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氧化时间对微弧氧化非均质陶瓷膜工频击穿特性的影响

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高电压技术 2024年

作者：张萌李昊旻张淇瑞孔诗琴耿英三雷厉西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室诸暨市中俄联合材料实验室

目前对微弧氧化陶瓷膜绝缘击穿特性的研究多集中于改变工艺参数所产生的影响，对处于不同生长阶段的陶瓷膜绝缘击穿特性尚不清晰。鉴于此，本文研究获得陶瓷膜生长过程中工频击穿特性的变化规律及内在作用机理。首先，以氧化时间为变量... 详细信息

目前对微弧氧化陶瓷膜绝缘击穿特性的研究多集中于改变工艺参数所产生的影响，对处于不同生长阶段的陶瓷膜绝缘击穿特性尚不清晰。鉴于此，本文研究获得陶瓷膜生长过程中工频击穿特性的变化规律及内在作用机理。首先，以氧化时间为变量制备陶瓷绝缘导线样品；其次，对陶瓷膜的表面与截面形貌、元素分布、物相组成等显微特征进行分析；进一步采用双参数Weibull分布法获得陶瓷膜工频击穿特性随着氧化时间的变化规律；最后，分析明确工频击穿特性的关键影响因素和内在机理。研究结果表明：陶瓷膜生长过程中工频击穿电压呈现出非线性上升趋势，根据上升速率可分为快慢交替的四个区间，分别是氧化时间为2-6min、6-14min、14-18min和18-30min，上升速率分别为17.91V/min、8.43V/min、25.38V/min和8.60V/min。陶瓷膜增厚和Al2O3物相转化是使工频击穿电压增加的主要原因。在陶瓷膜生长过程中，陶瓷膜厚度和粗糙度呈现近似线性增加趋势，增长率分别为2.32μm/min和0.15μm/min；陶瓷膜的致密度呈下降趋势，从1.46g/cm3降低至0.05g/cm3。当氧化时间为16min时，陶瓷膜中出现α-Al2O3晶相，并且α-Al2O3的质量分数随着氧化时间的增长逐渐升高，最大为21.37%。因为工频击穿场强为平均数值并反映陶瓷膜的平均耐压强度；所以随着氧化时间的增加，工频击穿场强呈现负指数形式下降，从34.25V/μm减小至7.33V/μm。陶瓷膜微观结构和物质组成的非均质特性是影响其工频击穿特性变化的关键因素。

关键词：微弧氧化非均质陶瓷膜氧化时间工频击穿特性陶瓷绝缘导线

并联电容对真空灭弧室内部电位分布的改善作用研究

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电工技术学报 2024年

作者：李元钊丁健刚刘志远耿英三王建华西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室

真空灭弧室的绝缘水平是影响其性能和可靠性的一个关键因素。现有研究发现，真空灭弧室放入接地金属外壳内，受对地杂散电容的影响，屏蔽罩电位会出现偏移现象，导致灭弧室绝缘水平下降。针对该问题，本文通过建立真空灭弧室等效电路模... 详细信息

真空灭弧室的绝缘水平是影响其性能和可靠性的一个关键因素。现有研究发现，真空灭弧室放入接地金属外壳内，受对地杂散电容的影响，屏蔽罩电位会出现偏移现象，导致灭弧室绝缘水平下降。针对该问题，本文通过建立真空灭弧室等效电路模型，研究了通过并联电容调整屏蔽罩电位对灭弧室内部电位分布的改善作用，并通过实验测量了真空灭弧室屏蔽罩悬浮电位，验证了并联电容方法的改善作用。研究结果表明，真空灭弧室的杂散电容约为十几皮法量级，通过为灭弧室并联百皮法量级的电容，可以有效改善其内部的电位偏移现象。实验中所测量的真空灭弧室在自然状态下，其主屏蔽罩电位约为34%总电压，对该灭弧室并联500pF电容，可将其主屏蔽罩电位调整至49%总电压。此外，针对具有多级悬浮屏蔽罩结构的真空灭弧室，提出并对比了两种电容并联方案的差异，得到只调整主屏蔽罩电位的电容并联方式是更为理想的选择。

关键词：真空灭弧室屏蔽罩悬浮电位并联电容非接触式测量

多任务元学习网络的气体绝缘组合电器局部放电同时诊断与定位

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西安交通大学学报 2024年第7期58卷 105-115页

作者：王艳新闫静耿英三刘志远王建华西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049

针对气体绝缘组合电器(GIS)局部放电诊断和定位作为两个独立的任务来完成而忽略了两个任务间的联系、且难以部署和泛化到现场小样本场景下的问题,提出了多任务元学习网络以同时实现现场小样本场景下的GIS局部放电诊断与定位。首先,为了... 详细信息

针对气体绝缘组合电器(GIS)局部放电诊断和定位作为两个独立的任务来完成而忽略了两个任务间的联系、且难以部署和泛化到现场小样本场景下的问题,提出了多任务元学习网络以同时实现现场小样本场景下的GIS局部放电诊断与定位。首先,为了充分挖掘两个任务间的关联关系并保留每一任务的差异特征,构建了多任务网络,在特定任务层引入注意力机制,为每个任务从浅到深选择重要特征,保证每一任务特征差异化提取的质量。其次,为了将所开发的多任务网络部署应用到现场小样本场景下,采用元训练的方法对模型进行训练。再次,在元测试阶段使用目标任务的少量数据进行微调,实现了小样本下GIS局部放电诊断和定位。最后,在现场样本上对模型性能进行了验证。实验结果表明,提出的多任务元学习网络在GIS局部放电诊断上的准确率达到94.53%,定位平均误差和均方根误差分别为10.78 cm和12.97 cm,与单任务网络和其他模型相比性能提升明显,为GIS局部放电诊断和定位提供了新颖的解决思路。

关键词：局部放电诊断定位多任务网络元学习

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基于微能量收集的电力设备无线测温技术研究

高压电器 2024年第2期60卷 216-222页

作者：刘斌张国彦丁仁杰孙添资翟小社耿英三张高潮国网内蒙古东部电力有限公司呼和浩特010011 西安交通大学西安710049

针对电力设备无线测温技术的需求,文中设计了一种基于新型磁电发电装置的无线温度在线监测系统。该系统利用电力系统周围的杂散磁场为整套无线监测系统供电,并设计了新型压电摩擦耦合悬臂梁结构以提高磁场能收集的效率,同时温度测量模... 详细信息

针对电力设备无线测温技术的需求,文中设计了一种基于新型磁电发电装置的无线温度在线监测系统。该系统利用电力系统周围的杂散磁场为整套无线监测系统供电,并设计了新型压电摩擦耦合悬臂梁结构以提高磁场能收集的效率,同时温度测量模块采用低通滤波提高收集灵敏度,采用低主频工作模式及定时唤醒功能降低信号处理和传输能耗,兼具低功耗的温度采集功能和电气隔离的数据传输能力,保证整套设备的稳定可靠运行。实验测得电源模块在4 Oe,50 Hz的交变磁场下可产生峰峰值开路电压160 V,短路电流14μA整流后输出3.3 V稳定电压,在该电源供电下无线测温装置每5 s可收发一次温度数据。

关键词：温度在线监测微能量收集耦合悬臂梁结构

基于特征融合度量学习的高压断路器机械故障诊断

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仪器仪表学报 2022年第9期43卷 98-105页

作者：王艳新闫静王建华耿英三西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

数据驱动的深度学习方法在高压断路器机械故障诊断中取得了一定的成效,然而这些方法实现优异性能的前提是可获取海量训练样本,在现场数据匮乏场景下其诊断性能明显下降。为此,提出了一种新颖的特征融合度量学习模型用于现场小样本高压... 详细信息

数据驱动的深度学习方法在高压断路器机械故障诊断中取得了一定的成效,然而这些方法实现优异性能的前提是可获取海量训练样本,在现场数据匮乏场景下其诊断性能明显下降。为此,提出了一种新颖的特征融合度量学习模型用于现场小样本高压断路器机械故障诊断。首先构建了特征融合卷积神经网络,有效提升了可鉴别特征提取能力。然后以K近邻算法作为度量学习器实现小样本数据的匹配和分类。最后通过改进中心损失进一步提升特征表示的分辨能力,并通过情景训练从实验室构建的大样本集中学习可迁移知识。实验结果表明,本文方法在每类支持集样本数为5时便可达到94.58%的诊断精度,相对于卷积神经网络提升了63.71%。同时,得益于情景训练方式本文方法有效避免了非平衡样本的问题。

关键词：特征融合卷积神经网络度量学习故障诊断小样本高压断路器

基于多级二阶注意力孪生网络的小样本GIS局部放电诊断方法

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电工技术学报 2023年第8期38卷 2255-2264页

作者：王艳新闫静王建华耿英三电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 西安710049

以数据驱动的智能故障诊断方法近年来取得了突飞猛进的发展,然而受现场复杂工况和小样本条件的制约,训练高精度、高鲁棒的气体绝缘组合电器(GIS)局部放电诊断模型仍然是一个挑战。为此,该文提出一种新颖的孪生网络用于小样本GIS局部放... 详细信息

以数据驱动的智能故障诊断方法近年来取得了突飞猛进的发展,然而受现场复杂工况和小样本条件的制约,训练高精度、高鲁棒的气体绝缘组合电器(GIS)局部放电诊断模型仍然是一个挑战。为此,该文提出一种新颖的孪生网络用于小样本GIS局部放电诊断,其主要由两个相同结构、参数的特征提取器和一个度量学习器组成。在特征提取器设计中,引入多尺度卷积来挖掘局部放电信号中更全面的特征信息。同时引入二阶注意力模块以有效利用不同通道之间的相关信息,提取具有鉴别性和代表性的特征,增强模型的特征提取能力。度量学习器用来对度量特征的相似度进行判断,依此来比较和匹配目标任务下的样本来实现GIS局部放电诊断。实验结果表明,所提出的多级二阶注意力孪生网络在每类支撑集数量为5时便可达到93.76%的诊断精度,相比于其他方法而言优势明显,同时对非平衡样本具有很强的容错性,为现场小样本GIS局部放电高精度、高鲁棒诊断提供了解决思路。

关键词：孪生网络多尺度卷积二阶注意力模块小样本 GIS局部放电

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一种高频率分辨率的谐波、间谐波分析模型

电工技术学报 2022年第13期37卷 3372-3379,3403页

作者：李文番张国钢钟浩杰陈沐傈耿英三电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 西安710049

非线性负载、电力电子设备等给电力系统引入了大量的谐波、间谐波,对电力系统的安全稳定运行造成威胁。离散傅里叶变换(DFT)技术频率分辨率较低,当间谐波与基波或者谐波之间的频率间隔较小时,无法对邻近频率分量进行准确分辨;矩阵束法... 详细信息

非线性负载、电力电子设备等给电力系统引入了大量的谐波、间谐波,对电力系统的安全稳定运行造成威胁。离散傅里叶变换(DFT)技术频率分辨率较低,当间谐波与基波或者谐波之间的频率间隔较小时,无法对邻近频率分量进行准确分辨;矩阵束法等频率分辨率较高的算法通常运算量较大,只能进行谐波、间谐波的离线分析。该文结合全相位傅里叶变换(ApFFT)和泰勒傅里叶多频模型,提出一种频率分辨率高、计算量小的谐波、间谐波分析模型,其频率分辨率远大于传统DFT技术,运算速度约是矩阵束法的39倍。该文对该模型的噪声鲁棒性、频率分辨率、运算速度进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果表明,所提出的模型具有良好的噪声鲁棒性,频率分辨率可以达到12Hz,进行谐波、间谐波分析时的频率误差小于0.01Hz,幅值误差小于5%,可以实现谐波、间谐波的快速检测。

关键词：间谐波分析泰勒-傅里叶频率分辨率噪声鲁棒性

基于域对抗迁移卷积神经网络的小样本GIS绝缘缺陷智能诊断方法

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电工技术学报 2022年第9期37卷 2150-2160页

作者：王艳新闫静王建华耿英三刘志远电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 西安710049

近年来,数据驱动的人工智能模型在气体绝缘组合电器(GIS)绝缘缺陷诊断上取得了一定突破。然而,这些以海量实验数据构建的模型难以部署到现场复杂工况和小样本条件下,导致现有诊断方法现场应用困难。为了解决现场制约传统诊断方法应用的... 详细信息

近年来,数据驱动的人工智能模型在气体绝缘组合电器(GIS)绝缘缺陷诊断上取得了一定突破。然而,这些以海量实验数据构建的模型难以部署到现场复杂工况和小样本条件下,导致现有诊断方法现场应用困难。为了解决现场制约传统诊断方法应用的数据匮乏难题和现有诊断模型现场应用困难的问题,该文提出了一种新颖的域对抗迁移卷积神经网络用于小样本下的GIS绝缘缺陷智能诊断。首先,以自动寻优构建的卷积神经网络从缺陷样本中学习可迁移绝缘缺陷表征特征,自动寻优构建方法在减少网络构建过程人为干预的同时,有效提升了网络精度等多方面性能。然后,引入域对抗迁移学习,实现海量数据(源域)下训练模型到复杂工况和小样本(目标域)下的迁移,以提升诊断准确率。通过对抗训练方法学习类边界表征特征和域空间表征特征,实现了诊断知识的迁移。在域对抗训练中引入两个领域分类器来进行决策边界域空间的对齐,获得了更合适的特征匹配。在实验室和现场实验验证中,所提方法在目标域下分别达到了99.35%和90.35%的诊断准确率。结果表明,该方法可以有效学习可迁移特征,实现小样本GIS绝缘缺陷的高精度、鲁棒性诊断。

关键词：气体绝缘组合电器域对抗迁移学习卷积神经网络小样本智能诊断

超导限流器与机械式直流断路器的全电流开断配合方法

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高电压技术 2022年第11期48卷 4497-4505页

作者：李宏旭项彬于书汀耿英三刘志远王建华西安交通大学电力设备与电气绝缘国家重点实验室西安710049

目前机械式高压直流断路器开断小电流过程中,真空开关需要承受极高的di/dt、额定电流,小容量短路电流开断难度大。为此,提出了一种改进的超导限流器与机械式高压直流断路器全电流开断配合方法,依托电阻型超导限流器独特的失超特性,利用... 详细信息

目前机械式高压直流断路器开断小电流过程中,真空开关需要承受极高的di/dt、额定电流,小容量短路电流开断难度大。为此,提出了一种改进的超导限流器与机械式高压直流断路器全电流开断配合方法,依托电阻型超导限流器独特的失超特性,利用超导限流器的失超电压为机械式直流断路器的谐振电容进行短路电流适应型充电,针对不同范围的电流开断,真空断路器可提供灵活变化的反向电流,大幅降低了机械式直流断路器开断小电流时承受的di/dt,提高了其全电流范围开断的可靠性。首先介绍了机械式直流断路器与超导限流器配合的拓扑结构与配合原理,然后在200 kV直流电路中建立了拓扑结构的数学模型,分析了小电流和30%、60%额定阶段电流开断过程。仿真表明,进行30%额定阶段电流开断时,机械式直流断路器承受的di/dt降低了86%。最后,通过低电压实验验证了配合方案与设计方法的可行性。

关键词：电阻型超导限流高压直流开断失超特性多端直流网络机械式直流断路器全电流开断