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随着智能电网建设推进,高压开关设备作为电力系统关键控制和保护设备,其可靠性直接关系电网安全稳定运行.传统开关设备数据管理存在"信息孤岛"、生命周期链条断裂、分析手段单一等问题,难以支撑精准状态评估与智能运维决策.本文提出构建基于多源信息融合的开关设备全生命周期试验数据智能分析平台:整合设计仿真、型式试验、出厂试验、现场交接试验、在线监测至退役报废各阶段的多源异构数据,利用大数据、人工智能与数字孪生技术建立统一数据模型与知识图谱,通过"端﹣边﹣云"协同架构规划数据融合治理、智能分析挖掘与可视化应用等功能模块,实现设备状态深度感知、全生命周期质量追溯、故障早期预警与剩余寿命预测.平台应用预期推动开关设备管理从事后检修、定期检修向预测性维护转变,为提升全生命周期管理水平、保障电网安全、优化资产效能提供设计参考.
开关设备全生命周期多源信息融合智能分析预测性维护数字孪生
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直流气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosed switchgear,GIS)采用合成空气替代 SF6 已成为重要发展方向,其运行过程中可能同时承受直流电压和雷电冲击过电压,两者叠加作用下气体间隙的击穿特性及放电机理尚需深入研究.为此,搭建棒/针-板电极在直流电压叠加雷电冲击电压下击穿过程的超快光学诊断平台,对不同电压极性、合成空气间隙不同气压下的击穿过程开展实验研究,并基于流体模型进行数值模拟.结果表明:①棒-板间隙在叠加电压作用下的击穿电压整体高于单独直流电压或雷电冲击电压下的击穿电压,而针-板间隙的击穿电压则处于单独直流电压与单独雷电冲击击穿电压之间;②叠加电压下放电过程主要经历电晕、流注发展、通道热化,并最终转变为火花放电过程,但不同叠加条件下流注在空间形态上存在差异.基于流体模型的仿真模拟进一步表明:①空间电荷与外加电场改变了局部电场分布与主要反应区域位置,影响流注放电起始和传播;②异极性叠加条件下电场方向突变引发电子迁移方向改变和电晕形态改变,从而改变后续流注的起始过程与发展路径.研究结果可为直流电压叠加雷电冲击电压条件下气体间隙放电机理分析与工程绝缘设计提供参考.
合成空气直流电压雷电冲击击穿特性流注放电
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本文以 110 kV 变电站电气安装与调试为核心内容,结合安装工序和调试验收流程进行分析,对主变压器、气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)组合电器、高压开关柜等主要设备安装工艺进行梳理,对绝缘测试、耐压试验、继电保护调试等主要调试技术进行阐述,对施工中常见的质量隐患及防治措施进行分析,形成设备安装、试验调试和质量防控相衔接的技术要点,为类似工程提供技术参考.
110kV变电站电气安装调试技术质量管控
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高压断路器是变电站核心开关设备,其选型配置质量直接决定电网运行的安全性与稳定性,现依托某110 kV变电站实际工程,开展高压断路器选型分析工作.通过核算110、35 kV母线最大持续工作电流,结合标幺值法完成系统短路电流计算,精准获取两级电压母线的短路电流周期分量有效值、冲击电流及短路容量等关键参数.基于计算结果,分别选用ZF12-126型SF6断路器与VEP-40.5型真空断路器,并进行设备开断性能、动稳定及热稳定校验.结果表明,所选断路器参数均可适配现场运行工况,同时主变压器阻抗可有效抑制低压侧短路电流,具备良好的限流效果.该选型及校验流程可为同类型变电站高压断路器配置设计提供实际工程借鉴.
高压断路器变电站选型短路电流计算校验
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传统 GIS 出线套管封堵无尘安装存在适应性差、密封与抗风稳定性不足、施工烦琐且成本高、难以满足绿色施工要求,进而威胁设备绝缘性能与运行安全等系统性缺陷.文章研制了一种新型 GIS 出线套管充气式分段防尘封堵装置,具有优异的柔韧贴合性与形态自适应能力,实现了高效密封、操作灵活、可重复利用及经济环保的综合优势,显著提升了无尘化安装的施工质量与效率.同时,提出了该装置的安装与控制方法,以降低成本、缩短建设周期,提高GIS出线套管处的防尘效果.
高压气体绝缘金属封闭开关设备出线套管充气式防尘装置防尘施工
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中压开关柜的现场安装不当、部件老化和损坏,这些都是导致中压开关柜故障的因素.预测正常工作条件下的温度,为检测此类故障提供了有价值的信息,从而提高了开关柜的可靠性.提出使用一种实时回归模型来预测中压开关柜的温升,该模型能够适应不同的运行条件和配置.所提出的模型是一个经过修改的热平衡方程,其中热学和能量参数有待确定.它将热传递建模为温升和动态电流负载的函数.该模型能够迭代地预测在任何电负载下的正常瞬态温升和稳态温升.由于该模型设计时设置了严格的热学约束条件且参数较少,它还能够防止因数据集规模小且有偏差而导致的过拟合问题.
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气体绝缘开关设备(GIS)中断路器分合闸产生的激振可能会使盆式绝缘子三交区等位置的潜伏性金属微粒运动而诱发局部放电,造成GIS绝缘故障.本文通过在550 kV真型GIS上开展断路器分合闸操作试验和模拟分合闸振动的外施激振试验,并采用声电联合检测方法测试潜伏性金属微粒的局部放电特性.结果表明:断路器分合闸产生的激振可以激发潜伏性金属微粒运动并引发局部放电.金属微粒越小,越容易起跳,丝状微粒相较于片状微粒在耐压下更易起跳.通过激振可以激发高压导体连接处、三交区上方壳体法兰缝隙处的潜伏性金属微粒运动并诱发局部放电,但很难激发微粒陷阱(拔口)和三交区的潜伏性金属微粒运动并诱发局部放电.
外施激振气体绝缘开关设备特高频检测超声波检测金属微粒
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气体绝缘金属封闭开关设备回路电阻特性是评估其安全运行的重要指标,但传统直流电阻检测方法必须对电力设备进行停电操作,导致供电可靠性降低、运行维护成本高且无法获取设备运行健康数据,现有在线监测技术难以精确剥离电感干扰.为此,本文通过采集设备运行交流时域波形,利用自适应分位数加权最小二乘法等效计算出与直流电阻值高度一致的结果,并融合几何级联森林算法实现对设备状态趋势的研判与故障预警,最终实现了在不中断供电的前提下对电力设备状态的精准评估与预测性维护.
GIS回路电阻在线监测自适应分位数加权最小二乘法几何级联森林算法故障预警
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我国抽水蓄能电站选址与高烈度地震区重叠,厂用电系统抗震可靠性关乎震后安全.以NEA 型低压开关设备为研究对象,依据 50 年超越概率 2%的设防标准,开展运行基准地震工况(OBE)与最大设计地震(MCE)两级振动台试验.试验结果表明:设备一阶固有频率X向为 10 Hz,Y向为 12 Hz,阻尼比为 14.6%～29.4%,可有效规避共振风险;MCE 工况下设备顶部响应加速度达 16.593g,放大系数为 27.2,凭借高阻尼未发生结构破坏;电气连续性全程无异常,保护电路电阻稳定于毫欧级.由试验结果可知,设备满足 9 度最大设计地震设防要求,其"频率避让、高阻尼耗能、高可靠连接"机制为电站震后运行提供了设备级支撑.
抽水蓄能电站低压开关设备振动台试验抗震性能动力响应
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近年来,超/特高压气体绝缘开关设备(GIS)和气体绝缘输电线路(GIL)内积累的微纳粉尘异物导致潜在放电故障占比高达 60％,成为危害设备运行安全的高危因素,但现有手段难以模拟微纳异物受多物理场作用的集群弥散特征,无法判定其团聚涌动爆炸等特殊绝缘危害现象,也尚未有相应多尺度动力学放电表征的数学物理模型.为此,该文建立了基于广义泛函能量分析的 GIS/GIL 多尺度微纳粉尘动力学仿真方法,分析时空受力关系并推导多物理场与浓度梯度控制的正则化驱动方程,基于粉尘群系统自由能量最小化泛函理论,从宏观角度统一描述吸附弥散爆炸演化的全过程并进行实验验证,揭示了粉尘爆炸能量演化机制与弥散放电判据.研究表明,三支柱绝缘子腹部吸附爆炸区域广且易受负极性电荷积聚沉积,盆式绝缘子凸面易受范德华力与静电引力附着演化形成高浓度粉尘斑,能量演化路径为从电势能发展的吸附区,直至热流能能量沉积区和浓度梯度导致的爆炸区,速度应力呈双峰分布并增长了 63.2％与 40.3％,三结合点处中心能量高达 900 J,爆炸能量释放后粉尘比表面积增长 370％,是诱导沿面放电的关键因素,粉尘团聚会促进电离流注通路形成.该文可为研究 GIS/GIL 微纳异物运动放电特征与微观动力学弥散演化行为提供参考.
气体绝缘开关设备/气体绝缘输电线路(GIS/GIL)微纳粉尘绝缘子能量泛函分析弥散爆炸模拟放电诱导机制
