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基于改进无参尺度空间经验小波变换的变压器高频电流局放噪声抑制研究

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高压电器 2024年第1期60卷 144-153页

作者：唐志国李阳华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室北京102206

变压器是电力系统中的关键设备,局部放电(PD)是致使变压器绝缘劣化的主要原因,也是绝缘劣化的重要表现形式。针对高频PD信号中复杂的噪声信息,提出一种基于互信息和峭度优化的改进无参经验小波变换的降噪方法。该方法以经验小波变换(EWT... 详细信息

变压器是电力系统中的关键设备,局部放电(PD)是致使变压器绝缘劣化的主要原因,也是绝缘劣化的重要表现形式。针对高频PD信号中复杂的噪声信息,提出一种基于互信息和峭度优化的改进无参经验小波变换的降噪方法。该方法以经验小波变换(EWT)分解为基础,构造高斯核函数平滑频谱生成尺度空间,利用k-means聚类对边界点进行筛选得到频带分界点,然后提取无参尺度空间EWT分解的模式分量的互信息值和峭度值进行合并优化,排除冗余的频谱划分点并对频谱重新分割,利用新的频谱边界进行划分得到有价值的分量,在有价值的分量中去除噪声分量并将剩余分量进行通用阈值降噪然后重构信号达到PD信号降噪效果。文中方法不需要人工参与且解决了模态混叠问题,仿真和实验室、现场测试表明,与现有小波变换降噪和基于经验模态分解降噪的方法进行对比,文中的方法能够更加有效抑制PD信号中的噪声信息。

关键词：变压器局部放电经验小波变换尺度空间互信息峭度降噪

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交直流输电管道绝缘运行安全关键技术

中国电机工程学报 2024年第4期44卷 1629-1648,I0032页

作者：李庆民薛乃凡王媛魏来杨睿成王健李玄王昌柱耿秋钰新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 北京市高电压与电磁兼容重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

交直流输电管道具有电压等级高、电磁辐射小、敷设灵活性强等优势,在超特高压输电领域弥补了架空线路和电缆铺设的局限性,具有广泛应用前景。影响输电管道运行安全的首要因素是绝缘故障,而其中两大重要诱因是内部微粒的荷电运动和气固... 详细信息

交直流输电管道具有电压等级高、电磁辐射小、敷设灵活性强等优势,在超特高压输电领域弥补了架空线路和电缆铺设的局限性,具有广泛应用前景。影响输电管道运行安全的首要因素是绝缘故障,而其中两大重要诱因是内部微粒的荷电运动和气固界面的电荷积聚。该文系统化梳理国内外相关研究,包括微粒运动与电荷积聚的时空交互、微粒与电荷积聚耦合下的放电物理机制、绝缘子性能增强设计方法、微粒抑制技术等。在此基础上总结出亟待解决的两个关键难题以及需要攻克的技术瓶颈。针对荷电微纳粉尘随机动力学特性与其诱发微弱放电的物理机制,在测量基础上须突破粉尘可视化探测瓶颈,并发展粉尘动力学行为仿真方法,以及基于飞秒瞬态光谱特征的放电检测技术。针对基于电荷调控机制的主动式微粒活性抑制理论,须开发新型涂层材料的精准制备与稳定涂覆工艺,提出主动式微粒协同抑制方法,探索智能输电管道全生命周期数字孪生技术。上述问题的有效解决,可为提升交直流输电管道绝缘安全运行水平提供理论基础和技术支撑。

关键词：输电管道金属/非金属微粒电荷积聚界面绝缘增强设计微粒协同抑制

基于磁流体力学模型与模型预测控制的地磁暴期间超高压、特高压电网电压波动平抑优化调度

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电工技术学报 2024年第13期39卷 4003-4014页

作者：辛文凯王泽忠刘春明王古玥高电压与电磁兼容北京市重点实验室(华北电力大学) 北京102206 华北电力大学电气与电子工程学院北京102206

地磁暴期间,电网中的变压器受到地磁感应电流(GIC)影响而导致无功损耗会显著增大,这种不确定的、突发群发的无功扰动会引发电网电压波动。超高压、特高压电网由于其特殊的电气特性更容易受到地磁暴的侵害,造成电压跌落至不合格区间甚至... 详细信息

地磁暴期间,电网中的变压器受到地磁感应电流(GIC)影响而导致无功损耗会显著增大,这种不确定的、突发群发的无功扰动会引发电网电压波动。超高压、特高压电网由于其特殊的电气特性更容易受到地磁暴的侵害,造成电压跌落至不合格区间甚至引发电压崩溃而导致大规模停电。该文以地球三维磁流体力学(MHD)模型预测的地磁扰动(GMD)为基础,采用模型预测控制(MPC)方法修正MHD模型计算的无功扰动并调整可控主导节点的注入功率进行优化调度,平抑地磁暴期间超高压、特高压电网电压波动。该文还以华东超高压、特高压电网为算例,仿真对比了特大地磁暴发生期间电网实施优化调度前后的电压波动,并提出了波动率指标验证了所提方法的有效性,为保证地磁暴期间的电压稳定性和合格率提供了指导。

关键词：地磁暴地磁感应电流电压波动磁流体力学无功扰动

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多物理场作用下的金属化膜自愈特性试验

高电压技术 2024年

作者：刘尚书吴致远仝殿杰齐红斌刘靖舟王伟华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室

金属化膜电容器是柔性直流输电系统换流阀的核心元件，掌握电容器用金属化膜在复杂工作环境下的自愈参数，对高性能电容器的研制、提高能源输送效率具有关键性作用。文中基于金属化膜电容器的实际运行工况，利用搭建的多物理场自愈测试... 详细信息

金属化膜电容器是柔性直流输电系统换流阀的核心元件，掌握电容器用金属化膜在复杂工作环境下的自愈参数，对高性能电容器的研制、提高能源输送效率具有关键性作用。文中基于金属化膜电容器的实际运行工况，利用搭建的多物理场自愈测试平台，开展了金属化膜在电-热-力复合作用下的自愈特性测试，为电容器在多场耦合下的物性参数演变规律提供理论依据。通过对自愈特征量的统计分析，得到了自愈特征量随电场、温度、压强的复合演变规律；建立了自愈参数间的关联关系；提出了一种对自愈能量的快速估算方法。本研究涉及金属化膜材料性能的关键特征参数和判据集合，对金属化膜电容器的优化设计提供数据支撑。

关键词：金属化膜电容器聚丙烯薄膜多物理场金属化膜自愈特性自愈参数

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金属化膜自愈过程的建模与仿真

绝缘材料 2024年第7期57卷 103-111页

作者：齐红斌吴致远戴亚妮刘尚书刘靖舟王伟华北电力大学高电压与电磁兼容北京重点实验室北京102206

金属化聚丙烯膜电容器具有工作可靠性高、可自愈、低介质损耗等特点,然而其在工作过程中需要长期承受强直流电场和高温热场的联合作用,致使聚丙烯电介质薄膜内部容易积累空间电荷,导致其电气绝缘性能退化失效。本文搭建了金属化聚丙烯... 详细信息

金属化聚丙烯膜电容器具有工作可靠性高、可自愈、低介质损耗等特点,然而其在工作过程中需要长期承受强直流电场和高温热场的联合作用,致使聚丙烯电介质薄膜内部容易积累空间电荷,导致其电气绝缘性能退化失效。本文搭建了金属化聚丙烯薄膜自愈模型,通过金属层蒸发模型研究不同自愈发展时间和外施电压下自愈点的自愈面积变化,并利用双极性载流子输运模型研究不同自愈发展时间、外施电压和温度下放电通道内的空间电荷密度变化,以此探究金属化薄膜自愈的微观机理。结果表明:金属化膜金属层蒸发面积与自愈发展时间呈现线性关系;随着外施直流电压和温度的升高,放电通道内部的电荷迁移过程加强,放电通道内部的电子和空穴更容易发生迁移并与相反极性的电荷发生复合;并且随着自愈过程的进行,注入放电通道中的电荷数量逐渐增多,电荷向放电通道两端迁移的行为加剧,造成放电通道内部的电势分布不均匀,放电通道内会发生电场畸变。

关键词：金属化膜电容器空间电荷自愈面积聚丙烯双极性载流子

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基于MHD模型与MPC的地磁暴期间超、特高压电网电压波动平抑优化调度

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电工技术学报 2024年

作者：辛文凯王泽忠刘春明王古玥华北电力大学电气与电子工程学院高电压与电磁兼容北京市重点实验室(华北电力大学)

地磁暴期间，电网中的变压器受到地磁感应电流（GIC）影响无功损耗会显著增大，这种不确定的、突发群发的无功扰动会引发电网电压波动。超、特高压电网由于其特殊的电气特性更容易受到地磁暴的侵害，造成电压跌落至不合格区间甚至引发... 详细信息

地磁暴期间，电网中的变压器受到地磁感应电流（GIC）影响无功损耗会显著增大，这种不确定的、突发群发的无功扰动会引发电网电压波动。超、特高压电网由于其特殊的电气特性更容易受到地磁暴的侵害，造成电压跌落至不合格区间甚至引发电压崩溃而导致大规模停电。该文以地球三维磁流体力学（MHD）模型预测的地磁扰动（GMD）为基础，采用模型预测控制（MPC）方法修正MHD模型计算的无功扰动并调整可控主导节点的注入功率进行优化调度，平抑地磁暴期间超、特高压电网电压波动。该文还以华东超、特高压电网为算例，仿真对比了特大地磁暴发生期间电网实施优化调度前后的电压波动，并提出了波动率指标验证了所提方法的有效性，为保证地磁暴期间的电压稳定性和合格率提供了指导。

关键词：地磁暴地磁感应电流电压波动磁流体力学无功扰动

变压器绕组频响电流信号带电检测中工频电流干扰抑制方法

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中国电机工程学报 2024年

作者：程养春刘向东问耀文张国瑞何方明李志超高电压与电磁兼容北京市重点实验室(华北电力大学) 国网北京通州供电公司

将频响分析(FRA)方法扩展应用到运行中变压器的绕组变形检测时，需采用线圈式电流传感器测量绕组高压出线端的高频响应电流。此时变压器工频负载电流对高频微安级高频响应电流的测量造成很大的干扰。本文基于输变电变压器三相工频电流... 详细信息

将频响分析(FRA)方法扩展应用到运行中变压器的绕组变形检测时，需采用线圈式电流传感器测量绕组高压出线端的高频响应电流。此时变压器工频负载电流对高频微安级高频响应电流的测量造成很大的干扰。本文基于输变电变压器三相工频电流基本平衡的特点，建立了一种由三相电流传感器并联而成的传感系统，取得了非常优异的工频干扰抑制性能，实现了几百安培工频电流下的微安级高频响应电流的测量。该系统的原理完全不同于现有滤波器概念，取得了滤波器难以达到的效果。理论分析了抗工频干扰的机理和传感系统的传感特性，开展了实验室和现场试验验证；获得了带电运行中110 kV变压器绕组的频响曲线，验证了利用线圈注入激励信号和测量变压器高压出线部位电流响应信号来绘制绕组频响曲线，进而诊断运行中变压器绕组变形缺陷的可行性。

关键词：抗干扰电流传感器频响分析带电检测电力变压器绕组变形

GIS内微纳粉尘沿绝缘子界面吸附的时空动力学特性与团聚爆炸现象

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高电压技术 2024年

作者：薛乃凡李庆民王媛杨睿成杨宁张斐琛新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市高电压与电磁兼容重点实验室(华北电力大学)

气体绝缘开关设备GIS是构建新能源电力系统不可或缺的物理支撑。近十年超/特高压放电故障统计分析表明，金属微粒与粉尘放电占比超过60%，现有特高频、超声传感等技术手段针对亚毫米及以上大尺寸微粒可以实现较好的在线监测，而随机性... 详细信息

气体绝缘开关设备GIS是构建新能源电力系统不可或缺的物理支撑。近十年超/特高压放电故障统计分析表明，金属微粒与粉尘放电占比超过60%，现有特高频、超声传感等技术手段针对亚毫米及以上大尺寸微粒可以实现较好的在线监测，而随机性高、隐蔽性强且必然存在的微纳粉尘由于无法被现有技术有效表征，极有可能是隐藏在背后的“安全杀手”。本文针对微纳粉尘检测难、机制复杂这一难题，搭建了适于观察且契合GIS运行实际的微纳粉尘吸附实验平台，发现微纳粉尘在电场中的吸附状态主要包括沿绝缘子界面的团聚式吸附与沿地电极方向的扩散式吸附，影响运动行为的关键因素包括微纳粉尘的初始位置、质量、材质以及外施电压；进一步厘清了吸附过程中的特殊物理现象，团聚式吸附会在环氧树脂绝缘子表面吸附形成微纳粉尘斑随着电压升高，微纳粉尘斑会“爆炸”形成环状粉尘晕、粉尘晕轮廓加深等不同于起举吸附的特殊物理现象，这类特殊物理现象被认为是诱导沿面闪络的必要条件。粉尘斑构成的局部短路区域与剧烈电场畸变被认为是微纳粉尘诱导沿面闪络的重要先导因素，最多可降低试验系统击穿电压达71%。本文针对微纳粉尘吸附动力学特性的研究可为提升交直流输电管道绝缘安全运行水平提供理论基础和技术支撑。

关键词： GIS 微纳粉尘吸附动力学行为沿面闪络团聚爆炸

直流GIS/GIL中线形金属微粒群飞萤运动现象与危险程度评估

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中国电机工程学报 2024年第15期44卷 6219-6228,I0032页

作者：胡智莹魏来耿秋钰王健李庆民常亚楠新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 北京市高电压与电磁兼容重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

直流GIS/GIL中金属微粒群的存在严重威胁设备的绝缘性能,其中线形微粒会发生“飞萤运动”。为厘清线形微粒群飞萤运动机制,该文搭建飞萤运动观测平台,获得线形微粒群的运动特性。进一步,建立微粒群荷电运动模型,实现线形微粒群飞萤运动... 详细信息

直流GIS/GIL中金属微粒群的存在严重威胁设备的绝缘性能,其中线形微粒会发生“飞萤运动”。为厘清线形微粒群飞萤运动机制,该文搭建飞萤运动观测平台,获得线形微粒群的运动特性。进一步,建立微粒群荷电运动模型,实现线形微粒群飞萤运动的动态模拟。研究表明,微粒群飞萤起始电压与微粒数量呈负相关,且随微粒直径的增加而增大,随微粒长度的增大而减小,叠放状态下微粒群的启举电压减小,但飞萤起始电压不受微粒初始状态的影响;相较于单微粒,微粒间库仑力、空间电荷与场强的变化使得线形微粒群存在一系列不规则悬浮与随机跨越运动。微粒群飞萤显著降低了设备耐电强度,基于微粒的气隙击穿效应对线形微粒群运动行为进行危险程度评估。具体结果表明,对于飞萤的线形微粒群,地电极单微粒飞萤的危险程度最低,高压电极单微粒飞萤与静止微粒飞萤时危险程度较高,微粒绕飞时危险程度最高。该研究在抑制微粒群飞萤运动方面为设备的主绝缘设计提供一定参考依据。

关键词： GIS/GIL 线形微粒群运动特性飞萤机制危险程度评估

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