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摘要:为探索冲击电压下气体绝缘开关设备(GIS)悬浮缺陷局部放电检测的有效性及灵敏性,搭建了冲击电压下局部放电试验平台,测量了悬浮缺陷在非振荡冲击波(标准雷电波、标准操作波)、振荡冲击波(振荡操作波)和工频电压下的局部放电信号,提取并分析了悬浮缺陷在不同类型冲击电压波下的局部放电特征谱图,比较了冲击电压波形和工频电压对悬浮缺陷检测的灵敏性.研究结果表明,在非振荡冲击波和振荡冲击波作用下,悬浮缺陷放电稳定、重复性好,冲击电压波对悬浮缺陷的局部放电检测较有效;在不同试验阶段内,振荡冲击电压下的q-?散点图及N-?柱状图以及非振荡冲击电压下的q-Δt/Δu散点图和N-Δt/Δu柱状图的形貌特征差别较大,可作为表征GIS悬浮缺陷放电类型及放电严重程度的特征谱图;在三种冲击电压波形中,振荡操作冲击电压波形对缺陷检测灵敏度最高,是工频电压下悬浮缺陷局部放电起始电压的1.3倍.
摘要:为了探索较高灵敏度检测GIS设备内部自由金属颗粒的方法,研究了电压波形对自由金属颗粒的影响.在实验室中搭建了自由金属颗粒局部放电试验平台,测量了标准雷电波、标准操作波和工频电压下自由金属颗粒局部放电现象,分析比较了不同电压波形下缺陷的局部放电的特征,获得了冲击电压下不同试验阶段的散点图、柱状图等统计谱图.研究结果表明,在3种电压波形下标准雷电波的局部放电起始电压最低,对自由金属颗粒的检测较灵敏.随着标准雷电电压的升高,在雷电波尾处的放电脉冲个数明显增多,但波头处的脉冲仍仅有一个.随着标准操作电压的升高,在波头和波尾处的放电幅值变大,放电个数增多,且波头处的放电个数增加更明显.不同试验阶段的q-t散点图、q-△t/△u散点图及N-△t/△u柱状图的形貌特征较有规律,可作为表征GIS自由金属颗粒放电严重程度的特征谱图.
摘要:为研究GIS中片状金属颗粒的运动及局部放电特征,该文在实验室中制备了以实际126kV气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备为原型等比例缩小的实验腔体,仿真计算了不同尺寸片状颗粒的带电量以及颗粒所受的库仑力,试验研究了片状颗粒和线形颗粒的运动轨迹及放电特征.研究表明:1)站立状态下在保持片状颗粒体积不变时,片状颗粒的带电量及所受的库仑力与片状颗粒的长度、宽度及厚度有关.2)片状颗粒和线形颗粒的V和L相同时,无论片状颗粒的W/T如何变化,片状颗粒的带电量均大于线形颗粒带电量,且随着片状颗粒W/T的增大,片状颗粒带电量与线形颗粒带电量之差增大.3)片状颗粒的起举电压、贯穿跳动电压以及最小维持站立电压均小于相同长度、相同体积的线形颗粒,且在相同电压下,片状颗粒和线性颗粒的放电特征存在较明显的差别.通过对GIS中片状颗粒带电量及所受的库仑力的探索,进一步加深了片状颗粒运动行为的把握,为后续金属颗粒危害性的研究提供重要的参考.
[博士论文] 季洪鑫
电气工程;高电压与绝缘技术 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:金属颗粒是GIS中最常见的缺陷,且颗粒在GIS内部自由运动是GIS的一个重大安全隐患,不仅是因为颗粒可以运动到高电场区域内或附着在绝缘子上,而且在运动过程中,颗粒可能对电极产生微弱的放电,该放电可能引起绝缘的完全击穿。为提高GIS内金属颗粒检测的有效性,减少金属颗粒的危害,针对金属颗粒已进行了相对较多研究,目前的研究主要集中在单一颗粒在典型平板下的运动规律及局部放电现象,而缺少在运行电压下实际GIS同轴结构中的金属颗粒运动行为及放电特征的研究,现有的研究成果难以满足实际工程的应用。为此,本文研究了运行电压下实际GIS中不同类型金属颗粒的运动行为、局部放电及危害程度。
  为了研究颗粒的形状(片状颗粒、线形颗粒、球形颗粒、金属粉尘)、尺寸对颗粒运动行为的影响,本文基于不同形状、尺寸金属颗粒的带电量以及颗粒所受的库仑力的计算,获得了颗粒形状、尺寸对颗粒带电量和所受库仑力的影响规律,提出了在运行电压下不同类型金属颗粒起始跳动的条件,并通过试验研究了不同类型金属颗粒的运动行为。GIS运行电压下平躺的线性颗粒起始跳动条件:铝材质的线形颗粒半径小于0.139mm、铜材质的线形颗粒半径小于0.044mm、银材质的线形颗粒半径小于0.036mm。GIS运行电压下平躺的片状颗粒起始跳动条件:铝材质的片状颗粒厚度小于0.069mm、铜材质的片状颗粒厚度小于0.022mm、银材质的片状颗粒厚度小于0.018mm。GIS运行电压下球形颗粒起始跳动条件:铝材质的球形颗粒半径小于0.175mm、铜材质的球形颗粒半径小于0.052mm、银材质的球形颗粒半径小于0.044mm。金属颗粒的运动行为主要有4种运动状态:静止站立、小幅度跳动、大幅度跳动以及贯穿性跳动。其中片状颗粒和线形颗粒在电场梯度力的作用下向电场较强的屏蔽环处运动,当金属颗粒运动速度较慢且靠近绝缘子时,会静止的附着在绝缘子上,而球形颗粒/金属粉尘则倾向于向电场较弱的区域运动而难以附着在绝缘子上。
  为了研究颗粒的数量对金属颗粒运动行为的影响,本文试验研究了高压母线下不同数量的金属颗粒的运动行为,获得了颗粒数量对不同形状金属颗粒起举电压的影响规律。线形颗粒的存在会造成电场的畸变,使得相邻线形颗粒在相对较低的电压下起举站立,随着相邻线形颗粒数量的增加,线形颗粒的起举电压呈下降趋势,而颗粒的数量对球形颗粒的起举电压则几乎无影响。
  为了研究颗粒端部曲率半径的大小对颗粒运动行为的影响,本文对比分析了不同尖端曲率半径的线形颗粒的运动行为,并揭示了颗粒端部对颗粒运动行为产生影响的原因。端部无电晕金属颗粒随着外施电压的升高,其运动行为主要经历4种运动状态:静止站立、小幅度跳动、大幅度跳动以及贯穿性跳动。而端部有电晕金属颗粒,在起举电压下,曲率半径较小端部率先站立,随着外施电压的升高,金属颗粒仍进行小幅度跳动,不会出现大幅度跳动或贯穿性跳动,但颗粒端部旋转摆动幅度变大。
  研究了冲击外力对金属颗粒运动行为的影响,揭示了断路器等开关动作引起GIS腔体的振动对颗粒运动行为产生影响的原因。在冲击振动的作用下,线形颗粒出现一端向上偏转,另一端与地电极接触的状态,导致线形颗粒带电量急剧增加,线形颗粒在库仑力的作用下一直向上偏转,直至颗粒垂直站立,冲击外力的作用使得无害颗粒变为有害颗粒。
  以不同类型金属颗粒的运动行为为基础,获得了不同运动状态下金属颗粒的局部放电特征,建立了金属颗粒运动行为与局部放电的关系。在运行电压下不同类型金属颗粒的带电量的不同、跳动速度、跳动频率、跳动高度的差别造成颗粒放电量、放电脉冲簇宽度、放电脉冲个数的差异,金属颗粒的数量会造成半个工频周期内最大超声个数的差异,颗粒端部的曲率半径会造成放电脉冲信号相位相关性的差异。通过以上放电特征的分析可以判断出不同类型颗粒的运动行为。
  研究了不同类型金属颗粒(不同形状、不同数量、不同尺寸)运动到GIS腔体不同位置(高压母线、屏蔽环、绝缘子)时的击穿,获得了运行电压下有害颗粒的类型。研究结果表明:金属颗粒的贯穿性跳动与否和颗粒引发GIS的击穿没有必然的关系,在高压母线及屏蔽环下的单个线形颗粒和片状颗粒的自由跳动对GIS的危害性相对较小,而当线形颗粒和片状颗粒较多时,其危害性大大增加。当线形/片状颗粒附着在绝缘子上时,颗粒的沿面放电引起了绝缘子的劣化,对GIS的危害性较大。而在运行电压下由于自由运动的金属粉尘和球形颗粒向远离绝缘子处的电场较弱区域聚集,因此数量较少的金属粉尘和球形颗粒对GIS绝缘危害性较小(电压升至运行电压的两倍仍未击穿)。
  建立了金属颗粒运动行为、局部放电和危害程度间的关系,实现通过局部放电获得金属颗粒形状、尺寸、数量的估算,提出了金属颗粒危害程度的诊断方法。
摘要:金属颗粒的形状、尺寸及材质对降低GIS的原绝缘强度有明显影响,颗粒的运动是金属颗粒引发击穿的重要原因,目前针对GIS中金属颗粒的检测主要通过局部放电测量,由于在运行电压下不同尺寸颗粒的运动行为不一样,产生的局部放电也存在差异,如何将颗粒的局部放电与颗粒的运动行为建立联系,并通过局部放电实现线形颗粒尺寸的估算,可为后续金属颗粒有害性的判断提供重要依据.为此,笔者对GIS内部不同尺寸线形颗粒运动行为进行了仿真分析,并在实验室中制备了以实际126 kV GIS设备为原型等比例缩小的试验腔体,并在试验腔体内分别放置不同尺寸的金属颗粒,采用常规脉冲电流检测仪和超声波检测仪对颗粒的放电信号进行检测,并采用高速相机对颗粒的运动轨迹进行拍摄.研究结果表明:不同长度及半径的线形颗粒的运动行为差别较大,随着线形颗粒直径的减小或长度的增加,线形颗粒的跳动高度变大、颗粒飞行时间变长;在运行电压下,线形颗粒碰撞外壳的频率由颗粒的尺寸决定,且颗粒在与外壳碰撞过程中超声波检测仪可较灵敏地检测到超声信号,通过超声脉冲频率可基本估算颗粒碰撞外壳的频率;颗粒的最大视在放电量与颗粒所带最大电荷量间存在一定比例关系,且当颗粒的尺寸不变时该比例关系则基本不变.通过将试验中测得的线形颗粒最大视在放电量和超声脉冲频率与仿真结果进行比对,可以实现线形颗粒尺寸的估算.
摘要:为研究颗粒尺寸、数量及壳体振动对颗粒起举电压的影响,在实验室中制备了以实际126kV气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备为原型等比例缩小的试验腔体,仿真分析了GIS内部线形颗粒的受力,记录并观察了不同条件下颗粒的常规脉冲电流信号、超声信号和颗粒的运动轨迹.研究结果表明:在GIS运行电压下平躺线形颗粒材质一定的情况下,颗粒的起举电压由颗粒的半径决定,而与颗粒的长度无关,随着线形颗粒材质密度的增加,颗粒的起举电压增大;随着相邻颗粒数量的增加,颗粒的起举电压呈下降趋势;GIS腔体的振动会使颗粒获得一定的初速度,进而使得颗粒的起举电压大大下降;不同运动状态金属颗粒的放电信号存在明显的差别,采用颗粒的超声幅值-飞行时间二维散点图可对颗粒数量及跳动的剧烈程度进行判断.通过对GIS中线形颗粒起举电压影响因素的探索,进一步加深了线形颗粒运动行为的把握,为后续金属颗粒危害性的研究提供重要的参考
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST SA
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摘要:交/直流试验电压下的局部放电水平是评估特高压换流变压器绝缘可靠性的关键指标之一,但因外部电磁干扰的影响而经常难以准确判定.针对这一问题,提出局部放电测量干扰的特高频(UHF)旁路监测方法,并将其应用于士800 kV换流变压器的出厂试验中.结果表明,通过UHF检波脉冲的波形特征可准确识别出通讯设备和其他工业设备产生的背景干扰,进一步通过UHF检波信号的相位分布统计特征可准确识别出多种类型交、直流试验电压下包括悬浮电位放电和尖刺放电在内的放电型干扰.结果还证实了通过分析特高频天线阵列获得射频信号的时间差可快速准确地确定放电型干扰源的位置区域.基于监测结果对干扰源进行了有针对性的处理后,被试的士800 kV换流变压器顺利通过了各项局部放电测量试验.研究结果将被进一步应用于换流站现场特高压换流变压器局部放电测量干扰的排查处理.
摘要:研究干扰识别和定位技术是解决换流变压器现场局部放电测量难题的关键.针对南方电网开展的国内外首次现场修复±800 kV换流变压器的试验要求,采用特高频(UHF)法对局部放电测量干扰进行了旁路监测,通过分析UHF检波信号的波形特征和相位分布统计特征验证了现场检修试验厂房对换流站电磁辐射的屏蔽效果,通过UHF天线阵列精确定位并妥善处理了厂房内的多种局部放电干扰源,支撑被试的±800 kV换流变压器顺利通过了各项试验,视在放电量满足了出厂试验的限值要求.为今后研究在无厂房条件甚至运行条件下实现换流变压器局部放电水平的精确评价提供了技术基础.
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST SA
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摘要:为了研究换流站现场干扰信号的抗干扰措施、提高现场局部放电检测的准确性和可靠性,有必要对换流站内的干扰信号进行测量.为此,在±800 kV换流站内采用常规脉冲电流法和特高频法分别测量了阀厅内的干扰信号、交流线路下换流变附近的干扰信号以及平波电抗器和直流滤波器间的干扰信号,并对现场可能存在的干扰信号进行实验室模拟,以进一步确定换流站内现场干扰信号的类型、来源及特征.测量结果表明:1)检修状态下极I低压阀厅内测得的背景噪声主要是一些无线电干扰信号,如GSM制式的手机干扰信号、对讲机干扰信号;2)在交流线路下换流变附近测得的干扰信号主要是周期型的脉冲干扰信号,如高压汞灯产生的干扰信号,该类型的干扰信号散点图在某一固定相位处呈长条状分布;3)当高压线路带有800 kV直流电压时,在平波电抗器和直流滤波器间测得的干扰信号主要由高压直流导线上的电晕放电产生,该放电信号为等幅值的脉冲干扰信号,且随相位均匀分布.
摘要:为分析比较冲击电压下GIS内部典型缺陷的局部放电特征,对GIS典型缺陷(尖刺缺陷、悬浮缺陷、沿面放电缺陷、自由金属颗粒缺陷、固定金属颗粒缺陷、气泡缺陷、裂纹缺陷)分别施加标准雷电波、标准操作波和工频电压,采用特高频传感器分别测量了三种电压波形下GIS典型缺陷的局部放电现象,并对比分析了不同电压波形对GIS典型缺陷检测的灵敏性.研究结果表明:1)在冲击电压下GIS内部的尖刺缺陷、悬浮缺陷、沿面放电缺陷、自由金属颗粒放电、固定金属颗粒放电均可较容易产生稳定的局部放电,且不同缺陷下的局部放电特征差别较明显,而冲击电压下GIS内的气泡缺陷和裂纹缺陷则难以产生较明显的局部放电;2)在工频电压下GIS内的典型缺陷(尖刺缺陷、悬浮缺陷、沿面放电缺陷、自由金属颗粒缺陷、固定金属颗粒缺陷、气泡缺陷、裂纹缺陷)均产生了较明显的放电,与工频电压相比,标准雷电波对尖刺缺陷、自由金属颗粒的检测灵敏度较高.
摘要:为分析比较冲击电压下GIS内部典型缺陷的局部放电特征,对GIS典型缺陷(尖刺缺陷、悬浮缺陷、沿面放电缺陷、自由金属颗粒缺陷、固定金属颗粒缺陷、气泡缺陷、裂纹缺陷)分别施加标准雷电波、标准操作波和工频电压,采用特高频传感器分别测量了三种电压波形下GIS典型缺陷的局部放电现象,并对比分析了不同电压波形对GIS典型缺陷检测的灵敏性。研究结果表明:1)在冲击电压下GIS内部的尖刺缺陷、悬浮缺陷、沿面放电缺陷、自由金属颗粒放电、固定金属颗粒放电均可较容易产生稳定的局部放电,且不同缺陷下的局部放电特征差别较明显,而冲击电压下GIS内的气泡缺陷和裂纹缺陷则难以产生较明显的局部放电;2)在工频电压下GIS内的典型缺陷(尖刺缺陷、悬浮缺陷、沿面放电缺陷、自由金属颗粒缺陷、固定金属颗粒缺陷、气泡缺陷、裂纹缺陷)均产生了较明显的放电,与工频电压相比,标准雷电波对尖刺缺陷、自由金属颗粒的检测灵敏度较高。
[期刊论文] 闫英会 程养春 季洪鑫
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北大核心 CSTPCD AJ
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摘要:在高压试验中,示波器通常会受到高于正常工作电压的瞬时过电压的冲击,如感应过电压、操作过电压等.为了使示波器能够免受高频率大幅值的瞬间冲击电压,设计了一种基于放电管的示波器输入通道保护装置,并在实验室条件下对其进行低压性能测试、高压方波及雷电波下的性能测试.实验结果表明,该保护装置不影响信号的正常测量,高频可达80MHz;响应速度快,能够将千伏级高压脉冲迅速限制在2V以内;可靠性强,可长期稳定工作,适用于纳秒级高压脉冲下信号的测量及示波器的保护.
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