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油、纸老化状态对油纸绝缘中空间电荷的影响特性研究

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中国科学：技术科学 2023年第4期53卷 589-600页

作者：周远翔张兴晋黄欣王慧娟薛磊新疆大学电气工程学院电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室风光储分室乌鲁木齐830047 清华大学电机系电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

高压直流输电系统出现潮流反转时,换流变压器会经受极性反转电压,内部积聚的空间电荷导致电场畸变,威胁绝缘安全.为了探究油、纸二者在老化过程中对油纸试样空间电荷的作用,将130℃, 140℃, 150℃, 160℃加速热老化实验后的油纸试样解耦... 详细信息

高压直流输电系统出现潮流反转时,换流变压器会经受极性反转电压,内部积聚的空间电荷导致电场畸变,威胁绝缘安全.为了探究油、纸二者在老化过程中对油纸试样空间电荷的作用,将130℃, 140℃, 150℃, 160℃加速热老化实验后的油纸试样解耦,即取出部分老化油纸试样中的绝缘油保存,用石油醚浸泡除去油浸纸试样中残留的变压器油,进而制备出老化变压器油浸渍的未老化绝缘纸及未老化变压器油浸渍的老化绝缘纸试样.油、纸二者耐热等级不同,其在高温热老化时,随着老化温度的升高,会发生不同的物理化学反应,利用电声脉冲法测量了不同油纸组合在极性反转电压下的空间电荷特性,讨论了高温老化及变压器油老化、绝缘纸老化对极性反转电压下油纸绝缘系统的影响.实验结果表明,极性反转前,变压器油老化与油纸共同老化对油纸复合绝缘空间电荷特性具有相同的影响,均在地电极附近出现同极性电荷的积聚,随着老化状态的加深,同极性电荷积聚现象逐渐明显,去极化时电荷消散速率变慢;绝缘纸老化对油纸复合绝缘空间电荷特性的影响与油老化截然相反,在试样地电极附近出现了异极性电荷的积聚,试样内部电荷积聚现象未随着绝缘纸老化状态的加深而发生明显的变化.综上可知,油老化状态对油纸复合绝缘电气性能的影响占据主导地位,本研究可为工程中换油研究提供实验依据.

关键词：油纸绝缘油老化纸老化极性反转空间电荷

基于巡视文本挖掘的配电设备运行环境风险预测

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高电压技术 2022年第4期48卷 1213-1225页

作者：周远翔葛佳敏陈健宁白正新疆大学电气工程学院电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室风光储分室乌鲁木齐830047 清华大学电机系电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

配电设备运行过程中容易受到自然灾害、人为活动、树障、鸟害等综合影响,通过对配电设备的历史巡视记录进行信息挖掘,可为设备风险预警、巡视策略优化提供支撑。为此,提出一种多尺度循环卷积神经网络(multi-scale recurrent convolution... 详细信息

配电设备运行过程中容易受到自然灾害、人为活动、树障、鸟害等综合影响,通过对配电设备的历史巡视记录进行信息挖掘,可为设备风险预警、巡视策略优化提供支撑。为此,提出一种多尺度循环卷积神经网络(multi-scale recurrent convolutional neural network,MRCNN)模型对巡视文本进行环境风险等级分类,并在此结果上进一步提出了最大信息系数–切比雪夫图卷积神经网络(maximum information coefficient-Chebyshev graph convolutional network,MIC-Cheb Net)模型对环境风险度进行预测。首先,基于字符级的文本表示方法和多尺度循环卷积神经网络对巡视记录进行分类,得到巡视记录对应的环境风险等级;然后,对该地区进行网格划分,统计网格中的环境风险度,根据最大信息系数矩阵生成图网络,并基于MIC-Cheb Net对网格中的环境风险度进行时间序列预测;最后对MRCNN模型的分类效果和MIC-Cheb Net的预测结果进行评价。实际数据验证结果表明,进行文本分类时,MRCNN模型的分类准确率达到92.40%,较Bi LSTM和RCNN分别提高了1.03%和0.76%;进行环境风险度预测时,MIC-Cheb Net的平均相对误差和均方根误差分别为0.06和0.12,相较于XGBoost分别下降了73.91%和82.86%。该方法可有效对巡视记录中的区域风险度信息进行提取,并准确对未来6 d后设备运行环境风险的空间分布进行预测,为优化巡视周期和路线提供参考。

关键词：深度学习巡视记录文本挖掘文本扩充图卷积神经网络风险预测

热-力联合老化对硅橡胶交联网络及力学和耐电特性的影响

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电工技术学报 2022年第17期37卷 4474-4486页

作者：周远翔张征辉张云霄朱小倩黄猛新疆大学电气工程学院电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室风光储分室乌鲁木齐830047 清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206

为了探究热-机械应力共同作用对电缆附件硅橡胶绝缘性能的影响,该文设计并开展了硅橡胶的热-力联合老化试验,对比分析了老化前后硅橡胶的力学性能、电气性能和微观结构。结果表明:随着老化程度的加剧,试样拉伸强度和断裂伸长率下降,硬... 详细信息

为了探究热-机械应力共同作用对电缆附件硅橡胶绝缘性能的影响,该文设计并开展了硅橡胶的热-力联合老化试验,对比分析了老化前后硅橡胶的力学性能、电气性能和微观结构。结果表明:随着老化程度的加剧,试样拉伸强度和断裂伸长率下降,硬度增加;老化后试样的击穿强度整体上呈现先增加后降低的趋势,在老化时间一定的情况下,击穿强度随着拉伸应力的增大而减小,相对介电常数逐渐增加。结合交联密度和红外光谱测试结果分析认为,在老化前期,硅橡胶主链间发生氧化交联反应,自由体积和载流子迁移率减小,击穿强度增加;老化后期,交联体系结构和分子链被破坏,自由体积和载流子迁移率增大,击穿强度下降。在机械应力耦合作用下,卷曲的分子链沿着机械应力方向被拉伸,且处于拉伸状态的分子链在高温作用下更容易发生断裂,造成材料绝缘性能的进一步劣化,为电缆附件硅橡胶老化状态评估提供了一定的理论依据。

关键词：硅橡胶热-力联合老化力学性能击穿特性介电性能

多元施主掺杂对直流ZnO压敏陶瓷结构与电气性能的影响

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材料工程 2022年第8期50卷 153-159页

作者：程宽赵洪峰周远翔新疆大学电气工程学院电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室风光储分室乌鲁木齐830046 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

采用传统的陶瓷烧结工艺制备B_(2)O_(3),In_(2)O_(3),Al_(2)O_(3)多元施主掺杂的直流ZnO压敏陶瓷样品,考察不同掺杂比(0.1%~0.4%,摩尔分数)的B_(2)O_(3)对直流ZnO压敏陶瓷样品微观结构和电气性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微... 详细信息

采用传统的陶瓷烧结工艺制备B_(2)O_(3),In_(2)O_(3),Al_(2)O_(3)多元施主掺杂的直流ZnO压敏陶瓷样品,考察不同掺杂比(0.1%~0.4%,摩尔分数)的B_(2)O_(3)对直流ZnO压敏陶瓷样品微观结构和电气性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱及数字源表等分别对样品的物相、微观形貌、成分及电性能进行表征。结果表明,多元施主掺杂剂(Al_(2)O_(3),In_(2)O_(3)和B_(2)O_(3))的共掺杂明显改善直流ZnO压敏陶瓷的综合性能,其中,Al_(3)+提高样品的电导率,降低样品的残压比;In^(3+)通过钉扎效应限制晶粒的生长,改善样品的电压梯度;B^(3+)的掺杂增加样品的表面态密度,提高势垒高度并有效抑制泄漏电流的增加。B_(2)O_(3)掺杂量为0.3%时,样品的综合性能最优:电压梯度为486 V/mm,泄漏电流密度为0.58μA/cm^(2),非线性系数为85,残压比为1.55。

关键词：表面态密度晶粒电导率残压比

Y_(2)O_(3)、Ga_(2)O_(3)和B_(2)O_(3)共掺杂对ZnO压敏电阻微观结构和电气性能的影响

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高电压技术 2023年第11期49卷 4707-4716页

稀土元素的掺杂能显著提高ZnO压敏电阻的电压梯度(E1mA),但却会导致泄漏电流的增加,从而致使ZnO压敏电阻的老化稳定性降低。为了解决稀土元素掺杂导致泄漏电流增加的问题,研究了Y_(2)O_(3)、Ga_(2)O_(3)和B_(2)O_(3)共掺杂对ZnO压敏电... 详细信息

稀土元素的掺杂能显著提高ZnO压敏电阻的电压梯度(E1mA),但却会导致泄漏电流的增加,从而致使ZnO压敏电阻的老化稳定性降低。为了解决稀土元素掺杂导致泄漏电流增加的问题,研究了Y_(2)O_(3)、Ga_(2)O_(3)和B_(2)O_(3)共掺杂对ZnO压敏电阻微观结构和电气性能的影响。掺杂的Y_(2)O_(3)通过钉扎效应能够显著抑制ZnO晶粒的生长提高样品的E1mA。Ga_(2)O_(3)的掺杂则有助于提高晶界层的势垒高度(φb)、抑制泄漏电流密度(JL)的增加。而B_(2)O_(3)的掺杂则有助于改善样品的液相烧结,避免具有高电阻率Y尖晶石相聚集现象的发生,传输通道的阻断有利于降低样品的JL。此外,B_(2)O_(3)的掺杂能够促进ZnO晶粒与其他添加剂在晶界处的离子交换,使φb得到有效的提高,进一步降低其JL。通过Y_(2)O_(3)、Ga_(2)O_(3)和B_(2)O_(3)的共掺杂获得了综合性能相对优异的ZnO压敏电阻:其E1mA=466 V/mm,JL=0.41 A/cm^(2),非线性系数为95。高梯度、低泄漏ZnO压敏电阻的成功研发对于解决金属氧化物避雷器整体电位分布不均的问题具有重要的意义。

关键词：金属氧化物避雷器 ZnO压敏电阻电压梯度泄漏电流密度非线性系数

B_(2)O_(3)掺杂对直流ZnO压敏电阻老化特性的影响

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电工技术学报 2022年第13期37卷 3413-3421页

ZnO压敏电阻是避雷器的核心部件,其性能的好坏直接影响着避雷器的电气性能。因此,该文致力于通过B_(2)O_(3)的掺杂以改善直流ZnO压敏电阻的非线性和高荷电率下的老化稳定性,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电容-电压(C-V)... 详细信息

ZnO压敏电阻是避雷器的核心部件,其性能的好坏直接影响着避雷器的电气性能。因此,该文致力于通过B_(2)O_(3)的掺杂以改善直流ZnO压敏电阻的非线性和高荷电率下的老化稳定性,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电容-电压(C-V)等特性测试研究B_(2)O_(3)掺杂对直流ZnO压敏电阻的微观结构和电气特性的影响。然后,在115℃、0.95E;的条件下对直流ZnO压敏电阻进行1000h的直流加速老化试验,以验证其在高荷电率下的老化稳定性。试验结果表明,B_(2)O_(3)的掺杂提高了晶界层的势垒高度,改善了直流ZnO压敏电阻的非线性特性,并降低了其在高荷电率下的老化系数。

关键词：荷电率非线性势垒高度老化系数

纳米TiO表面精准修饰对硅橡胶直流绝缘性能的影响

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高电压技术 2023年

作者：周远翔高德朱小倩张灵黄欣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新疆大学电气工程学院电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室风光储分室

为研究纳米TiO2表面精准修饰对硅橡胶直流电气性能的影响，分别在纳米TiO2表面单峰和不同密度双峰接枝长链与短链聚二甲基硅氧烷(PDMS)。将具有不同接枝类型的纳米TiO2以相同质量分数(1 wt%)添加到硅橡胶(SIR)中，制作得到纳米TiO2/SIR... 详细信息

为研究纳米TiO2表面精准修饰对硅橡胶直流电气性能的影响，分别在纳米TiO2表面单峰和不同密度双峰接枝长链与短链聚二甲基硅氧烷(PDMS)。将具有不同接枝类型的纳米TiO2以相同质量分数(1 wt%)添加到硅橡胶(SIR)中，制作得到纳米TiO2/SIR复合薄膜样品。热失重分析试验结果证明长链与短链PDMS成功接枝到纳米TiO2表面；Zeta电位试验结果表明，长链与短链PDMS双峰接枝增强了相邻TiO2颗粒之间的静电排斥力；TEM观测结果表明，经过双峰接枝长短链PDMS，纳米TiO2颗粒在SIR中的分散性大幅改善。空间电荷、直流击穿和直流电导试验结果表明，双峰接枝长短链PDMS的组别抑制注入同极性空间电荷效果更佳、直流击穿场强更高、体积电导率更低。这是由于随着纳米TiO2表面长短链PDMS双峰有效接枝密度的提高，使得界面区域分子链排列更加质密，自由体积减少；同时，纳米TiO2与SIR基体之间的表面能差降低，促进了SIR基体中纳米TiO2颗粒的分散，增强了SIR与纳米TiO2颗粒间的界面作用，从而提高了纳米TiO2/SIR复合材料的直流绝缘性能。

关键词：硅橡胶双峰接枝纳米TiO 界面空间电荷

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锅炉电极材料交流腐蚀特性与选型研究

中国腐蚀与防护学报 2023年第1期43卷 202-208页

作者：郑重周远翔李永印新疆大学电气工程学院、电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室风光储分室乌鲁木齐830047 清华大学电机系、电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

通过控制电流密度模拟电极锅炉的工况,开展TA2钛合金、304不锈钢和20#钢3种电极材料耐腐蚀实验和电化学实验,测量得到3种电极材料在不同浓度磷酸三钠溶液和不同电压下腐蚀前后电极腐蚀速率、极化电位和导电性等变化规律。结果表明,20#... 详细信息

通过控制电流密度模拟电极锅炉的工况,开展TA2钛合金、304不锈钢和20#钢3种电极材料耐腐蚀实验和电化学实验,测量得到3种电极材料在不同浓度磷酸三钠溶液和不同电压下腐蚀前后电极腐蚀速率、极化电位和导电性等变化规律。结果表明,20#钢的腐蚀电流密度约为304不锈钢的4倍,钛电极的20倍。20#钢电极表面生成疏松的腐蚀产物,耐蚀性最差;钛电极的耐蚀性最好,但价格高;304不锈钢在500 A/m2的交流干扰下不能完整钝化,表面发生点蚀,但综合考虑耐腐蚀性、导电能力和经济性原则,在锅炉预期寿命较长的情况下,应选用不锈钢作为电极材料。

关键词：电极锅炉交流腐蚀高压电极磷酸三钠溶液产物膜

氮化硼纳米片改性硅橡胶的直流电气与力学性能

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高电压技术 2024年第1期50卷 302-312页

作者：周远翔闫晨宁张云霄朱小倩新疆大学电气工程学院电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室风光储分室乌鲁木齐830047 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 福州大学电气工程与自动化学院福州350108

日益提升的高压直流输电电压等级对直流电缆附件用硅橡胶的电气性能提出了更高的要求,为了探究具有优良直流电气性能的复合硅橡胶材料,文中制备了填充不同质量分数的聚多巴胺修饰氮化硼纳米片改性硅橡胶,对比分析了不同填充量下复合硅... 详细信息

日益提升的高压直流输电电压等级对直流电缆附件用硅橡胶的电气性能提出了更高的要求,为了探究具有优良直流电气性能的复合硅橡胶材料,文中制备了填充不同质量分数的聚多巴胺修饰氮化硼纳米片改性硅橡胶,对比分析了不同填充量下复合硅橡胶的直流电气性能。结果表明:填充氮化硼纳米片可以有效抑制硅橡胶的空间电荷积聚现象,试样的直流击穿场强随填充量的提高呈现先增大后减小的趋势,在填充量(质量分数,下同)为15%时达到最大值,相比纯硅橡胶提升23.2%,直流电导率先减小后增大,在填充量为15%时取得最小值;除此之外,当填充量为15%时,试样的拉伸强度较纯硅橡胶提升了38.3%,试样的断裂伸长率仅下降2.7%,基本保持了原有的断裂伸长率;经聚多巴胺修饰的氮化硼纳米片复合硅橡胶相比于未经表面修饰的氮化硼纳米片复合材料,其直流电气和力学性能都有显著提高。综合分析,填充量为15%时复合材料具有较好的综合性能。

关键词：硅橡胶电缆附件直流电气性能氮化硼纳米片力学性能