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基于非色散红外原理的GIS设备内部SO含量高精度检测方法

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电工技术学报 2024年

作者：陈玉坤褚继峰阮卓奕李浩源杨爱军袁欢荣命哲王小华电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学)

气体绝缘开关设备(GIS)内部放电会导致SF6气体分解出SO2等特征产物，可以根据SO2含量反演放电故障的严重程度。然而，现有的SO2气体传感器在检测精度、制造成本、设备体积、交叉敏感等方面无法兼顾。而且，GIS设备运行环境温度复杂多变... 详细信息

气体绝缘开关设备(GIS)内部放电会导致SF6气体分解出SO2等特征产物，可以根据SO2含量反演放电故障的严重程度。然而，现有的SO2气体传感器在检测精度、制造成本、设备体积、交叉敏感等方面无法兼顾。而且，GIS设备运行环境温度复杂多变，很容易导致传感器漂移失效。因此，该文设计了一种基于非色散红外(NDIR)原理的双通道SO2检测装置，同时提出了一种基于多项式拟合系数修正的宽范围可迁移温度(0～40℃)补偿方法，可在1 000 μL/L量程内实现对SF6背景下SO2的准确检测，平均检测误差小于±2.8%。通过模拟不同强度的SF6气体放电，获得了27～118 μL/L浓度SO2的SF6分解产物。根据气相色谱仪的对标检测结果，所设计的SO2检测装置平均检测误差为±3.8 μL/L，证明了该SO2检测装置在GIS设备放电故障在线监测领域的巨大潜力。

关键词： SF 分解产物非色散红外 SO 检测装置温度漂移修正误差分析

SF/N混合气体与纯SF气体局部放电统计特性差异对比分析

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高电压技术 2024年

作者：柳玉洁任明王凯陈旭王腾腾董明西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室

SF6/N2混合气体绝缘开关设备已逐渐规模化应用，然而目前的运维经验多来自纯SF6气体绝缘设备，如何对SF6/N2气体绝缘设备进行差异化运维成为即将面临的现实问题。因此，本文开展SF6/N2与纯SF6气体典型缺陷局部放电统计特性的差异化对比... 详细信息

SF6/N2混合气体绝缘开关设备已逐渐规模化应用，然而目前的运维经验多来自纯SF6气体绝缘设备，如何对SF6/N2气体绝缘设备进行差异化运维成为即将面临的现实问题。因此，本文开展SF6/N2与纯SF6气体典型缺陷局部放电统计特性的差异化对比分析。首先测量两种气体在三结合点、悬浮电位和尖端凸起缺陷下的全过程放电信号；然后对比两者局部放电活跃性、相位图谱、特征参量等统计行为的差异，分析了诊断模型训练迁移的可行性。结果表明，SF6/N2在典型缺陷下的放电起始电压分别降低为SF6中的50%、48%和82%；两种气体绝缘系统在放电相位图谱、统计特征参量及放电强度方面差异显著，应高度重视混合气中放电强度不高却处于快速发展中的放电情形；且原有的SF6诊断算法无法实现到混合气体中的有效迁移，有必要针对SF6/N2典型缺陷放电诊断建立专用化数据库。基于上述研究，本文最终确立了适用于SF6/N2混合气体典型缺陷放电的跟踪预警方法，为环保型气体绝缘开关设备内部放电的诊断和检修决策提供依据。

关键词： SF /N 气体绝缘典型缺陷局部放电绝缘诊断

基于超分辨率最小均方广义互相关算法的局部放电超声定位方法

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电网技术 2024年

作者：关宇董明常昊鑫张崇兴任明西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室

时间差估计是局部放电定位的重要一环，现有算法受限于采样设备采样率，会产生无法忽略的系统误差，进而使定位误差过大。为了解决上述问题，该文提出了超分辨率最小均方广义互相关(Super Resolution Least Mean Square Generalized Cro... 详细信息

时间差估计是局部放电定位的重要一环，现有算法受限于采样设备采样率，会产生无法忽略的系统误差，进而使定位误差过大。为了解决上述问题，该文提出了超分辨率最小均方广义互相关(Super Resolution Least Mean Square Generalized Cross Correlation， SR-LMS-GCC)时间差估计算法，使时间差估计的结果突破采样率的限制，能更精确地估算两信号之间的时间差。首先对离散时间信号的广义互相关进行改进，通过频率调整扩展了频谱，能够有效提高时间差估计的时间分辨率。为解决真实时间差溢出时间差估计区间的问题，提出了多级交叉互相关器的框架，并与自适应广义互相关时间差估计方法结合起来，提出了SR-LMS-GCC算法，并通过仿真讨论了算法参数的设置规则。最后通过实验验证，SR-LMS-GCC算法在时间差估计和定位准确度方面的比传统的受分辨率限制的算法均提升了85%以上。

关键词：时间差估计超分辨率局部放电超声定位

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充电桩充电模块功率器件故障诊断研究综述

高压电器 2024年第7期60卷 191-200页

作者：刘秀兰陈熙张倩程林林志法陈慧敏刘占磊代建港国家电网公司北京电力科学研究院北京100075 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

大功率直流充电桩是未来电动汽车充电设施的发展方向,充电模块是直流充电桩最重要以及故障率最高的部件,其中功率器件开路故障较为常见。为保证充电模块安全可靠运行,需要对充电模块功率器件开路故障进行准确识别和定位。文中首先对充... 详细信息

大功率直流充电桩是未来电动汽车充电设施的发展方向,充电模块是直流充电桩最重要以及故障率最高的部件,其中功率器件开路故障较为常见。为保证充电模块安全可靠运行,需要对充电模块功率器件开路故障进行准确识别和定位。文中首先对充电模块拓扑结构和故障类型进行分析,然后分别对基于解析模型、基于信号处理和基于知识的功率器件开路故障诊断方法进行总结,分别介绍了各类方法的基本思想、研究进展和优缺点,最后总结并展望充电模块功率器件开路故障诊断方法未来的研究和发展方向。

关键词：充电模块开路故障解析模型信号处理知识

变压器绝缘缺陷放电发展特性及检测方法研究现状及展望

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高电压技术 2024年第10期 4297-4314页

作者：汲胜昌赵德华贾云飞丘子诚罗迅李斯盟西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室

变压器爆燃事故的发生大多源于其内部绝缘缺陷的局部放电，并逐渐发展至火花放电和电弧放电，造成巨大的经济损失。研究内部放电信号特征及其快速检测方法对保障电力变压器安全可靠运行具有重要意义。国内外学者围绕变压器内部绝缘缺陷... 详细信息

变压器爆燃事故的发生大多源于其内部绝缘缺陷的局部放电，并逐渐发展至火花放电和电弧放电，造成巨大的经济损失。研究内部放电信号特征及其快速检测方法对保障电力变压器安全可靠运行具有重要意义。国内外学者围绕变压器内部绝缘缺陷放电特性及检测方法开展了大量研究工作。为此从局部放电、火花放电和电弧放电3个阶段综述了相关研究成果，对不同放电发展阶段的脉冲电流、电磁波、声、光以及化学产物等理化特性进行了总结分析，同时概述了基于不同信号的检测方法和对检测设备的要求，并对比了不同检测方法的优缺点，最后提出了对于变压器绝缘缺陷放电发展检测的研究展望。该文对进一步深入研究油中放电信号特征提取、快速检测以及变压器主动保护技术具有指导意义。

关键词：变压器放电阶段信号特性检测方法快速检测

特高压混合直流工程快速旁路保护用兆伏级SF_6间隙等离子体喷射触发特性及工程设计

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高电压技术 2024年第6期50卷 2614-2622页

作者：李晓昂邵奕凯李志兵张然蒋攀张乔根西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049 中国电力科学研究院有限公司北京100192

在江苏白鹤滩±800 kV特高压混合直流工程中,受端交流侧三相接地故障穿越失败时,会在±400 kV柔直母线上产生高幅值过电压,严重威胁柔直阀组安全,而基于等离子体喷射的超快速旁路开关1 ms内将柔直母线快速接地保护柔直阀组是一种全新的... 详细信息

在江苏白鹤滩±800 kV特高压混合直流工程中,受端交流侧三相接地故障穿越失败时,会在±400 kV柔直母线上产生高幅值过电压,严重威胁柔直阀组安全,而基于等离子体喷射的超快速旁路开关1 ms内将柔直母线快速接地保护柔直阀组是一种全新的解决方案。DC 400 kV触发间隙需满足高耐压(>1.2 MV)、低工作系数(重点研究触发电压、气压、间隙长度以及工作系数等关键影响因素对SF_(6)触发间隙导通特性的影响规律。结果表明,提升触发电压可显著提升触发导通概率、降低触发延时,但存在一定的饱和现象;在固定的工作电压下,随气压或间隙长度的增加,工作系数显著减小,导致触发延时骤增且导通概率急剧减小;在相同工作系数下,高气压短间隙的触发导通性能更强。据此提出满足特高压混合直流工程400 kV柔直母线快速接地用DC 400 kV间隙开关,间隙采用复合外套单间隙结构,轮转型触发腔设计实现多次触发。研制了触发间隙试验样机(间隙距离为10 cm、压强为0.5 MPa的SF_(6)),其雷电耐压>1250kV,临界可触发电压<50 kV,导通时延<0.5 ms。该研究结果为特高压混合直流输电系统中柔直阀组快速保护用兆伏级SF_6触发间隙工程应用提供了理论支持和工程初步设计方案。

关键词： SF_6触发间隙等离子体喷射快速旁路开关触发工作系数

基于MMC的规模化光伏汇集系统电—热调控方法研究

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高压电器 2024年第8期60卷 210-220页

作者：王丰夏镔冰勾雅婷史书怀西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 国网河南省电力公司电力科学研究院郑州450052

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)作为规模化光伏直流系统常用的并网方案,其可靠运行是实现规模化光伏应用的重要前提。近年来许多研究通过优化热分布特性来提高变换器的可靠性,但目前尚缺乏以MMC为研究对象,总结... 详细信息

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)作为规模化光伏直流系统常用的并网方案,其可靠运行是实现规模化光伏应用的重要前提。近年来许多研究通过优化热分布特性来提高变换器的可靠性,但目前尚缺乏以MMC为研究对象,总结分析其电热特性以及相应的优化方法的相关研究。因此文中分析了MMC的热分布特性及其影响因素,并总结了其电热优化调控方法研究的最新进展。首先,分析了MMC子模块内部和同桥臂内子模块间的热分布特性及导致其差异的原因。此后,介绍了不同MMC电热调控方法的基本原理、控制目标,并讨论了它们的优缺点。最后分析了不同改进方法的主要挑战以及未来研究方向,以期为MMC的热分布优化和可靠性提升研究提供参考。

关键词：热分布优化模块化多电平变换器子模块设计主动热控制

投切并联电容器时真空断路器连续重燃事故的机理分析

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高压电器 2024年第6期60卷 181-187页

作者：吴诚威张居宁朱晓光郭昱博李澳陈磊马飞越邓军波西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院银川750002

并联电容器作为无功补偿装置,要随电力系统的无功负载变化进行频繁投切。由于用于投切的真空断路器重燃率较高,切除并联电容器时容易发生重击穿故障。文中针对西北某330 kV变电站低压侧采用真空断路器切除35 kV电容器时,两相电容器分别... 详细信息

并联电容器作为无功补偿装置,要随电力系统的无功负载变化进行频繁投切。由于用于投切的真空断路器重燃率较高,切除并联电容器时容易发生重击穿故障。文中针对西北某330 kV变电站低压侧采用真空断路器切除35 kV电容器时,两相电容器分别发生鼓包喷油的严重事故展开研究。通过现场检查、过电压理论分析及电磁暂态仿真分析等手段,分析获得了故障产生的原因。仿真波形与事故录波波形完好吻合,验证了所提出事故发生过程的准确性,并证明了真空断路器连续重燃是电容器故障的根本原因。最后,提出改善措施以降低真空断路器发生重击穿的概率,以避免切除并联电容器时重击穿事故的发生。

关键词：并联电容器真空断路器重击穿电磁暂态仿真

GIS缺陷检测用低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器

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仪器仪表学报 2024年第5期45卷 61-71页

作者：史天一张昭宇张轩瑞韩旭涛李军浩西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049

针对气体绝缘组合电器(GIS)机械和绝缘缺陷的同时同地感知,本文提出一种低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器。进行了传感器融合结构设计和仿真验证,使用蓝牙低功耗(BLE)实现传感器与客户端通信。首次将伪随机M序列应用于压电传... 详细信息

针对气体绝缘组合电器(GIS)机械和绝缘缺陷的同时同地感知,本文提出一种低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器。进行了传感器融合结构设计和仿真验证,使用蓝牙低功耗(BLE)实现传感器与客户端通信。首次将伪随机M序列应用于压电传感器的阻抗响应自校准,单次校准仅需数毫秒和数毫瓦。测试结果表明,传感器100 Hz~2 kHz内平均振动灵敏度为511 mV/g, 20~100 kHz内超声灵敏度稳定在70~90 dB之间,相对不确定度小于2%;工作距离小于8 m时,数据传输速率在1 Mbps以上。在设置金属颗粒缺陷的实际GIS设备上开展机械振动-局部放电联合试验,结果表明传感器可实现设备机械振动和超声波信号的同时同地测量,为电力设备运行状态的分布式检测提供了新型有效的方法和手段。

关键词： GIS缺陷检测低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器