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虚实融合的变压器内绝缘状态孪生方法

电工技术学报 2024年

作者：罗豪成立杨丽君赵学童张永泽输变电装备技术全国重点实验室(重庆大学) 西安西电变压器有限责任公司

发展数字孪生变压器对支撑高端电力装备智能化、数字化、可视化运维有重要意义。然而，由于目前变压器缺乏相应的数字孪生能力，还面临巨大挑战。为此，该文开展了虚实融合的变压器内绝缘状态孪生方法研究。首先计算了温度场和水分分布... 详细信息

发展数字孪生变压器对支撑高端电力装备智能化、数字化、可视化运维有重要意义。然而，由于目前变压器缺乏相应的数字孪生能力，还面临巨大挑战。为此，该文开展了虚实融合的变压器内绝缘状态孪生方法研究。首先计算了温度场和水分分布，然后建立了改进水分平移因子的聚合度分布动态推演模型，最后通过Delaunay三角网实现了任意时刻聚合度分布的可视化。结果表明，水分分布主要集中在纸板和底部固体绝缘处，第48年最高值约为3.2%；聚合度分布规律与CIGRE报告基本相符，最低值位于低压绕组热点温度区域，第48年为252.15，验证了方法的有效性和合理性。该文可实现变压器内绝缘老化状态参量分布评估，为后续全面构建变压器数字孪生体奠定了基础。

关键词：虚实融合变压器数字孪生状态参量分布监测

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高海拔特高压换流变压器冷却性能修正研究

高电压技术 2024年第1期50卷 242-249页

作者：刘冀邱张珊珊熊凌飞张进王尧玄卢理成国家电网有限公司特高压事业部北京100031 西安西电变压器有限责任公司西安710075 国网经济技术研究院有限公司北京102209 国网智能电网研究院有限公司北京102209

川藏高原是我国的资源富矿,随着藏东南能源大开发,预计建设多个特高压直流工程,而特高压换流变压器是特高压输电工程中至关重要的设备,散热是保证其安全运行的关键。现有标准制定时工程未面临超高海拔特高压工程,为避免变压器的热设计... 详细信息

川藏高原是我国的资源富矿,随着藏东南能源大开发,预计建设多个特高压直流工程,而特高压换流变压器是特高压输电工程中至关重要的设备,散热是保证其安全运行的关键。现有标准制定时工程未面临超高海拔特高压工程,为避免变压器的热设计裕量选择不当而影响设备安全稳定运行情况的发生,标准适用性可以继续深入论证。主要对强油循环风冷却器在不同海拔下冷却容量、换流变压器顶部油温升进行理论分析与仿真计算的对比验证。同时利用环境气候模拟实验室完成不同海拔高度下冷却容量的测试试验,通过对试验结果与理论计算的对比验证,给出了不同海拔条件下风冷却器冷却容量的修正建议,即海拔2000~5000m范围内,在2000m基础上,海拔每升高250 m温升限值降低0.75 K。这为高海拔环境下换流变压器的冷却系统设计和标准修订提供了参考依据,对用于高海拔环境下换流变压器的热设计和可靠性评估有一定指导意义。

关键词：高海拔强油循环风冷冷却器冷却容量变压器温升冷却容量修正温升修正

计及转化效率的电化学储能电站日运行策略研究

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太阳能学报 2024年第5期45卷 198-205页

作者：张浚坤雷二涛韩蓉李盈金莉马凯广东电网有限责任公司电力科学研究院广州510000 西安交通大学电气工程学院西安710049 特变电工衡阳变压器有限公司衡阳421000

电化学储能电站日运行效率和运行策略直接影响其经济性和调峰性能指标。首先,分析储能电池充放电过程,并建立基于日负荷曲线的效能转化模型,以适应单日运行条件的储能电站运行分析;然后,根据能耗模型给出一种储能电站充放电优化运行策略... 详细信息

电化学储能电站日运行效率和运行策略直接影响其经济性和调峰性能指标。首先,分析储能电池充放电过程,并建立基于日负荷曲线的效能转化模型,以适应单日运行条件的储能电站运行分析;然后,根据能耗模型给出一种储能电站充放电优化运行策略,并对经济效益和调峰性能展开分析,提出一种基于遗传算法的电化学储能电站多目标优化快速计算方法。最后,以南方某地区储能电站为例对所提优化策略进行验证,结果表明所提电化学储能电站的运行策略具有良好的技术经济性和调峰效果。

关键词：电池储能控制策略能量管理优化

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灯泡贯流式水轮机增减负荷动态特性分析

农业工程学报 2024年第5期40卷 99-108,F0003页

作者：赵亚萍赵晨秦笛舸郑小波郭鹏程西安理工大学水利水电学院西安710048 西电智慧能源科技有限责任公司西安710075

水轮机频繁经历变负荷工况转换过程,使得机组在较短时间内工作参数急剧变化,严重影响电站稳定运行。该研究以某贯流式水轮机为研究对象,在考虑自由液面和水体重力的情况下,采用动网格技术对贯流式水轮机相同出力范围下的减、增负荷过渡... 详细信息

水轮机频繁经历变负荷工况转换过程,使得机组在较短时间内工作参数急剧变化,严重影响电站稳定运行。该研究以某贯流式水轮机为研究对象,在考虑自由液面和水体重力的情况下,采用动网格技术对贯流式水轮机相同出力范围下的减、增负荷过渡过程的动态特性进行分析。研究结果表明:由于增负荷和减负荷过渡过程的起始工况导致起始流动状态不同,因此在相同出力时,机组内的流动分布不同,减负荷过程尾水管内的涡流面积及强度明显小于增负荷工况,且尾水管涡带尺度也明显小于增负荷过程;相比于增负荷过程,减负荷过程中转轮叶片大范围的低压区极易引发空化;机组内的水压力脉动主要以尾水管涡带引起的0.1f_n(f_n为转频)低频压力脉动和转轮的旋转引起3f_n的高频压力脉动为主,增负荷过程的压力脉动幅值明显大于减负荷过程,两种压力脉动共同作用,使得贯流式水轮机主要振动区域集中于转轮。研究结果对贯流式水轮机的设计与运行具有一定的指导意义。

关键词：数值模拟振动压力脉动增减负荷过渡过程涡带水轮机

Cr_(2)O_(3)掺杂量对SnO_(2)压敏电阻微观结构和电气性能的影响

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机械工程材料 2024年第1期48卷 74-78页

作者：郝亚超赵洪峰谢清云新疆大学电气工程学院乌鲁木齐830046 西安西电避雷器有限责任公司西安710200

以SnO_(2)粉、CuO粉、Nb_(2)O_(5)粉、Cr_(2)O_(3)粉为原料,采用粉末冶金技术烧结制备(98.95-x)SnO_(2)-1CuO-0.05Nb_(2)O_(5-x)Cr_(2)O_(3)(x=0,0.01,0.02,0.03,0.05,物质的量分数/%)压敏电阻,研究了Cr_(2)O_(3)掺杂量对该压敏电阻微观结构和电气性能的影响。结果表明:随着Cr_(2)O_(3)掺杂量的增加,烧结试样的相对密度、收缩率、平均晶粒尺寸均先增大后减小,当Cr_(2)O_(3)物质的量分数为0.02%时相对密度和收缩率最高,Cr_(2)O_(3)物质的量分数为0.01%时晶粒尺寸最大,粒径分布最均匀;随着Cr_(2)O_(3)掺杂量增加,SnO_(2)压敏电阻的电压梯度增大,泄漏电流密度先减小后增大,非线性系数则先增大后减小,当Cr_(2)O_(3)物质的量分数为0.02%时,压敏电阻的泄漏电流密度最小,非线性系数最大,电压梯度较高,综合电气性能最好。

关键词： SnO_(2)基压敏电阻 Cr_(2)O_(3) 电气性能微观结构

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MCrAlY涂层的研究进展

表面技术 2024年第7期53卷 31-39页

作者：门引妮李进卢金文徐研郭阳阳西安瑞鑫科金属材料有限责任公司西安710016

随着发动机的服役温度日益升高,工作环境日益恶劣,涡轮叶片极易在高温环境中氧化,大大降低了叶片的使用寿命。如何在低成本下制备保护性能好的高温防护涂层,是当前国内外研究的重点。MCrAlY包覆涂层可分为NiCrAlY涂层、CoCrAlY涂层和NiC... 详细信息

随着发动机的服役温度日益升高,工作环境日益恶劣,涡轮叶片极易在高温环境中氧化,大大降低了叶片的使用寿命。如何在低成本下制备保护性能好的高温防护涂层,是当前国内外研究的重点。MCrAlY包覆涂层可分为NiCrAlY涂层、CoCrAlY涂层和NiCoCrAlY涂层,这3类涂层的抗氧化性能和抗腐蚀性能较好,又有很好的塑韧性和抗热疲劳性能,因此可作为涂层或热障涂层的黏结层材料。综述了涂层中主要元素(Al、Cr、Co、Y)、掺杂合金元素(Ta、Re、Si、Pt)、涂层制备工艺和预处理工艺对MCrAlY涂层性能的研究进展。结果表明,可以通过调节MCrAlY涂层的成分来实现涂层性能的调控。向MCrAlY涂层中掺入Si、Ta和Re等活性元素,可显著提高涂层的抗高温氧化性能,以进一步提高发动机的工作效率和满足高温的工作环境需求。总结了采用细化涂层晶粒、掺杂纳米颗粒和制备梯度复合涂层等方法来提高MCrAlY涂层的抗氧化性能和抗腐蚀性能的研究现状,对MCrAlY涂层的发展趋势进行了展望。

关键词： MCrAlY涂层活性元素制备工艺抗氧化性能抗腐蚀性能

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深部矿井煤炭−地热协同开采系统研究

煤炭科学技术 2024年第3期52卷 87-94页

作者：刘琪苏伟张瑞瑛李延朋冯绪杨亮中煤西安设计工程有限责任公司陕西西安710054

在煤炭资源深部开采趋势下,矿井高温热害问题日益严重,引起矿井高温热害的热源实质为可持续利用的地热能,在进行煤炭开采的同时将深部矿井地热能提取并进行资源化利用,是建设绿色矿山、降低矿井碳排放的创新途径。总结了国内外深部矿产... 详细信息

在煤炭资源深部开采趋势下,矿井高温热害问题日益严重,引起矿井高温热害的热源实质为可持续利用的地热能,在进行煤炭开采的同时将深部矿井地热能提取并进行资源化利用,是建设绿色矿山、降低矿井碳排放的创新途径。总结了国内外深部矿产和地热能共采现状,从工艺流程和关键设备方面分析了煤炭−地热协同开采的可行性,最终提出一种煤炭−地热协同开采系统。该系统总体采用闭式循环,包括地面热能利用系统和井下取热系统,通过在预采煤层水平钻孔并布置同轴套管换热器提取煤层地热能,并由地面热泵机组将从井下开采的低品位地热能进行利用。秉承“先采热、后回采”的时间和空间协同原则,预先在回采工作面前向划分采热工作面,提出顺序采热、交替采热2种模式,确保采热过程对采煤过程无干扰。分析了空间协同设计、煤层钻孔、高效采热和智能监控调控等关键技术,对煤炭开采和地热能提取进行井下空间协同设计,提出基于煤层注水的同轴套管换热器布置工艺,使用快捷装配式同轴套管换热器可进行多种组合实现高效采热,构建智能监控调控平台并提出相关优化模型,构建取热量计算模型,提出智能控制采热方式。简化煤系地层传热过程,构建煤层采热传热模型,可根据回采工作面实际情况和出口风流参数对回采工作面采热能力进行计算评估。根据煤层采热传热模型,分析得出煤层初始温度、煤炭运输量、回采工作面出口风流温度、风流含湿量变化量是决定煤层采热量的关键参数。定义回采工作面风流含湿量不变且回采工作面出口风流等效温度不高于28℃时的采热量为煤层最大采热量。系统的应用将会使深部矿井热害资源化,不仅解决了煤炭开采热害问题,而且实现了深部矿井地热能综合利用。

关键词：矿井热害防治地热能利用煤热共采同轴套管换热

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±550 kV直流GIS长期带电试验研究

高压电器 2024年第5期60卷 1-11页

作者：申萌王博王子瑜李江苏春强李强刘宸杜文娟南振乐段娜娜西安高压电器研究院股份有限公司西安710077 西安交通大学电气工程学院西安710049 西安高压电器研究院常州有限责任公司江苏常州213017 西安西电高压开关有限责任公司西安710018 西安西电开关电气有限公司西安710077

直流GIS是实现未来轻型化、紧凑化海上换流平台以及海上换流平台向深远海发展的关键设备,在投入运行前对直流GIS进行实际工况的长期带电模拟试验,可以充分预测直流GIS在全工况下长期运行的相关性能,进而提升直流GIS投入运行后直流电网... 详细信息

直流GIS是实现未来轻型化、紧凑化海上换流平台以及海上换流平台向深远海发展的关键设备,在投入运行前对直流GIS进行实际工况的长期带电模拟试验,可以充分预测直流GIS在全工况下长期运行的相关性能,进而提升直流GIS投入运行后直流电网的安全可靠性。文中以±550 kV直流GIS作为研究对象,对其进行了相关介绍,提出了±550 kV直流GIS的长期带电试验方案,设计了长期带电试验回路并分析了回路中设备的选取方法,最后对±550 kV直流GIS开展了实际试验,验证了所提±550 kV直流GIS长期带电试验回路的可行性,为后续进一步开展直流GIS在全工况下长期运行时的相关性能研究工作奠定了坚实的基础。

关键词： ±550 kV 直流GIS 长期带电试验试验方案试验回路

双动自能式灭弧室静侧传动系统动力学仿真与优化

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高压电器 2024年第4期60卷 155-164页

作者：赖颖东林志军张俊钟国思赵昌润广东电网有限责任公司江门供电局广东江门529000 西安西电开关电气有限公司西安710077

在高压断路器分闸与合闸过程中,静侧传动系统的强度直接影响产品的机械寿命,550 k V断路器与以往的产品相比,提高了电压等级,意味着更难满足机械寿命要求,因此需要更加准确地预测和提高静侧传动系统的结构强度以保证寿命要求。文中建立... 详细信息

在高压断路器分闸与合闸过程中,静侧传动系统的强度直接影响产品的机械寿命,550 k V断路器与以往的产品相比,提高了电压等级,意味着更难满足机械寿命要求,因此需要更加准确地预测和提高静侧传动系统的结构强度以保证寿命要求。文中建立了双动自能式灭弧室静侧传动系统的柔性瞬态动力学模型,该模型基于Hypermesh进行前处理,并利用Ls-dyna进行了瞬态动力学仿真求解。在分析过程中运用了显示算法,充分考虑了网格类型、接触类型、间隙、碰撞冲击等因素的影响。应力仿真结果表明:不同速度工况下,分合闸操作过程中关键零部件存在高应力风险,文中以拉杆销为例,列出了其高应力分布图以及应力时域曲线,峰值应力达到了约380 MPa,存在优化的空间。同时还输出了零部件之间的接触力,速度曲线,以及系统能量等结果,这些仿真结果表明:接触力大小和方向以及速度变化均符合实际运动趋势,沙漏能始终未超过内能峰值的5%,接触未发生明显的滑移和穿透,这些结果确保了仿真分析的合理性。随后针对高应力区域进行了设计方案优化并和原方案进行了仿真对比。对比结果表明:各个风险点的峰值应力明显降低,横梁、导轨、小垫片上的风险点应力下降比例最高可达到50%,优化效果明显。对优化方案进行了疲劳寿命分析,寿命结果表明:关键零部件的应力风险点可以达到10 000次以上。最终进行了机械寿命实验,实验结果表明:优化方案能够满足万次机械寿命的实验要求且未发生过度磨损,验证了仿真结果以及优化设计的有效性。

关键词：高压断路器瞬态动力学显示算法静侧传动系统优化设计