（CFRP）的静态电性能测试方法及直流体电阻进行研究,建立了CFRP直流电阻特性测量平台。研究发现传统三电极测试方法测得的材料体电阻率与CFRP的典型体电阻值存在明显差异,进而提出了改进型三电极测量方法,并开展CFRP直流体电阻特性实验研究。结果表明：CFRP体电阻率处于108Ω·m量级,导...
室温硫化硅橡胶（RTV）材料的憎水性消失与恢复性能是表征该材料特性的重要指标,传统方法是利用长时间水浸泡或电晕放电使RTV材料的憎水性消失,此试验利用介质阻挡放电设备,分析了介质阻挡放电对RTV材料性能的影响。傅氏转换红外线（FTIR）图谱等分析结果表明：介质阻挡放电使RTV憎水性消失的本质是放电破坏涂料内部的有机官能团,产生亲水性基团...
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