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大功率高频变压器绝缘问题研究综述

中国电机工程学报 2024年第8期44卷 3306-3326,I0032页

作者：尚星宇庞磊卜钦浩吴治诚张乔根电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049

高频变压器是电力电子变换系统中负责电气隔离和电压变换的关键器件。大功率高频变压器紧凑化的结构使其复合绝缘或浇注绝缘承受严苛的电、热和机械应力,给绝缘设计带来很大挑战。该文首先回顾了高频变压器的应用背景和结构形式,然后分... 详细信息

高频变压器是电力电子变换系统中负责电气隔离和电压变换的关键器件。大功率高频变压器紧凑化的结构使其复合绝缘或浇注绝缘承受严苛的电、热和机械应力,给绝缘设计带来很大挑战。该文首先回顾了高频变压器的应用背景和结构形式,然后分析了高频变压器主绝缘和纵绝缘承受的电压应力,指出变压器局部介电损耗的问题,从优化设计的角度表明了功率密度与绝缘可靠性之间的矛盾,并阐明了高频变压器绝缘承受机械应力。提取了近年来高频变压器样机的绝缘设计中常用的绝缘材料、绝缘形式、绝缘等级,分析了绝缘设计对变压器体积、电场分布及寄生参数等的影响,提出绝缘设计流程的改进方向。高频电压下聚合物绝缘的介电损耗、局部放电和空间电荷特性是目前相关研究的关注重点,而这些因素之间通常互相耦合。分析归纳了高频方波波形参数和温度等条件对局部放电、绝缘寿命、空间电荷和电树枝发展规律的影响,指出研究领域的空白。最后,对高频变压器应力特点、绝缘设计和绝缘问题研究现状进行了总结。

关键词：高频变压器高频电压多应力电介质绝缘绝缘设计

无风条件下近地爆烟尘的大气γ电离辐射环境模拟

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强激光与粒子束 2024年第4期36卷 195-201页

作者：郭思禹程引会郭俊西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

近地爆烟尘由不同粒径尺度的放射性颗粒组成,且运动的时空尺度大。针对近地爆烟尘的大气γ电离辐射环境模拟这一难题,首先开展了γ大气辐射机理分析,进行了无风条件设定,建立了烟尘γ辐射的理论模型,其次引入和提出了相应的数值差分与... 详细信息

近地爆烟尘由不同粒径尺度的放射性颗粒组成,且运动的时空尺度大。针对近地爆烟尘的大气γ电离辐射环境模拟这一难题,首先开展了γ大气辐射机理分析,进行了无风条件设定,建立了烟尘γ辐射的理论模型,其次引入和提出了相应的数值差分与积分算法,最后给出了对1000 kt内华达近地爆烟尘在大气中的放射性活度和辐射剂量率的模拟算例,完成了一定的辐射环境时空演变规律总结与结果对比,对比发现本模型在保证活度结果一致性的同时,能计算出大气辐射剂量率的理论最大值。

关键词：近地爆烟尘大气γ电离辐射放射性活度辐射剂量率

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基于曲线拟合误差估计的阻抗优化识别方法

系统工程与电子技术 2024年第1期46卷 1-9页

作者：彭阳王跃刘永慧郜凯杰西安交通大学电气工程学院电气绝缘与电力设备国家重点实验室陕西西安710049

在雷达系统、舰船系统、数据中心等大型复杂系统中,供配电系统变流器端口阻抗信息的完整、快速、准确获取,是研判系统可靠性的重要基础。现有研究大都使用分段线性拟合值方法进行阻抗识别,不仅需要大量阻抗测量才能获得完整的阻抗特性,... 详细信息

在雷达系统、舰船系统、数据中心等大型复杂系统中,供配电系统变流器端口阻抗信息的完整、快速、准确获取,是研判系统可靠性的重要基础。现有研究大都使用分段线性拟合值方法进行阻抗识别,不仅需要大量阻抗测量才能获得完整的阻抗特性,并且可能因过度测量而对系统的正常运行造成干扰。针对这些问题,从阻抗特性曲线的非线性拟合入手,提出一种“非线性曲线拟合、全局误差估计、优选测量点频率”的阻抗识别方法,实现基于曲线拟合误差估计的测量点优化选择,以较少阻抗测量代价获取宽频带阻抗特性。与现有的方法相比,所提方法更有助于测量点的合理选择、阻抗谐振峰的准确识别,从而更高效地实现宽频带阻抗的识别,为复杂供配电系统运行状况的研判提供可靠依据。算例仿真证实了所提方法的有效性。

关键词：非线性曲线拟合在线阻抗识别误差估计广义加性模型

电缆绝缘用聚丙烯/弹性体复合材料的高温介电性能

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电工技术学报 2024年第1期39卷 99-109页

作者：蒋毅恺徐曼王若霏徐静路文贤电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 西安710049 远东电缆有限公司无锡214000

为研究弹性体含量对聚丙烯(PP)不同温度下介电性能的影响,制备了不同聚烯烃弹性体(POE)含量的试样,并通过添加β成核剂的方式对聚丙烯晶型进行调控,以优化聚丙烯/弹性体复合体系的高温介电性能。试验结果表明,相较于POE体系,POE/成核剂... 详细信息

为研究弹性体含量对聚丙烯(PP)不同温度下介电性能的影响,制备了不同聚烯烃弹性体(POE)含量的试样,并通过添加β成核剂的方式对聚丙烯晶型进行调控,以优化聚丙烯/弹性体复合体系的高温介电性能。试验结果表明,相较于POE体系,POE/成核剂体系的柔韧性和高温力学的稳定性提高,高温交流击穿强度也明显改善,90℃时,POE40-β的交流击穿强度比POE40高11.4%。此外,β成核剂的引入抑制了POE体系高温低频下相对介电常数的上升现象,并大大降低了高温下的损耗,90℃时,工频下的介质损耗因数从10^(-2)降到10^(-3),下降了一个数量级。研究结果表明,β成核剂的添加不仅可以改善聚丙烯/弹性体复合体系的力学性能和高温击穿强度,还提高了聚丙烯和弹性体的相容性,削弱了界面极化的作用,使其表现出更为优异的介电性能。

关键词：聚丙烯弹性体增韧晶型调控介电性能

含实时电流补偿的开关磁阻式机电作动器自适应PI控制

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西安交通大学学报 2024年第2期58卷 184-194页

作者：龙云杜锦华布家宝梁得亮西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 西安交通大学陕西省智能电网重点实验室西安710049

针对传统控制算法难以克服开关磁阻电机的非线性并有效抑制转向叶片的负载扰动,因而无法对开关磁阻式机电作动器进行快速高精度位置跟踪控制的问题,提出了一种含实时电流补偿的自适应PI控制器。首先,通过负载观测器对作用于转向叶片上... 详细信息

针对传统控制算法难以克服开关磁阻电机的非线性并有效抑制转向叶片的负载扰动,因而无法对开关磁阻式机电作动器进行快速高精度位置跟踪控制的问题,提出了一种含实时电流补偿的自适应PI控制器。首先,通过负载观测器对作用于转向叶片上的空气动力负载进行实时估算,进而转化为电流环的实时补偿电流来抑制负载扰动的影响;然后,基于开关磁阻电机的转矩电流特性拟合曲线与实时电流反馈值对转速环PI参数进行自适应最优调节,从而削弱了开关磁阻电机的非线性,增强了机电作动器的转速调节性能;最后,通过引入位置前馈环节,有效提高了机电作动器的响应速度和位置跟踪精度。仿真和实验结果表明:相较于传统PI控制器、自适应PI控制器和含前馈环节的自适应PI控制器,所提控制器将开关磁阻式机电作动器的响应速度分别提高了49.3%、44.4%和30%,位置跟踪精度分别提高了54.8%、49.2%和2.9%,从而使得机电作动器具备更强的位置跟踪性能。

关键词：机电作动器开关磁阻电机位置跟踪控制电流补偿自适应PI控制

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不同长径比下真空电弧自由燃弧特性的研究

中国电机工程学报 2024年第16期44卷 6675-6684,I0032页

作者：鞠思源贾申利莫永鹏史宗谦石家喜李毅晟电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049

该文研究不同触头开距(g)与直径(D)比值(g/D)条件下真空电弧的自由燃弧特性,以为进一步研究电弧控制方法提供理论支撑。实验选用直径为42 mm、材料为CuCr50合金的平板触头,采用触发引弧的方式,分别观察12 mm(g/D=0.286)、24 mm(g/D=0.5... 详细信息

该文研究不同触头开距(g)与直径(D)比值(g/D)条件下真空电弧的自由燃弧特性,以为进一步研究电弧控制方法提供理论支撑。实验选用直径为42 mm、材料为CuCr50合金的平板触头,采用触发引弧的方式,分别观察12 mm(g/D=0.286)、24 mm(g/D=0.571)、36 mm(g/D=0.857)触头开距,2.4至5.2 kA电流峰值(Ipeak)条件下的真空电弧。结果表明:不同长径比真空电弧阴极斑点扩散速度与阴极斑点平均承载电流接近,阴极斑点扩散速度与电流峰值的平方根成正比;小长径比(g/D=0.286)真空电弧在电流峰值较大时(Ipeak>4 kA)会依次出现扩散电弧模式、点状阳极斑点模式、阳极斑点模式;大长径比(g/D=0.571、0.857)真空电弧中大量阴极斑点在初始扩散阶段结束后长期维持在阴极触头侧面,未观察到稳定的阳极斑点。结果表明:大长径比与小长径比真空电弧在形态以及阳极现象上存在较大的差异,涉及大长径比真空电弧时需要考虑电弧对于触头侧面烧蚀的问题。

关键词：大长径比自由燃弧真空电弧特性阴极斑点扩散速度平均承载电流阳极现象

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油纸复合绝缘组成类型对电荷输运特性的影响

高电压技术 2024年

作者：高路徐浩吕泽鹏周峻吴锴西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实脸室

油纸绝缘是大型换流变压器使用的主要绝缘材料。长期以来，矿物绝缘油凭借其良好的绝缘性能和低廉的成本成为电力绝缘领域的主流选择，但其仍然存在闪点低、燃点低的缺点；植物绝缘油作为一种高燃点的环保液体电介质，被认为是矿物绝缘... 详细信息

油纸绝缘是大型换流变压器使用的主要绝缘材料。长期以来，矿物绝缘油凭借其良好的绝缘性能和低廉的成本成为电力绝缘领域的主流选择，但其仍然存在闪点低、燃点低的缺点；植物绝缘油作为一种高燃点的环保液体电介质，被认为是矿物绝缘油的良好替代品。为了比较油纸复合绝缘组成类型对电荷输运的影响，选用一种矿物绝缘油、一种植物绝缘油与两种纤维素绝缘纸，制成4种不同组分的油浸纸；本文以环氧作为阻挡层构造单侧阻挡结构以及双侧阻挡结构，利用电声脉冲法（pulsed electro-acoustic，PEA）获取其空间电荷分布，得到了不同油浸纸中的正、负极性的注入载流子迁移率。结果表明：绝缘油类型对油浸纸中电荷输运的影响明显大于绝缘纸类型的影响。在测量电场范围内，由同种绝缘油组成的油浸纸，即使浸渍的绝缘纸不同，其电导率以及注入载流子迁移率仍非常接近；而两种植物油浸纸的电导率和载流子迁移率均远高于两种矿物油浸纸。植物油浸纸和矿物油浸纸之间的电导率差距不仅来自于载流子迁移率的区别，还来自于植物油浸纸中更低的注入势垒引起的载流子浓度差异。

关键词：油纸绝缘矿物绝缘油植物绝缘油电声脉冲法空间电荷载流子迁移率

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基于SDN的配电网信息-物理协同恢复策略

中国电机工程学报 2024年第11期44卷 4193-4209,I0003页

作者：钟剑陈晨别朝红电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学电气工程学院) 陕西省西安市710049

随着智能电网的快速发展,配电网中信息物理耦合关系日益紧密。这种耦合性使得配电网更容易被多方面极端事件所影响,在通信网络发生故障时会降低系统的态势感知和控制能力,从而制约配电网的灾后负荷恢复能力,因此通信网络恢复对灾后配电... 详细信息

随着智能电网的快速发展,配电网中信息物理耦合关系日益紧密。这种耦合性使得配电网更容易被多方面极端事件所影响,在通信网络发生故障时会降低系统的态势感知和控制能力,从而制约配电网的灾后负荷恢复能力,因此通信网络恢复对灾后配电网负荷恢复至关重要。该文提出一种通信网络恢复和负荷恢复的协同优化决策方案,该方案将环网通信网络与软件定义网络(software defined networking,SDN)技术相结合,灵活恢复灾后的配电网通信网络,进而控制配电网拓扑重构形成以分布式电源为中心的微电网以恢复负荷电力供应,并进一步使用一种信息物理协同的启发式计算方法实现恢复方案的快速计算。最后,使用IEEE 33节点和IEEE 123节点测试系统验证所提出方法的优点和有效性。

关键词：信息物理电力系统配电网灾后恢复软件定义网络信息物理耦合微网重构

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基于激光诱导击穿光谱的混凝土氯元素分布测量方法

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光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 632-640页

作者：张智郭歆宇杭玉桦邱岩吴坚孙浩周颖李京徽梅金娜廖开星西安交通大学电气绝缘与电力设备国家重点实验室陕西西安710049 苏州热工研究院有限公司江苏苏州215004

氯元素会对混凝土结构产生侵蚀,引起结构内部的钢筋锈蚀,导致混凝土开裂,破坏结构的完整性。化学滴定等常规的混凝土中氯元素含量测量方法存在操作复杂、检测速度慢等问题。激光诱导击穿光谱(LIBS)具有无须样品预处理、二维扫描检测和... 详细信息

氯元素会对混凝土结构产生侵蚀,引起结构内部的钢筋锈蚀,导致混凝土开裂,破坏结构的完整性。化学滴定等常规的混凝土中氯元素含量测量方法存在操作复杂、检测速度慢等问题。激光诱导击穿光谱(LIBS)具有无须样品预处理、二维扫描检测和原位定点分析等优势,但其用于混凝土中的氯元素含量测量仍存在氯元素定量限难以降低、非水泥成分对氯元素二维分布测量结果的影响等问题。面向核电站混凝土构筑物中氯元素含量现场快速检测的需求,研究了氯元素含量分布的双脉冲激光诱导击穿光谱检测方法,进一步评估了核电站混凝土模拟样品渗透面中氯离子的侵蚀状况。首先,分别采用内标法、主成分回归和支持向量回归建立氯元素定标模型,基于内标法得到的氯元素检测限为0.006 02 wt%、定量限为0.018 06 wt%,并采用留一法交叉验证法来评估三种模型的预测性能。其次,为了排除非水泥基质对氯元素检测的影响,分别建立了结合主成分分析的逻辑回归分类和支持向量机分类模型对混凝土中的水泥和骨料进行精确识别。同时选取Si、 Ca、 O三种元素组合的支持向量机模型的分类效果最优,其对总体组分识别的准确率达到了98.20%,其中骨料识别准确率97.84%、水泥识别准确率为98.33%。最后,基于主成分回归定标模型针对侵蚀15和30 d的混凝土渗透面的氯含量进行二维分布测量,两种样品的平均预测Cl含量均在约2 mm处达到最大值分别为0.890 wt%和0.599 wt%,结果与电位滴定法一致。综上,基于双脉冲激光诱导击穿光谱检测方法,在30 mJ的总能量下实现了氯元素检测限达0.006 02 wt%,实现了混凝土中骨料和水泥的精确识别,获得了混凝土侵蚀渗透面的氯元素含量二维分布,为核电站混凝土构筑物氯元素含量快速检测的现场应用提供了工程化解决方案。

关键词：激光诱导击穿光谱混凝土氯组分识别二维扫描