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A Super-robust Armoured Superhydrophobic Surface with Excellent Anti-icing Ability

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Journal of Bionic Engineering 2023年第5期20卷 1891-1904页

作者： Peng Wang Hui Zhao Boyuan Zheng Ximei Guan Bin Sun yongli liao Ying Yue Wei Duan Haimin Ding School of Energy Power and Mechanical EngineeringNorth China Electric Power UniversityBaoding071000China Hebei Key Laboratory of Electric Machinery Health Maintenance and Failure Prevention North China Electric Power UniversityBaoding071003China Key Laboratory of Icing and Anti/De-Icing China Aerodynamics Research and Development CenterMianyang621000SichuanChina Electric Power Research Institute China South Power GridGuangzhouChina

It has been proved that the construction of interconnected armour on superhydrophobic surface could significantly enhance the mechanical ***,a new kind of armour with frame/protrusion hybrid structure was achieved by nanosecond laser ***,this armoured superhydrophobic surface demonstrated excellent durability,which could withstand linear abrasion(~3 N press)800 cycles,water jet test(1.0 MPa pressure)40 times and 100℃treatment 18 ***,the armoured superhydrophobic sample shows outstanding anti-icing ability,which can speed up the supercooled water dropping(no adhesion within 2 h),increase the freezing delay time by~3 times and maintain low adhesion force(less than 35 kPa)after 30 icing/de-icing *** finite element analysis and theoretical modeling proved that the developed frame/protuberance hybrid structure could effectively enhance the *** relatively low surface accuracy in this study can significantly reduce processing cost,which provides a bright future for the practical application of armour superhydrophobic materials.

关键词： Bionic coating Superhydrophobic Robust Armour Anti-icing

Switching Impulse Strength of ±800 kV UHVDC Transmission Line Air Gap Insulation Under High Altitude Condition

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高电压技术 2012年第12期38卷 3161-3165页

作者： liao yongli GAO Chao LI Ruihai WANG Guoli MA Yi Electric Power Research Institute China Southern Power Grid Co. Ltd. Guangzhou 510080 China Electric Power Research Institute of Yunnan Power Grid Co. Ltd. Kunming 650031 China

This paper is concerning switching impulse air gap insulation characteristics of rod-to-plane and V-string6-conductor bundle to tower body in ± 800 kV transmission lines. The tests were performed in China Southern Power Grid Co.,Ltd. (CSG) Kunming outdoor UHV laboratory at an altitude of 2 100 m. The switching impulse strength performance were obtained at a rod-to-plane arrangement and a full-scale model of 6-conductor bundle to tower. The test gap length of the typical rod-to-plane arrangement is 1.5?10 m and 5.3~8.2 m for the conductor-tower model, and the range of test voltage is about 450?3 100 kV. The critical positive switching impulse strength of conductor-tower gap is 1 525 kV in the gap length of 6.2 m. Additionally, the influence of the wave front time (100~1 700/s) on the 50% flashover voltage is discussed. According to the test data, the minimum air gap clearances of the conductor-tower model with V-insulators at the altitude of 2 100 m should be longer than 6.8 m (wave front time 250 μs) and 5. 8 m (wave front time 1 000 μs), respectively. The results are useful to air gap insulation design in UHVDC systems with rated voltage of ± 800 kV.

关键词：高压直流输电线路缺口冲击强度空气间隙绝缘特性开关脉冲高海拔伏特平面布置

雷云下空间电荷对直流输电线路上行先导起始特性的影响

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高电压技术 2014年第5期40卷 1358-1364页

作者：李志钊曾嵘庄池杰廖永利高超清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084 南方电网科学研究院有限责任公司广州510080

以往在分析直流输电线路上行先导的起始过程时,一般只考虑了雷云、下行先导以及直流运行电压对输电线路附近电场的影响,而未充分考虑输电线路周围早已存在的空间电荷对原来电场所带来的畸变。为此,对上行先导起始前的一系列放电过程进... 详细信息

以往在分析直流输电线路上行先导的起始过程时,一般只考虑了雷云、下行先导以及直流运行电压对输电线路附近电场的影响,而未充分考虑输电线路周围早已存在的空间电荷对原来电场所带来的畸变。为此,对上行先导起始前的一系列放电过程进行了研究,包括雷云所导致的地表空间电荷层、直流运行电压所引起的离子流电荷层等,并比较了这些过程对上行先导起始特性的影响。分析发现,上行先导起始前线路周围空间电荷的分布主要决定于运行电压及雷云,2者在输电线路周围所产生的空间电荷密度可超过10 nC/m3;相对来说,因雷云所导致的空间电荷层的电荷密度只有约1 nC/m3,故雷云对上行先导起始的影响可以忽略不计;另外,因下行先导只有在发展至较低高度时,才能产生与运行电压、雷云相当的影响,故下行先导对空间电荷分布的作用甚微。基于上述分析,建立了考虑离子流影响后的上行先导起始模型,并对实际的上行先导起始过程进行了仿真。与传统模型比较发现,考虑离子流影响后,下行先导必须发展至更低的高度才能使导线周围电场强度满足上行先导起始条件,导致上行先导的起始时间延后,这说明了直流输电线路的离子流有碍上行先导的起始。

关键词：屏蔽失效上行先导直流运行电压离子流地表空间电荷层起始时间

雷电下直流运行电压对输电线路上行先导起始与发展特性的影响

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高电压技术 2013年第6期39卷 1344-1351页

作者：李志钊曾嵘庄池杰廖永利高超清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084 南方电网科学研究院广州510080

在分析上行先导发展过程时,许多仿真模型虽在一定程度上考虑了直流运行电压的影响,但其依据主要由棒-板间隙下的试验结果、热力学及电磁学间接外推所得,其适用性并未得到验证。为此,在昆明国家特高压试验基地,就直流运行电压对输电线路... 详细信息

在分析上行先导发展过程时,许多仿真模型虽在一定程度上考虑了直流运行电压的影响,但其依据主要由棒-板间隙下的试验结果、热力学及电磁学间接外推所得,其适用性并未得到验证。为此,在昆明国家特高压试验基地,就直流运行电压对输电线路上行先导起始与发展特性的影响展开了试验研究。经过仿真分析,设计并采用7m的板棒-导线间隙,并对该间隙施加最高达4MV的200/2 000μs负极性冲击电压,对导线施加最高达800kV的正极性直流运行电压,以此模拟了雷电下的上行先导起始与发展情况。采用最高拍摄速度为1 000 000帧/s的高速摄像机对放电过程的形态进行了观测,同时利用频率响应范围为0～6.5MHz的同轴分流器进行了电流测量。通过数百次试验发现,当线路上施加500kV正极性直流运行电压时,上行先导起始时间提前了21μs,平均发展速度增加了0.3cm/μs,这一结果说明,负极性雷电下较高的正极性直流运行电压有助于导线上行先导的发展。最后,进行了输电线路模拟试验,试验结果说明,负极性雷电下正极性直流运行电压能使导线上行先导的起始时间提前,甚至早于地线;同时正极性直流运行电压也会使导线上行先导的发展速度增加,从而使它对下行先导的截击概率增大,增加了线路绕击的可能性。

关键词：屏蔽失效上行先导直流运行电压观测平台输电线路电场强度长间隙放电

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高海拔直流外绝缘试验研究

高电压技术 2016年第4期42卷 1109-1123页

作者：王国利张福增关志成廖永力高超南方电网科学研究院广州510800 清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

高海拔直流外绝缘问题一直是制约高海拔地区超特高压直流输电工程设计的技术难题。为此,依托昆明特高压实验室在实际高海拔条件下,对特高压直流输电工程外绝缘特性进行了系统研究。研究了±800 k V全尺寸悬式和支柱绝缘子直流污闪特性,... 详细信息

高海拔直流外绝缘问题一直是制约高海拔地区超特高压直流输电工程设计的技术难题。为此,依托昆明特高压实验室在实际高海拔条件下,对特高压直流输电工程外绝缘特性进行了系统研究。研究了±800 k V全尺寸悬式和支柱绝缘子直流污闪特性,以及典型电极和±800 k V直流线路塔头空气间隙放电特性。结果表明,在高海拔条件下,随着线路悬式复合绝缘子和换流站支柱绝缘子串长的增加,其50%污秽耐受电压均成线性增加关系;随着典型长空气间隙和±800 k V直流线路塔头间隙距离的增大,其50%雷电冲击和直流放电电压均成线性增加。该研究成果已应用于高海拔特高压直流输电工程外绝缘的设计和复合绝缘子产品的开发,并取得了良好的社会和经济效益。

关键词：高海拔地区直流外绝缘绝缘子空气间隙降雨试验酸雨试验山火试验

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抑制直流接地极影响的管道绝缘防护措施分析

高电压技术 2017年第12期43卷 3900-3906页

作者：孟晓波曹方圆廖永力李锐海张波南方电网科学研究院有限责任公司广州510663 清华大学电机工程与应用电子系电力系统国家重点实验室北京100084

直流接地极单极大地回路运行时数k A的电流入地,会在地中形成大范围的电位梯度,从而导致埋地金属管道上电位过高,进而严重影响附近的油气管道安全运行。为此,利用接地仿真分析的思路,建立了管道防腐层、绝缘接头等对应的等效电路分析模... 详细信息

直流接地极单极大地回路运行时数k A的电流入地,会在地中形成大范围的电位梯度,从而导致埋地金属管道上电位过高,进而严重影响附近的油气管道安全运行。为此,利用接地仿真分析的思路,建立了管道防腐层、绝缘接头等对应的等效电路分析模型,通过仿真计算,研究这2种措施对抑制直流接地极入地电流影响的效果和规律,并研究了绝缘接头的优化布置方案。研究结果表明:在绝缘防腐层电阻率已经很大的情况下,增大绝缘防腐层的电阻率或厚度对减小施加在绝缘防腐层电位的作用很小;当管道有破损点时,增强防腐层绝缘性能会增大流过破损点的电流,进而加重破损处管道的腐蚀速度;管道上加绝缘接头可明显减小绝缘防腐层承受的电压,从而大大降低管道防腐层和阴保设备面临的风险。研究结果可为抑制直流接地极入地电流对管道的影响提供参考。

关键词：直流输电接地极管道绝缘层绝缘接头地中电流

直流接地极对埋地金属管道影响的电路模型及应用

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电网技术 2016年第10期40卷 3258-3264页

作者：曹方圆孟晓波廖永力李锐海张波清华大学电机工程与应用电子技术系北京市海淀区100084 南方电网科学研究院广东省广州市510080

随着我国对能源需求的快速增长以及土地资源的日益紧张,直流输电工程与油气管道相邻不断增多,直流输电工程对埋地金属管道的电磁影响问题日益突出。针对管道上的防腐和保护措施,通过分析这些措施对管道作用的机理,建立了管道防腐层、局... 详细信息

随着我国对能源需求的快速增长以及土地资源的日益紧张,直流输电工程与油气管道相邻不断增多,直流输电工程对埋地金属管道的电磁影响问题日益突出。针对管道上的防腐和保护措施,通过分析这些措施对管道作用的机理,建立了管道防腐层、局部接地装置、绝缘接头、牺牲阳极和强制阴极排流装置的电路模型,并通过矩量法和电路相结合,建立了考虑管道各种措施的直流接地极对埋地金属管道影响的电路模型和计算方法,通过计算结果与CDEGS计算结果及工程实测结果的对比,验证所建模型和相应算法的正确性。通过仿真计算,初步分析几种管道保护措施对管道管地电位的影响。管道上不同的措施对管道的影响不同,就减弱直流输电工程对管道的影响而言,强制阴极排流装置的主要作用是减弱管道的腐蚀,对降低管道的管地电位效果有限。

关键词：直流输电工程管道电路模型等效电路电气参数保护措施

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典型空气间隙放电电压修正的试验研究

中国电机工程学报 2012年第28期32卷 171-176,3页

作者：廖永力李锐海李小建高超许飞韦金胜特高压工程技术国家工程实验室(南方电网科学研究院) 广东省广州市510080 云南电力试验研究院云南省昆明市650031 广西电力科学研究院广西省南宁市530023

为深入了解不同海拔条件下空气间隙放电电压水平及其海拔修正关系,选择棒–板典型间隙,在昆明和南宁的高压试验场和实验室进行同等布置下的对比试验。试验在昆明特高压户外试验场、昆明超高压基地户外试验场和南宁高压大厅开展,内容包括... 详细信息

为深入了解不同海拔条件下空气间隙放电电压水平及其海拔修正关系,选择棒–板典型间隙,在昆明和南宁的高压试验场和实验室进行同等布置下的对比试验。试验在昆明特高压户外试验场、昆明超高压基地户外试验场和南宁高压大厅开展,内容包括0.8～1.8m间隙距离下正极性直流电压放电试验,1.5～4.5m间隙距离下正、负极性雷电冲击(lightning impulse,SI)放电试验以及1.5～5m间隙距离下正、负极性操作冲击(switching impulse,SI)放电试验。此外,在昆明获得了最长间隙距离至10m的正极性雷电、操作冲击放电试验数据。根据试验数据分析,讨论了大气条件影响和海拔修正。基于g参数的大气条件修正方法对正极性放电在昆明和南宁2地不同海拔条件下的计算结果重合性较好,而对负极性放电有较大偏差。最后,提出了棒–板间隙在直流、雷电、操作3种电压类型下、海拔高度2100m以下的放电电压海拔修正计算公式。

关键词：高压输电高海拔空气间隙外绝缘放电电压大气条件影响海拔修正

直流接地极入地电流对附近埋地管道电位的影响

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中国电机工程学报 2019年第20期39卷 6113-6121页

作者：孟晓波张波廖永力李锐海龚博曹方圆南方电网科学研究院有限责任公司广东省广州市510080 清华大学电机工程与应用电子技术系北京市海淀区100084

随着我国对能源需求的快速增长,直流输电工程和输送油气管道的建设也在迅速增加。在直流接地极与管道均十分密集的地区,为了减少土地的占用,直流输电工程和输油气管道甚至共用走廊,使得直流输电工程对附近埋地金属管道的影响日益突出。... 详细信息

随着我国对能源需求的快速增长,直流输电工程和输送油气管道的建设也在迅速增加。在直流接地极与管道均十分密集的地区,为了减少土地的占用,直流输电工程和输油气管道甚至共用走廊,使得直流输电工程对附近埋地金属管道的影响日益突出。目前,已有研究成果关于直流接地极入地电流对长距离油气管道的影响研究不深入,土壤电阻率横向分区和管道极化效应的研究工作未有效开展,尚不能系统、全面地分析直流接地极入地电流对长距离油气管道的影响机理。提出考虑土壤电阻率的横向分区的计算方法,基于矩量法建立复杂地质条件下考虑管道措施的长距离管道受地中电流影响的仿真模型,并利用实际管道测量数据和小模型管道长期测量数据优化模型参数,从而利用仿真计算模型准确评估入地电流对油气管道的影响程度,提出有效的缓解措施,为管道防护措施的设计和实施提供理论依据。

关键词：矩量法电路模型直流电流高压直流输电接地管道保护