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直接氟化对颗粒填充复合液体硅橡胶直流闪络性能的提升

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电气工程学报 2024年

作者：许靖涛葛张鑫王鑫安振连同济大学电气工程系

在0.1 MPa和85℃下使用氟气(F2)体积含量为12.5%的氟氮混合气(F2/N2)对填充有18 phr白炭黑和15 phr三聚氰胺氰尿酸盐的复合液体硅橡胶进行120 min直接氟化。采用指形电极/片状试样结构评价试样氟化前后的直流闪络性能。试验结果表明，... 详细信息

在0.1 MPa和85℃下使用氟气(F2)体积含量为12.5%的氟氮混合气(F2/N2)对填充有18 phr白炭黑和15 phr三聚氰胺氰尿酸盐的复合液体硅橡胶进行120 min直接氟化。采用指形电极/片状试样结构评价试样氟化前后的直流闪络性能。试验结果表明，氟化使复合液体硅橡胶试样的直流闪络电压提高了30.6%。衰减全反射红外分析(ATR-IR)表明氟化层中存在C—F键，X射线光电子能谱分析(XPS)表明直接氟化不仅形成了C—F键、还形成了Si—F键和N—F键。扫描电子显微镜(SEM)观察揭示了氟化使复合硅橡胶试样表面纳米结构化，形成了微米级厚度的氟化层。表面电导率和表面电位衰减的测量结果表明，氟化提高了复合液体硅橡胶的表面电传导，使电荷难以在试样表面积累，这是氟化改善其直流闪络性能的主要原因。

关键词：颗粒填充复合液体硅橡胶直接氟化直流闪络表面物化特性表面电学特性

氟化温度对双向拉伸聚丙烯薄膜直流击穿性能的影响

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武汉大学学报（工学版） 2024年第6期57卷 738-745页

作者：卓妙金王鑫安振连同济大学电气工程系上海201804

为提升双向拉伸聚丙烯(bi-axially oriented polypropylene,BOPP)膜的介电性能,在25℃、45℃和60℃下对BOPP膜进行60 min的直接氟化处理。通过直流击穿实验研究试样的直流击穿性能,采用红外光谱、X射线光电子能谱和扫描电镜表征试样的... 详细信息

为提升双向拉伸聚丙烯(bi-axially oriented polypropylene,BOPP)膜的介电性能,在25℃、45℃和60℃下对BOPP膜进行60 min的直接氟化处理。通过直流击穿实验研究试样的直流击穿性能,采用红外光谱、X射线光电子能谱和扫描电镜表征试样的表面物化特征。直流击穿实验表明:25℃、45℃和60℃氟化使BOPP膜的直流击穿场强相对氟化前分别提高了18.35%、22.75%和14.48%。表面物化特征分析表明:直接氟化改变了BOPP膜表层的化学组成和结构,形成了随着氟化温度升高而增厚的氟化层。另外,60℃较高温度氟化使试样表面出现了明显的微裂纹。击穿性能的提升主要是由于氟化引起的界面电场或电极电荷注入的降低及氟化层对电荷进入体内的阻挡,较高温度下氟化产生的试样表面微裂纹对氟化层的电荷阻挡效应有负面影响。

关键词：双向拉伸聚丙烯直接氟化氟化温度击穿场强氟化层界面电场电荷阻挡

潮湿环境下中压电缆接头早期故障的演变规律及特性

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高电压技术 2024年第3期50卷 1311-1321页

作者：于志鹏许永鹏钱庆林段常坤江秀臣上海交通大学电气工程系上海200240

由于目前缺乏对电缆接头早期故障演变过程的研究,为此根据实际运行场景设计了潮湿环境下的电缆接头早期故障模拟试验,得到不同放电次数下的电缆接头早期故障电流变化规律、绝缘损伤、气隙内积水位移等特征,分析早期故障演变过程,并根据... 详细信息

由于目前缺乏对电缆接头早期故障演变过程的研究,为此根据实际运行场景设计了潮湿环境下的电缆接头早期故障模拟试验,得到不同放电次数下的电缆接头早期故障电流变化规律、绝缘损伤、气隙内积水位移等特征,分析早期故障演变过程,并根据故障时的电极构成特征将早期故障分为第1、第2阶段,提出了早期故障2个阶段各自的特征。在此基础上建立了电弧位置固定时的早期故障仿真模型,仿真分析了电弧温度的变化、固体绝缘部分的高温区域形成以及电弧区域的热量散失等现象。综合试验与仿真结果认为,移动位置电弧与重燃电弧共同构成早期故障的第1阶段。当电弧位置临近接头接地点,早期故障将进入第2阶段。当闪络痕迹贯穿绝缘表面时,将形成永久性故障。该研究结果为早期故障特征识别与监测提供了理论支撑。

关键词：潮湿环境中压电缆接头早期故障实验模拟多物理场仿真故障演变过程

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封闭条件下温度对气隙放电影响的模拟研究

电机与控制学报 2024年第2期28卷 1-10页

作者：郑全福张钊棋罗林根盛戈皞江秀臣上海交通大学电气工程系上海200240

气隙缺陷往往导致局部放电(PD)现象,局放的发展过程与放电条件密切相关,通过放电的宏观表征来分析判断放电条件,是实现绝缘条件评估的重要途径。以温度对气隙缺陷下局放过程的影响为例,通过建立温度条件对放电过程的参数控制模型,研究... 详细信息

气隙缺陷往往导致局部放电(PD)现象,局放的发展过程与放电条件密切相关,通过放电的宏观表征来分析判断放电条件,是实现绝缘条件评估的重要途径。以温度对气隙缺陷下局放过程的影响为例,通过建立温度条件对放电过程的参数控制模型,研究了不同温度对其微观发展过程的影响,得到了不同温度条件下的宏观表征。仿真研究表明,在封闭条件下,温度的升高会影响放电过程中的电子密度分布以及电场分布。在303、323和343 K的条件下模拟放电过程,其电流峰值依次为0.479、0.356和0.261 A,随温度升高逐渐下降;此外其电流脉冲持续时间依次为19.261、15.516和13.438 ns,随温度升高逐渐变短。最后,实地测量了不同温度下的放电电流,获得了与仿真模型一致的结果。

关键词：局部放电温度流体模型放电电流气隙缺陷参数控制

基于域随机化的绝缘子缺损数据自动生成与评价方法

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高电压技术 2024年第5期50卷 1900-1912页

作者：刘庆臻刘亚东严英杰姜骞王龙江秀臣上海交通大学电气工程系上海200240

机器代人巡检已逐步在电力巡检场景中得到广泛应用,绝缘子作为维护电力系统安全可靠稳定运行的重要设备,对其缺陷进行准确有效检测具有重要意义。绝缘子缺损识别是绝缘子缺陷检测中的重要任务,针对当前绝缘子缺损数据样本较少且样本不平... 详细信息

机器代人巡检已逐步在电力巡检场景中得到广泛应用,绝缘子作为维护电力系统安全可靠稳定运行的重要设备,对其缺陷进行准确有效检测具有重要意义。绝缘子缺损识别是绝缘子缺陷检测中的重要任务,针对当前绝缘子缺损数据样本较少且样本不平衡,模型泛化能力差、数据标注不精确的问题,该文提出基于域随机化的缺损样本自动生成框架与样本图像质量评估方法,在虚拟域到真实域的绝缘子缺损检测域适应问题上取得了较好的效果,并基于该方法生成图像标注数据供开源使用。该文提出的域随机化数据生成方法首先基于程序化建模生成结构可调的绝缘子伞盘模型并基于纹理噪声模型建立了包含陶瓷绝缘子常见色彩、纹理信息的程序化纹理模型,进而基于网格噪声模型建立了绝缘子缺损切割模块,随后通过域随机化生成完整的绝缘子结构、纹理模型、缺损结构、背景信息与场景物体。在图像渲染和自动标注环节,首先基于相机对准与能见度自动生成与调整拍摄点及相机参数,进而提出了基于光线投射方法建立数据标注类别判定方法,设置实例对应的图像渲染通道进行图像渲染,完成批量数据生成。该文采用域随机化生成的3000张虚拟数据在不修改YOLO V5网络结构、模型参数的基础上训练模型,在300张真实绝缘子缺损图像上进行测试,正常绝缘子识别准确率达到97.8%,召回率92.1%,缺损绝缘子识别准确率79.0%,召回率75.9%,各检测类别的准确率和召回率均高于基于400张真实图像训练得到的检测模型的推理结果。该文提出的图像样本质量评估方法考虑了与真实域数据的相似度和样本在数据集中的独立性,将所得评价结果代入损失函数权重计算,进一步提升了推理结果,缺损绝缘子识别准确率85.3%,召回率77.8%。

关键词：域随机化域适应绝缘子缺损检测图像质量评估合成数据 3维建模

输电线路雷电绕击风险评估多源数据融合可视化方法

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高电压技术 2024年第5期50卷 1877-1888,I0006,I0007页

作者：杜勇黄良灿沈小军辛巍金哲翁永春国网湖北省电力有限公司超高压公司武汉430072 同济大学电气工程系上海200092

直观描述超/特高压输电线路的绕击风险分布,展现线路结构、地形地貌、雷电活动等复杂因素的交互关系具有重要的价值,相关研究亟待深化。该文开展了绕击风险评估多源数据融合可视化方法研究。基于输电通道点云数据、EGM模型参数、绕击闪... 详细信息

直观描述超/特高压输电线路的绕击风险分布,展现线路结构、地形地貌、雷电活动等复杂因素的交互关系具有重要的价值,相关研究亟待深化。该文开展了绕击风险评估多源数据融合可视化方法研究。基于输电通道点云数据、EGM模型参数、绕击闪络率等多源数据特征分析,借鉴“以数生智”认知过程,提出了一种数据融合3维可视化框架及关键技术。该方法采用“档距-导线-断面-计算点-暴露弧”层级数据结构,按层级关联整合不同维度表达需求的数据,基于输电通道激光雷达点云空间开展以暴露弧为载体的绕击风险机理可视化,实现绕击闪络率、屏蔽机理、雷电流幅值等多源信息的综合立体展示,通过支持对限定条件的响应,实现了绕击故障分析应用。某500 kV线路档距案例应用结果表明:融合可视化能够发挥3维视图多尺度、多视角的优势,通过暴露弧与点云数据的信息互补,从机理层面揭示避雷线、地面对导线的屏蔽作用,提升数据展示的全面性、直观性。

关键词：输电线路雷电绕击多源数据信息融合 3维可视化

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可抑制直流偏移的软启动式单相锁频环

太阳能学报 2024年第1期45卷 552-562页

作者：罗韡王琛琛上海理工大学电气工程系上海200093

针对传统的锁频环无法抑制电网电压直流偏移问题,提出一种基于直流偏移抑制环路的锁频环结构;为提高锁频环在启动期间和相位跳变下的动态性能,对传统锁频环结构进行改进以降低锁频环的频率估计器环路增益,实现快速平滑的相角跳变跟踪;... 详细信息

针对传统的锁频环无法抑制电网电压直流偏移问题,提出一种基于直流偏移抑制环路的锁频环结构;为提高锁频环在启动期间和相位跳变下的动态性能,对传统锁频环结构进行改进以降低锁频环的频率估计器环路增益,实现快速平滑的相角跳变跟踪;最终提出一种可抑制电网电压直流偏移的软启动式单相锁频环。仿真分析和实验结果表明,所提结构具有良好的稳态特性和动态特性。

关键词：光伏发电频率估计同步抑制直流分量软启动

气隙长度对大气压下环氧树脂阻挡放电的影响研究

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电机与控制学报 2024年第5期28卷 17-26页

作者：张梦瑶郑全福罗林根盛戈皞江秀臣上海交通大学电气工程系上海200240

为了研究气隙长度对大气压下介质阻挡放电的影响机制,从而进一步明晰介质阻挡放电的放电机理及特性,基于气体放电流体模型,针对长度3 mm以下的环氧树脂阻挡同轴电极气隙,在外施电场恒定的条件下对其放电微观过程进行仿真,从带电粒子微... 详细信息

为了研究气隙长度对大气压下介质阻挡放电的影响机制,从而进一步明晰介质阻挡放电的放电机理及特性,基于气体放电流体模型,针对长度3 mm以下的环氧树脂阻挡同轴电极气隙,在外施电场恒定的条件下对其放电微观过程进行仿真,从带电粒子微观运动角度研究气隙长度对气隙放电特性的影响。仿真结果表明:在长度小于3 mm的气隙中,环氧树脂的阻挡导致电子崩无法发展成为流注,其放电形式为汤森放电;气隙长度对放电过程的影响主要通过改变带电粒子的分布和电场强度来实现;气隙长度对放电发展速度几乎没有影响;当电子崩靠近较短气隙的阳极时,其崩头密度低于较长气隙;随着气隙长度的增加,放电电流峰值增大,上升速度和降落速度增加,脉冲宽度减小。通过对比理论计算与实验结果,证明了仿真方法的合理性。

关键词：介质阻挡放电气隙长度汤森放电电子崩流体模型放电电流

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基于数据驱动和设计规则约束的钢框架-支撑结构平面布置智能设计方法

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建筑结构学报 2024年第7期45卷 13-21页

作者：王伟付柏超同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室同济大学建筑工程系

人工智能算法是实现建筑结构自动化、智能化设计的关键技术。然而，由于缺乏物理规则的约束，人工智能算法在实际工程的应用中时而会生成不合理的结果。因此，将结构设计规则以神经网络模块的形式融合到生成对抗网络(GAN)中，提出一种... 详细信息

人工智能算法是实现建筑结构自动化、智能化设计的关键技术。然而，由于缺乏物理规则的约束，人工智能算法在实际工程的应用中时而会生成不合理的结果。因此，将结构设计规则以神经网络模块的形式融合到生成对抗网络(GAN)中，提出一种钢框架-支撑结构平面布置智能设计方法(FrameGAN-sym)。对该方法的基本原理和思路进行介绍，并将FrameGAN-sym的设计结果与FrameGAN进行详细的对比和分析，证明其能够按照所提出的对称约束网络模块的要求，生成对称性更强的结构图纸。通过不同高度的3个钢框架-支撑结构工程算例，对比FrameGAN、FrameGAN-sym以及人工设计平面布置方案的力学性能，结果表明，FrameGAN-sym布置方案在力学性能上更加接近人工设计布置方案，且较FrameGAN布置方案降低了结构的扭转效应。

关键词：钢框架-支撑结构人工智能平面布置设计对称性扭转效应