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Research on Electromagnetic Loss Characteristics of Submarine Cables

Energy Engineering 2023年第11期120卷 2651-2666页

作者： liuhuo wang Qingcui Liu Wenwei Zhu Yanru wang Yi Tian Long Zhao Guangdong Power Grid Co. Ltd.Guangzhou510600China Guangzhou Yueneng Power Technology Development Co. Ltd.Guangzhou510000China Grid Planning Research Center of Guangdong Power Grid Co. Ltd.Guangzhou510080China Department of Electronics and Information Xi’an Polytechnic UniversityXi’an710048China

The electromagnetic losses of submarine cables are mainly caused by the metal shielding layer to prevent the water tree effect and the armor layer that strengthens the strength of the submarine cables.While these losses cause the temperature of submarine cable to rise,and temperature variation will in turn change the conductivity of its metal layer material.In this paper,the electric-magnetic-thermal multi-physical field coupling of the electromagnetic loss variation of the submarine cable is realized by establishing a full coupling system containing Fourier’s law and Maxwell-Ampère’s Law for the photoelectric composite submarine cable.The multi-physical field coupling model is solved and analyzed by using the finite elementmethod.Firstly,the loss of each layer of the optoelectronic composite submarine cable is analyzed,and the lossof eachlayer of the submarine cable and themainfactors leading to the loss of the submarine cable are given.Secondly,the influence of environmental temperature,ampacity and armor layer on the electromagnetic loss of submarine cables is studied,and the main operating factors affecting the electromagnetic loss of submarine cables are summarized.The research shows that the influence of ambient temperature can be ignored,and the loss of shielding layer and armor layer increases with the increase of ampacity,but the impact of shielding layer loss is greater.Finally,this paper studies the electromagnetic loss of each metal layer of the submarine cable and the influence of the laying spacing on the electromagnetic loss.The research results show that the two ways of improving the conductivity of the armor layer and reducing the relative permeability of the armor layer can effectively reduce the loss of each metal layer in the cable structure and increase the current carrying capacity when the tensile strength of the armor layer meets the requirements for single-core and threecore photoelectric composite submarine cables laid horizontally.At the same time,increasing the laying spacing will incr

关键词： Submarine cable multi-physical field coupling electromagnetic loss

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550kV/8000A大容量SF_(6)充气式套管温升特性的仿真研究

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高电压技术 2024年第3期50卷 986-993页

作者：王流火陶雄武周俊宏王海燕谢榕昌熊志武广东电网有限责任公司广州510410 广东电网有限责任公司惠州供电局惠州516001

为研究550 kV/8000 A大容量SF_(6)充气套管的温升特性,建立了550 kV/8000 A大容量SF_(6)充气套管多物理场耦合模型,利用ANSYS软件,综合考虑涡流效应、集肤效应、重力作用、热对流、热辐射等因素,计算分析了1.1倍额定电流(8000 A),即880... 详细信息

为研究550 kV/8000 A大容量SF_(6)充气套管的温升特性,建立了550 kV/8000 A大容量SF_(6)充气套管多物理场耦合模型,利用ANSYS软件,综合考虑涡流效应、集肤效应、重力作用、热对流、热辐射等因素,计算分析了1.1倍额定电流(8000 A),即8800 A电流条件下套管的温度场与气流场分布规律,并进行了550 kV/8000 A SF_(6)充气套管的温升试验,验证了仿真结果的正确性。最后仿真分析了外部风速、气体压强、负载电流、中心导体外径等4种影响因素对套管温升特性的影响。研究结果表明:最高温度位于套管内中心导体上部的小孔下方,最高温度为363 K,从整体角度看,套管上方的温度高于下方;仿真结果与试验结果一致性较好,误差在8%以内;套管的温升随外部风速的增大明显降低,但降幅逐渐减小;套管的温升随着气体压强的增大而降低;电流越大,产生的焦耳热越多,负载电流直接影响导体温升;套管的温升随着中心导体外径的减小而增大。研究内容为大容量高压SF_(6)充气套管的设计工作提供了理论借鉴。

关键词： SF_(6)充气套管温升特性多物理场耦合温度场气流场温升试验影响因素

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预制舱变电站综合保护系统的设计与研究

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智慧电力 2022年第8期50卷 54-60页

作者：王彦峰雷翔胜王流火李飞广东电网有限责任公司电网规划研究中心广东广州510062 广东电网有限责任公司广东广州510020 三峡大学梯级水电站运行与控制湖北省重点实验室湖北宜昌443002

针对预制舱变电站无法利用有效信息扩展二次系统功能的问题,利用预制舱变电站信息集中的优势,提出一种面向二次功能扩展、具有集中式保护优势的预制舱综合保护系统;提出基于低重要等级线路的变压器过负荷保护新策略、考虑综合负荷重要... 详细信息

针对预制舱变电站无法利用有效信息扩展二次系统功能的问题,利用预制舱变电站信息集中的优势,提出一种面向二次功能扩展、具有集中式保护优势的预制舱综合保护系统;提出基于低重要等级线路的变压器过负荷保护新策略、考虑综合负荷重要度与频率调节特性的低频减载策略。系统能够优化预制舱变电站的保护配置,改善常规保护的实现方式和保护性能。通过Pscad/Emtdc仿真软件搭建110 kV预制舱变电站仿真平台,仿真分析结果验证了所提方案的有效性和可行性。

关键词：预制舱变电站信息集中变压器过负荷低频减载

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基于流聚类的PMU异常数据辨识算法

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电力工程技术 2023年第4期42卷 167-174页

作者：邓小玉王向兵曹华珍王流火严洪峰王宏宇广东电网有限责任公司广东广州510699 江苏金智科技股份有限公司江苏南京211100

为保证同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)采集数据的准确应用,须排除其量测值中的异常数据。现有PMU异常数据辨识算法存在算法复杂度高、难以在线更新、多源数据难以校准、依赖多源数据应用难度大等不足。为此,文中从PMU... 详细信息

为保证同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)采集数据的准确应用,须排除其量测值中的异常数据。现有PMU异常数据辨识算法存在算法复杂度高、难以在线更新、多源数据难以校准、依赖多源数据应用难度大等不足。为此,文中从PMU事件数据和异常数据模型及PMU异常数据判别信息熵定义出发,提出基于该信息熵的异常数据辨识框架。在此框架基础上,基于利用层次方法的平衡迭代规约和聚类(balanced iterative reducing and clustering using hierarchies,BIRCH)算法提出PMU异常数据辨识算法;然后,对所提出的算法进行原型实现,并针对某变电站的PMU采集数据集进行算法实验验证。实验结果表明,与一类支持向量机(one-class support vector machine,OCSVM)算法与间隙统计算法相比,文中算法的准确度及实时性均具有较强的优势。

关键词：同步相量测量装置(PMU) 异常数据事件数据辨识框架信息熵流聚类

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考虑气流场影响的GIS温升计算与实验研究

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高电压技术 2020年第3期46卷 815-823页

作者：吴吉王增彬吕鸿王流火孙帅汪倩广东电网有限责任公司电力科学研究院广州510080 西安理工大学理学院西安710048

准确计算GIS温升对于产品优化设计、缩短研发周期和降低研发成本等具有重要意义。为此,针对一台126kV三相共箱式GIS,考虑接触电阻、邻近与趋肤效应以及涡流效应的作用,首先建立了电磁–热耦合仿真模型,仿真分析了2 200 A电流条件下GIS... 详细信息

准确计算GIS温升对于产品优化设计、缩短研发周期和降低研发成本等具有重要意义。为此,针对一台126kV三相共箱式GIS,考虑接触电阻、邻近与趋肤效应以及涡流效应的作用,首先建立了电磁–热耦合仿真模型,仿真分析了2 200 A电流条件下GIS的损耗分布及温升特性;接着为了进一步研究气流场对温升的影响,建立了GIS的电磁–热–流耦合模型,对比分析了仅计及GIS内部SF6气体流体域、同时考虑GIS内部SF6和外部空气流体域两种方法的温升计算结果;最后开展了2 200 A电流下的温升实验。结果表明:隔离开关导体的损耗密度要高于断路器导体,且接触电阻的损耗密度最大;考虑内、外流体域的计算方法精度最高,最大相对误差小于10%。研究为GIS温升特性的工程设计提供了有效的方法,也可为其他电力设备的温升计算提供技术参考。

关键词： GIS 温升电磁–热耦合电磁–热–流耦合气流场

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附加构件对预制舱变电站建筑屋面角区风荷载影响的风洞试验

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土木工程与管理学报 2022年第5期39卷 50-56页

作者：雷翔胜王彦峰王流火杨易广东电网有限责任公司电网规划研究中心广东广州510600 广东电网有限责任公司广东广州510600 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640

对一预制舱变电站项目低矮建筑群中的综合舱进行了屋面角区无构件、附加新型三维曲面构件及传统女儿墙构件3种工况的风洞测压对比试验;选取其中0°,90°,30°三个典型风向角下综合舱屋面角区的峰值风压系数进行分析。结果表明:无附加构... 详细信息

对一预制舱变电站项目低矮建筑群中的综合舱进行了屋面角区无构件、附加新型三维曲面构件及传统女儿墙构件3种工况的风洞测压对比试验;选取其中0°,90°,30°三个典型风向角下综合舱屋面角区的峰值风压系数进行分析。结果表明:无附加构件时,3个风向角下综合舱屋面角区局部的峰值负压均较大,其中30°风向角下个别测点峰值负压系数极值可达-12.0,对围护结构风荷载设计最为不利;曲面构件及女儿墙构件均能不同程度减小屋面角区的风荷载,其中在30°风向角下,两者分别能将屋面角区几个风敏感测点处峰值负压系数的平均值减小为无构件工况下的46%和55%,表明本文设计的三维曲面附加构件效果相对较好,能更有效优化这一类低矮建筑屋面角区局部不利风荷载。

关键词：低矮建筑预制舱变电站风洞试验风荷载气动优化

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预制舱变电站建筑屋面角区风荷载的数值模拟对比

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土木工程与管理学报 2022年第6期39卷 59-65,105页

作者：雷翔胜王流火王彦峰杨易广东电网有限责任公司电网规划研究中心广东广州510600 广东电网有限责任公司广东广州510600 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640

对一预制舱变电站项目低矮建筑群中的综合舱建立了屋面角区无构件、附加新型三维曲面构件及传统女儿墙构件三种工况的数值风洞模型,采用SST k-ω模型模拟计算两个典型风向角下综合舱屋面角区的平均风压系数,并与风洞试验结果进行对比分... 详细信息

对一预制舱变电站项目低矮建筑群中的综合舱建立了屋面角区无构件、附加新型三维曲面构件及传统女儿墙构件三种工况的数值风洞模型,采用SST k-ω模型模拟计算两个典型风向角下综合舱屋面角区的平均风压系数,并与风洞试验结果进行对比分析。结果表明:0°风向下,曲面构件与女儿墙构件均能有效减小屋面角区的平均风压,且效果相当;30°斜风来流风向下,曲面构件和女儿墙构件分别能将屋面角区几个风敏感测点处的平均风压系数均值减小为无构件工况下的67%和72%,表明曲面构件相比女儿墙构件,对优化屋面角区的最不利风荷载相对效果更好;虽然不同工况下屋面角区平均风压系数的数值模拟结果略小,但整体上和风洞试验规律一致,表明数值风洞方法对研究这类问题具有较好的指导作用。

关键词：低矮建筑预制舱变电站数值模拟风荷载气动优化

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金属化膜电容器温升计算与优化

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电力电容器与无功补偿 2023年第6期44卷 67-72页

作者：王流火姚成胡泰山刘浩广东电网有限责任公司广州510699 南方电网科学研究院有限责任公司广州510663

金属化膜电容器是由两张错开一定距离的金属化薄膜卷绕而成,薄膜表面真空蒸镀一层厚度为纳米级的导电金属层作为电极。金属化膜电容器内部没有传统的油浸电容器以铝箔、浸渍剂作为导热介质,内部温度梯度较大。温度是影响金属化膜电容器... 详细信息

金属化膜电容器是由两张错开一定距离的金属化薄膜卷绕而成,薄膜表面真空蒸镀一层厚度为纳米级的导电金属层作为电极。金属化膜电容器内部没有传统的油浸电容器以铝箔、浸渍剂作为导热介质,内部温度梯度较大。温度是影响金属化膜电容器运行稳定性和使用寿命的重要因素,因此有必要对电容器温升进行研究,并对其进行优化改进。本文分析了电容器的损耗特性、热传导过程,给出一种简化模型的解析计算式,提出了温升的计算方法,且对电极镀层结构和参数进行了优化改进。研究结果表明:用渐变方阻局部温升性能更优,采用较厚的金属化薄膜及增大半径高度比值有利于降低电容器的温升。

关键词：金属化膜电容器损耗温升计算方阻

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PTFE蒸气对热态SF_6气体电击穿特性的影响

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高电压技术 2017年第3期43卷 801-807页

作者：王流火赵虎张晗王增彬李兴文广东电网有限责任公司电力科学研究院广州510080 西北工业大学自动化学院西安710072 中国南方电网超高压输电公司检修试验中心广州510663 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

PTFE蒸气对SF_6断路器的开断特性有重要影响。为此研究了压力范围0.01~1.6 MPa、温度范围300~3 500K内PTFE蒸气对热态SF_6气体电击穿特性的影响。基于Gibbs自由能最小化的方法计算了不同混合比例和压力下SF_6与PTFE蒸气混合气体的平衡... 详细信息

PTFE蒸气对SF_6断路器的开断特性有重要影响。为此研究了压力范围0.01~1.6 MPa、温度范围300~3 500K内PTFE蒸气对热态SF_6气体电击穿特性的影响。基于Gibbs自由能最小化的方法计算了不同混合比例和压力下SF_6与PTFE蒸气混合气体的平衡态化学组成随温度的变化;接着利用Boltzmann解析法计算分析了混合气体中电离与吸附反应系数随混合比例、温度、压力等因素的变化规律;然后通过混合气体在折合电场作用下自由电子产生与消失达到平衡的条件,确定了SF_6-PTFE混合气体的临界折合击穿场强随温度、压力、混合比例的定量关系。结果表明:在较低温度范围内,纯SF_6气体的电击穿特性明显优于SF_6-PTFE混合气体,然而在较高温度范围内,SF_6-PTFE混合气体的临界折合击穿场强高于纯SF_6气体。此外,提高压力能够将临界折合击穿场强随温度的变化推移至更高的温度范围。

关键词： SF6-PTFE混合气体电击穿特性喷口烧蚀高压断路器开断电弧

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开关柜局部放电暂态地电波(TEV)传播特性的实验研究

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高压电器 2014年第11期50卷 115-121页

作者：吴吉吕鸿王流火胡兵广东电网公司电力科学研究院广州510080 三泰电力技术(南京)股份有限公司南京211100

为探究TEV信号的传播特性,通过标准局部放电源来模拟TEV信号在实体开关柜中进行实验研究,分析了TEV信号在开关柜内部及不同开关柜之间的传播特性。实验结果表明,在开关柜同一隔室,随着距离的增加,检测点处的TEV信号幅值越来越小。不同... 详细信息

为探究TEV信号的传播特性,通过标准局部放电源来模拟TEV信号在实体开关柜中进行实验研究,分析了TEV信号在开关柜内部及不同开关柜之间的传播特性。实验结果表明,在开关柜同一隔室,随着距离的增加,检测点处的TEV信号幅值越来越小。不同隔室之间由于金属隔板的影响TEV信号幅值减小的幅度更快;TEV信号在不同开关柜之间的传播遵循连通的路径作为传播通道。多个检测探头接收到的TEV信号的起始幅值大小和先后顺序能够实现局部放电源的定位。

关键词：开关柜暂态对地电压检测法局部放电定位

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