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电流频谱Hurst指数在串联电弧故障检测中的应用

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控制理论与应用 2022年第3期39卷 561-569页

作者：江军李威李波马径坦张潮海江苏省新能源发电与电能变换重点实验室(南京航空航天大学) 江苏南京211106 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏南京211103

串联电弧故障因故障电流小、随机性强,难以被普通保护电器所检测和切除.本文基于已有的Mayr电弧模型增加了弧柱电感、间隙电容和压控随机开关以模拟电弧高频特性,从而构建了不同类别典型负载的精细化电路模型.实验证实所建负载模型和电... 详细信息

串联电弧故障因故障电流小、随机性强,难以被普通保护电器所检测和切除.本文基于已有的Mayr电弧模型增加了弧柱电感、间隙电容和压控随机开关以模拟电弧高频特性,从而构建了不同类别典型负载的精细化电路模型.实验证实所建负载模型和电弧模型的仿真数据较好拟合了相应的实验结果,在此基础上将仿真波形重构为二维矩阵,提取矩阵奇异值之比作为时域特征;提取02500 Hz内归一化谐波幅值波形的Hurst指数作为频域特征;选取隐层节点数为17的单隐层BP网络实现了串联电弧故障诊断,总体准确率达到93.9%.检测方案在STM32F767平台上运行时间仅19.85 ms,符合UL–1699中实时性指标要求.本文提出的检测方案具有计算量相对较小、特征简洁、准确率高等优势,有助于串联电弧检测和有效辨识的工业应用.

关键词：串联电弧故障负载建模改进型Mayr模型奇异值(SVD)分解 Hurst指数 BP神经网络

工频局部放电试验与雷电冲击耐受试验对GIS内局部电场集中缺陷检测的有效性

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高电压技术 2019年第1期45卷 203-208页

作者：吴治诚马径坦王国利高超张乔根西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 南方电网科学研究院广州510800

现场绝缘试验作为气体绝缘金属封闭组合电器(GIS)设备投运前的最后一道关口,是保障GIS设备可靠运行的必要手段。为了明确高电压等级GIS的现场试验有效性,搭建了550 kV GIS真型试验平台,使用母线凸起物作为GIS内部电场集中缺陷,通过改变... 详细信息

现场绝缘试验作为气体绝缘金属封闭组合电器(GIS)设备投运前的最后一道关口,是保障GIS设备可靠运行的必要手段。为了明确高电压等级GIS的现场试验有效性,搭建了550 kV GIS真型试验平台,使用母线凸起物作为GIS内部电场集中缺陷,通过改变凸起物曲率半径及长度模拟不同的局部电场集中程度,分别进行工频局部放电试验及雷电冲击耐受试验,得到不同试验程序的检测盲区,从而对其有效性进行分析。结果表明,对于实验所用的550 kV GIS设备,工频局部放电试验对的临界长度随曲率半径减小出现先下降后上升的趋势,能够检测出的凸起物最小长度为4 mm;而雷电冲击耐受试验随曲率半径减小单调下降,能够检测出长度<1 mm的母线凸起物缺陷。工频局部放电试验的检测有效性受到起始条件和放电量条件二者约束。因此,对于现行的GIS设备现场试验标准而言,雷电冲击耐受试验相比于工频局部放电试验能够检测出尺寸更小的局部电场集中缺陷。因此,现阶段现场试验应在工频局部放电试验的基础上,补充开展雷电冲击耐受试验。

关键词：气体绝缘金属封闭开关设备工频局部放电试验雷电冲击耐受试验临界长度检测盲区

直流叠加冲击电压对GIS中自由导电微粒检测的有效性

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高电压技术 2019年第3期45卷 737-742页

作者：马径坦张乔根吴治诚王国利高超文韬西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 南方电网科学研究院有限责任公司广州510080

自由导电微粒是造成气体绝缘金属封闭开关(GIS)设备故障的一个主要原因,而目前现场交接试验项目难以对GIS中的自由导电微粒进行有效检测,因此有必要研究新的检测手段,以对现场试验进行补充。直流电压下自由导电微粒容易起跳和运动,从而... 详细信息

自由导电微粒是造成气体绝缘金属封闭开关(GIS)设备故障的一个主要原因,而目前现场交接试验项目难以对GIS中的自由导电微粒进行有效检测,因此有必要研究新的检测手段,以对现场试验进行补充。直流电压下自由导电微粒容易起跳和运动,从而引起电场畸变,而冲击电压对于局部电场集中的检测较为有效,论文结合这2种电压的优点,提出了自由导电微粒缺陷的直流叠加冲击电压检测方法,并通过搭建叠加电压实验回路,在500k V GIS中对该方法的有效性进行了研究。结果表明:直流电压下,线形微粒的运动主要有跳跃与飞萤2种模式;随着直流电压的升高,微粒处于飞萤状态的概率逐渐增大,且正极性电压下飞萤发生在壳体表面,负极性电压下发生在母线表面,负极性电压下微粒呈现飞萤状态的概率远高于正极性电压;先对GIS施加负极性直流电压使微粒起跳,然后施加冲击电压,可以对GIS中自由导电微粒进行有效检测;随着微粒长度的增大,GIS在直流叠加冲击电压下的放电电压迅速降低;随微粒半径的增大,放电电压呈现降低趋势。负极性直流叠加正极性冲击下GIS放电电压较负极性直流叠加负极性冲击下更低,更有利于微粒的检测。

关键词： GIS 自由导电微粒直流叠加冲击电压放电电压现场试验电场畸变

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直流叠加冲击电压下GIS放电特性研究综述

高压电器 2020年第7期56卷 94-102页

作者：傅中程登峰马径坦文韬张乔根国网安徽省电力有限公司电力科学研究院合肥230022 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院南京211103 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

GIS在开关分闸后母线上会存在幅值较高的残余直流电压,由于GIS中电荷泄漏较慢,残余直流电压可持续作用较长时间。当再一次合GIS母线时,母线上可能会出现冲击过电压,冲击过电压会与母线残余直流电压叠加,使GIS处于直流叠加冲击电压的作... 详细信息

GIS在开关分闸后母线上会存在幅值较高的残余直流电压,由于GIS中电荷泄漏较慢,残余直流电压可持续作用较长时间。当再一次合GIS母线时,母线上可能会出现冲击过电压,冲击过电压会与母线残余直流电压叠加,使GIS处于直流叠加冲击电压的作用下。近年来国内多起GIS击穿事故发生于开关合闸瞬间,因此有必要对直流叠加冲击电压下GIS的放电特性进行研究。首先介绍了直流叠加冲击电压下稍不均匀电场和极不均匀电场中SF6气体间隙的放电特性和放电机理,以及直流叠加冲击电压下自由金属微粒引起的气体间隙放电特性;然后总结了直流叠加冲击电压下绝缘子沿面的闪络特性和金属微粒对直流叠加冲击电压下绝缘子闪络特性的影响,并分析了表面电荷对绝缘子沿面闪络过程影响机理的研究现状;最后,总结了目前研究中存在的问题及未来的研究方向。通过对目前国内、外直流叠加冲击电压下GIS放电特性的研究,以期对工程建设和学术研究起到参考作用。

关键词：气体绝缘金属封闭开关设备 SF6气体间隙绝缘子空间电荷表面电荷

雷电冲击下SF_6气体放电击穿电压分散性的实验研究

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高电压技术 2016年第11期42卷 3415-3420页

作者：张乔根游浩洋郭璨秦逸帆马径坦文韬西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

一般应用升降法进行冲击下SF_6气体放电击穿特性实验时,要求击穿电压的分散性小于3%,以保证测得数据的可靠性。但是在实验过程中发现,SF_6气体相对于其他气体而言,击穿电压的分散性普遍偏大,一些情况下甚至超过了5%,而国内外针对SF_6气... 详细信息

一般应用升降法进行冲击下SF_6气体放电击穿特性实验时,要求击穿电压的分散性小于3%,以保证测得数据的可靠性。但是在实验过程中发现,SF_6气体相对于其他气体而言,击穿电压的分散性普遍偏大,一些情况下甚至超过了5%,而国内外针对SF_6气体放电击穿电压的分散性仍缺乏系统的研究。为此,在正、负标准雷电冲击(LI)作用下,实验研究了SF_6气体放电击穿电压的分散性随电极尺寸、气压和间隙距离的变化规律。结果表明:当间隙距离d=33 mm,电极曲率半径r=40、15、8 mm时击穿电压的分散性随气压增长而均呈现减小趋势;正LI下击穿电压的分散性随电场不均匀系数的增大而呈现先下降后上升的"U"曲线趋势,负LI下击穿电压的分散性随电场不均匀系数的增大而呈现先上升后下降的倒"U"曲线趋势;当电极曲率半径r=8 mm,间隙距离d=7、15、33 mm时击穿电压的分散性随着气压的增长而均呈现下降趋势。由此可得结论:正、负LI下SF_6气体放电击穿电压的分散性随着间隙距离的增加而均呈现线性增大的趋势。

关键词：升降法标准雷电分散性分散系数电极尺寸间隙距离

直流电压下SF6中自由线形导电微粒运动特性

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高电压技术 2018年第3期44卷 696-703页

作者：张乔根游浩洋马径坦秦逸帆文韬郭璨西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室

在大量工程和实验中发现,相对于自由球形导电微粒而言,自由线形导电微粒对于设备绝缘性能威胁更大,且直流下微粒更容易进行起跳。为此利用搭建的自由微粒实验装置和观测平台,研究了直流电压下自由线形导电微粒在SF_6气体中的运动特性。... 详细信息

在大量工程和实验中发现,相对于自由球形导电微粒而言,自由线形导电微粒对于设备绝缘性能威胁更大,且直流下微粒更容易进行起跳。为此利用搭建的自由微粒实验装置和观测平台,研究了直流电压下自由线形导电微粒在SF_6气体中的运动特性。结果表明：微粒起跳场强随气压无明显变化;随着微粒长度的增加,微粒起跳场强有略微增大的趋势;随着微粒直径的增大,微粒起跳场强呈现指数增长趋势;当微粒长度较短时,随着微粒直径的增加,微粒起跳场强实验值与计算值较为接近;当微粒长度〉3 mm时,随着微粒直径的减小,微粒起跳场强实验值与计算值相差较为明显。此外,还研究了线形微粒在SF_6气体中特有的两种现象：随着微粒长度增加、半径减小或气压降低,微粒产生飞萤现象和竖立现象的概率均增大,且上极板为正极性时更容易产生这两种现象。最后,文中从空间电荷角度对实验现象做出了解释。

关键词：直流电压 SF6 自由线形导电微粒平板电极起跳场强飞萤现象

工频下电场不均匀度对SF_6/N_2混合气体放电特性的影响与临界半径现象

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高电压技术 2017年第3期43卷 780-787页

作者：郭璨张乔根游浩洋文韬马径坦秦逸帆西安交通大学电气工程学院西安710049

为了在电力设备中更好地应用SF_6/N_2混合气体,利用全封闭工频实验装置,通过实验研究分析了不同电场不均匀度下SF_6/N_2混合气体的击穿特性,并在极不均匀场下分析了局放起始电压的变化规律。研究发现:随电场不均匀度的增加,SF_6/N_2混... 详细信息

为了在电力设备中更好地应用SF_6/N_2混合气体,利用全封闭工频实验装置,通过实验研究分析了不同电场不均匀度下SF_6/N_2混合气体的击穿特性,并在极不均匀场下分析了局放起始电压的变化规律。研究发现:随电场不均匀度的增加,SF_6/N_2混合气体击穿电压随气压增加的变化规律由基本呈线性升高趋势,逐步出现饱和趋势;当电场不均匀度增大到一定程度后,间隙击穿前出现了稳定的电晕放电,SF_6及其混合气体的击穿电压出现了"驼峰"现象,"驼峰"的范围与幅值随着电场不均匀度的增加而变大;随着电场不均匀度的增加,协同效应程度先增强后减弱并趋于稳定;在纯N_2中发现了显著的临界半径现象,纯N_2的临界半径为1~2 mm,而混合气体与纯SF_6气体则还没有观察到明显的临界半径,随着电极曲率半径的减小,在较高气压下其击穿电压明显下降,而在低气压下则出现了类U型曲线。

关键词：工频电场不均匀度 SF6/N2混合气体击穿特性局放起始电压驼峰协同效应临界半径

冲击电压波形参数对SF_6稍不均匀电场棒–板间隙放电电压的影响

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高电压技术 2016年第3期42卷 936-941页

作者：文韬张乔根马径坦秦逸帆殷禹时卫东西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 中国电力科学研究院北京100192

GIS中隔离开关例行操作产生的特快速暂态过电压（VFTO）对GIS等电力设备绝缘造成很大威胁。目前,由于VFTO的非标准化,导致VFTO下GIS绝缘特性研究结果分散性大、可比性差。为此借助研制的陡前沿冲击试验装置,研究了便于标准化的双指数冲... 详细信息

GIS中隔离开关例行操作产生的特快速暂态过电压（VFTO）对GIS等电力设备绝缘造成很大威胁。目前,由于VFTO的非标准化,导致VFTO下GIS绝缘特性研究结果分散性大、可比性差。为此借助研制的陡前沿冲击试验装置,研究了便于标准化的双指数冲击电压下SF6稍不均匀电场棒–板间隙的放电特性。研究表明,稍不均匀电场下,不同波形参数冲击电压下间隙50%放电电压随气压升高基本呈线性增加,并且出现了极性效应反转现象,且极性反转临界气压值与波形参数有关。间隙50%放电电压随冲击电压波前时间增加无显著变化,略呈下凹＂U＂型;随波尾时间增加略有微弱下降趋势。结合VFTO波形基本特征和现场试验大容量负载的特殊情况,建议选取波前时间0.2-0.8μs、波尾时间1.2-15μs的双指数冲击电压作为VFTO模拟波形,进一步研究现场试验用VFTO标准波形。

关键词：冲击电压波前时间波尾时间 SF6棒–板间隙 50%放电电压极性效应空间电荷放电时延

雷电冲击下稍不均匀电场中SF_6/N_2混合气体的协同效应

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高电压技术 2015年第1期41卷 69-75页

作者：郭璨张乔根文韬游浩洋秦逸帆马径坦西安交通大学电气工程学院西安710049

近年来,在气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中开始使用低SF6体积分数的SF6/N2混合气体作为绝缘介质,但对这种混合气体的协同效应相关研究还不多。为此,在稍不均匀电场、正负2种极性雷电冲击(LI)下,研究了较低SF6体积分数的SF6/N2混合气体... 详细信息

近年来,在气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中开始使用低SF6体积分数的SF6/N2混合气体作为绝缘介质,但对这种混合气体的协同效应相关研究还不多。为此,在稍不均匀电场、正负2种极性雷电冲击(LI)下,研究了较低SF6体积分数的SF6/N2混合气体的击穿特性及协同效应受电压极性和气压的影响。结果表明:在较低气压和负极性雷电冲击下的击穿电压高于正极性;当气压超过某一临界值后,正极性下的击穿电压将高于负极性。引入协同效应系数对混合气体的协同效应进行了分析,发现:负极性雷电冲击下协同效应系数<0.1,且受气压影响不明显;正极性下的协同效应相对较弱,但随着气压升高协同效应增强。

关键词：雷电冲击稍不均匀电场 SF6/N2 混合气体极性效应协同效应