电气工程

李继胜，赵学风，杨景刚，等

电气工程

李继胜，赵学风，杨景刚，等

GIS典型缺陷局部放电测量与分析

目的：为了研究GIS中典型缺陷的放电特征，在试验室中以一段220 kV电压等级的GIS母线腔体为试验对象，设计了高压导杆表面金属尖刺缺陷、悬浮电位缺陷、绝缘子表面导电胶尖刺缺陷、绝缘子表面硫化银污染物缺陷这4种放电物理模型，采用脉冲电流法对其局部放电信号进行测量。方法：以一段 220 kV电压等级的GIS母线腔体为试验对象，设计了高压导杆表面金属尖刺缺陷、悬浮电位缺陷、绝缘子表面导电胶尖刺缺陷、绝缘子表面硫化银污染物缺陷这种放电物理模型，采用脉冲电流法对其局部放电信号进行测量，使用宽带检测阻抗采集放电信号，应用后端处理软件提取信号中的有效参数，通过对比不同绝缘缺陷的放电特征，实现了GIS有效的故障监测及分类。结果：通过4种GIS典型缺陷模型局部放电研究比较得出：1）导杆金属尖刺电晕放电幅值较小。整个放电过程中由于电晕放电稳定化作用，使得放电不易发展。其PRPD谱图轮廓为兔耳形状。2）悬浮电位一旦发生放电，则放电信号幅值很大，其PRPD谱图呈现出条形状，且放电比较稳定，正、负半周基本对称。3）绝缘子表面导电胶尖刺放电集中在放电源正负峰值附近，且均为负脉冲，放电脉冲幅值介于导杆尖刺和悬浮放电之间。4）绝缘子表面硫化银粉末放电信号幅值总体较小，其PRPD谱图呈现出山丘状。结论：研究其放电脉冲中心相位分布、平均幅值随外施电压变化的趋势，比较分析单个放电脉冲波形及其主要能量分布。试验结果表明GIS中典型缺陷的放电特征为：相同条件下同一缺陷模型放电稳定、重复性好；不同缺陷类型的PRPD谱图呈现出不同的特点，单个脉冲波形及其能量分布不同；放电平均幅值、中心相位随外加电压变化的趋势也有较大区别。这些特征为进一步进行放电类型的模式识别及局部放电机理研究提供了提供重要的试验和理论依据。

GIS；缺陷模型；局部放电特征；脉冲电流；PRPD谱图；脉冲波形；特征分析

来源出版物：高电压技术, 2009, 35(10): 2440-2445

入选年份：2014

憎水性对线路绝缘子耐污闪特性影响的试验分析

高海峰，高海峰，王永福，等

摘要：目的：室温硫化硅橡胶防污闪涂料（RTV涂料）因具有良好的防污闪作用，在我国电力系统得到了大量应用。然而，受长期积污、材料老化、短时快速积污、外力破坏等因素的影响，绝缘子表面涂层的憎水性状态会发生显著变化。为研究上述变化的影响，本文利用现场运行多年的RTV涂层绝缘子，进行了不同表面憎水性状态下的绝缘子耐污闪能力试验，并根据现场RTV涂层的极端憎水性分布状态，人工模拟了具有不同表面憎水性状态的组合界面绝缘子，通过长时间污耐受试验中的泄漏电流变化特性，分析了绝缘子表面不同部位憎水性的作用。方法：自然污秽RTV涂层绝缘子从线路取下后，送至高压试验室进行相关测试。前期研究结果表明：尽管自然污秽RTV涂层绝缘子表面积污严重，但在相同盐密条件下，RTV涂料绝缘子的自然污秽污闪试验结果仍远高于无涂料绝缘子的人工污秽污闪试验的试验结果，与系统运行状态相比，试验获得的污闪电压值远高于线路运行电压。为进一步分析自然污秽RTV涂层绝缘子的耐污闪能力，对 RTV涂层污秽绝缘子试品施加 2倍于运行条件的耐受电压，并进行长时间过饱和受潮状态下的污耐受试验。为研究表面憎水性、染污条件对绝缘子外绝缘耐污性能的影响，试验以70 kN型绝缘子为试品，并以上、下表面有、无RTV涂层的4种极端条件进行考虑，形成组和界面RTV涂层绝缘子试品，分别命名为 Normal（常规 RTV涂料绝缘子，上、下表面涂污）、ZHX2（仅下表面存在 RTV涂层，上、下表面涂污）、ZHS1（仅上表面存在RTV涂层并涂污）、ZHS2（仅上表面存在RTV涂层，上、下表面涂污）型绝缘子。试品绝缘子涂污部位的染污条件按 IV级重污区环境下的等值条件进行选取。试验时，每组试品有7片同类型绝缘子组成。为了使RTV涂层绝缘子表面污层的憎水性一致，污秽试验统一在表面涂污7 d后进行。试验方法仍采用长时间饱和受潮状态下的污耐受试验；试验过程中，如试品发生闪络，降低10%的耐受电压后，继续进行试验。结果：对于自然污秽 RTV涂层绝缘子，以每30 min内的泄漏电流最大值表示绝缘子受潮过程及耐污闪性能状态时，试品表面的泄漏电流变化过程存在较大差异。尽管各组试品的表面状态（如憎水性、积污程度、污秽种类等）存在较大不同，但是根据试验后试品表面受潮状态观察发现，试品绝缘子上表面的受潮速度远快于其下表面。试验后，试品上表面的憎水性下降严重，甚至会在局部位置形成连片的水膜，而试品绝缘子的下表面在试验后往往也仅出现分散的细密水珠，难以形成局部水膜。这说明在受潮过程中，上、下表面所体现出的受潮程度的差异和憎水性状态的差异，是影响绝缘子在长时间过饱和受潮状态下耐污闪特性的关键因素。对于人工污秽RTV涂层绝缘子，ZHS2型染污绝缘子受潮速度依然很快，在30 min之内即可达到饱和受潮，并引发闪络；随着耐受试验时间的逐渐增加，泄漏电流迅速降低，并在试验时间达到 3 h左右时趋于稳定；随着耐受试验时间继续增加，泄漏电流还会继续减小，但其减小的幅度已很小。ZHX2型染污绝缘子的表面污秽度尽管更高，但在试验过程中，其并未发生闪络，且其沿面泄漏电流最大值也远小于 ZHS2型绝缘子。ZHX1型绝缘子（仅下表面存在RTV涂层并涂污）表面泄漏电流变化趋势表明，在耐受试验初期的一个较长时间段内（8 h），流过ZHX1型绝缘子表面的泄漏电流，一直保持缓慢增加的趋势，直到耐受试验进行到8.5～9 h后，其泄漏电流达到最大值并开始下降。综合分析表明，组合界面绝缘子上、下表面的受潮过程存在明显差异。按照仅上表面有涂层的试品，其受潮速度较常规瓷和玻璃绝缘子的受潮速度差别不大，而仅下表面有涂层的试品，其受潮速度则明显下降。对受潮过程的观测发现，在长时间受潮过程中，污层表面的受潮速度主要取决于凝聚水珠的存留程度、水珠与污层间的作用力。水珠存留数量较多、与污层接触面积较大、接触时间较长时，表面受潮速度和憎水性丧失速度较快；水珠对污层表面压力的大小决定其对污层表面渗透压力的大小，若渗透压力大，则水分易于渗入污层内，表面受潮速度加快、受潮范围扩大，表面憎水性减弱速度加快。当水珠在垂直悬挂RTV涂层绝缘子伞裙下表面凝结后，水珠所受的重力方向与污层对水珠的吸附力方向相反，水珠与污层接触面积小，接触时间短，易于从污层表面滴落，因而设备下表面受潮缓慢。结论：线路RTV涂层绝缘子伞裙下表面憎水性对绝缘子耐污闪能力起主要作用。上、下表面受潮程度的差异，是影响RTV涂层绝缘子在长时间过饱和受潮状态下耐污闪性能的关键因素。绝缘子下表面憎水性的良好保持，是 RTV涂层绝缘子运行多年后仍具有良好耐污性能的重要保证，因此，对于运行绝缘子的憎水性状态评估，应考虑以伞裙下表面为主，上表面为辅的上、下表面测量值。

来源出版物：高电压技术, 2011, 37(2): 284-289

入选年份：2014

考虑峰谷电价的风电-抽水蓄能联合系统能量转化效益研究

李强，袁越，李振杰，等

摘要：目的：大规模风电接入会对电力系统的调峰调频产生影响，在系统调节能力不足的时段会产生弃风现象，造成可再生能源的浪费。抽水蓄能在电力系统中的应用为大规模风电的存储提供了可能，通过抽水蓄能的移峰填谷作用，能够为风电引起的系统调节能力不足问题提供解决方案，同时将低谷时段的廉价风能转化为高峰负荷时段的珍贵电能，提升风电自身的经济性。同时，可以利用抽水蓄能灵活的调节特性，解决风电的随机性问题，改善大规模风电接入对电网的影响，提升系统运行稳定性。基于风电和抽水蓄能大规模开发的现状，本文提出了风电和抽水蓄能联合运行思路，建立风蓄联合运行的能量转换效益模型，分析了风蓄联合运行的经济可行性，为未来大规模风电的消纳和优化运行提供了解决方案，具有良好的实用意义。方法：首先梳理了国内外风电与抽水蓄能联合运行的研究进展，指出了风电抽水蓄能联合运行能量转换效益研究的重要意义。在此基础上，给出了风电与抽水蓄能联合运行系统的典型结构和风电场及抽水蓄能电站的输出功率特性模型，考虑到电网的峰谷电价政策，风力发电本身由于受到风能资源的不可控性限制，难以实现峰电多发、谷电少发的目标，充分利用抽水蓄能灵活的调节特性，建立了考虑峰谷电价的风电-抽水蓄能联合系统和能量转化效益的定量评估模型，研究了风蓄联合系统中抽水蓄能电站对风电移峰填谷的影响。结果：风电功率主要取决于风速、风电机组功率特性及装机容量，在既定的风速资源条件下，针对风电机组功率特性曲线可以通过插值求得风电输出功率；抽水蓄能电站主要有发电机、水泵两种运行状态，且在抽水—发电的一个完整循环中有一定的能量损失（约30%）。在研究风电-抽水蓄能联合系统能量转化效益的过程中，需要考虑抽水蓄能本体的投资，能量转化过程中的电能损耗。风电-抽水蓄能联合运行的经济效益主要利用抽水蓄能电站的储能作用将低谷时段的电能调整至高峰时段，提升风电的经济效益。风电-抽水蓄能联合系统的运行策略主要取决于风电功率波动、电价波动，需要通过优化算法确定抽水蓄能的运行策略。在固定的峰谷电价模式下，确定未来一段时间内抽水蓄能的最优运行策略可以建立风电抽水蓄能联合运行能量转化效益的优化模型，在风电功率已知的情况下就可以确定抽水蓄能的运行策略。由于抽水蓄能是用于提升风电能量转化效益的，在建模过程中，需要计入抽水蓄能的建设和运行费用，确保能量转化效益的计算结果更具实用意义。风电-抽水蓄能联合运行在实现能量转换效益的同时，还能有效降低风电-抽水蓄能联合系统的输出功率的波动性和调峰调频压力，改善大规模风电接入对系统的影响，在提升系统运行经济性的同时改善大规模风电接入的系统安全性。结论：抽水蓄能具有启动迅速、爬坡速度快、运行可靠灵活的优点，为大规模风电接入电网后的移峰填谷提供了可行的解决方案。本文基于实测风速数据，对风电抽水蓄能联合系统的能量转化效益开展了定量评估，计及抽水蓄能电站的投资及运行维护费用的情况下，风电-抽水蓄能联合系统能利用抽水蓄能电站的储能特性将低谷时段的剩余电能转化为高峰时段的紧缺电能，取得良好的经济效益。装机容量为50 MW的风电场与装机容量为20 MW的抽水蓄能电站联合运行时，每日的能量转化效益达1.9613～6.6252万元，同时还能有效平抑风电功率波动，降低了风电对系统备用容量的需求，提升了系统的经济效益。

来源出版物：电网技术, 2009, 33(6): 13-18

入选年份：2014

主客观权重相结合的电能质量综合评估

李娜娜，何正友

摘要：目的：不同类型的电力用户对电能质量的要求不同，在电力市场环境下对电能质量进行综合评估时，电力用户必将参与进来。主观赋权法通过征询电力用户的需求和咨询专家意见，然后进行统计综合而定权。这种方法可以满足不同性质电力用户对电能质量的不同要求，体现了电力用户对电能质量各项指标的重视程度，确定的权重符合现实。但是，在对电能质量进行综合评估时，还应该考虑到指标权重的大小与指标数据的变动有关，权重值不应该是一成不变的。例如，对于电能质量某一单项指标，如果其变动较大，甚至超出了标准规定的范围，则说明该项指标严重不合格。此时，若其主观性权重比较小，仅利用主观赋权法进行综合评估时，该项指标可能得不到充分反应，甚至被完全忽略，造成评估结果不合理。事实上，当某项指标数据变动较大时，该项指标在综合评估中所起的作用也较大，权重也应该增大。反之，如果某单项指标的离散程度很小，数据变化很小，那么该项指标的权重值也相应的变小。因此，在确定电能质各项指标的权重时，应同时考虑根据数据变动而确定的客观性权重。本文提出了采用综合主观权重和客观权重的组合赋权法，利用层次分析法的标度扩展法与熵权法相结合来求得各项指标的综合权重。这样即考虑到了不同用户对电能质量的不同需求，同时又考虑到了权重的渐变性。方法：首先确定电能质量的因素集为频率、谐波畸变、电压波动、闪变、电压偏差、电压暂降、三相不平衡、暂时过电压和瞬态过电压，评判级为优质，良好，合格，较差，很差。然后利用基于改进层次分析法确定电能质量综合评估中各指标主观权重，再利用熵权法确定各指标的客观权重，再将两种权重相结合确定电能质量综合评估中各指标的综合权重值。在确定了电能质量各单项指标的权重后，采用了概率论与模糊数学相结合的方法对对这9项指标进行综合评估。在进行综合评估时，首先根据国家标准或国际标准对因素集中各电能质量指标进行分级，在标准规定的范围内将各指标平均分为m个等级，然后利用概率统计的方法对各指标分级进行评估分析，最后进行综合评估。结果：利用改进的层次分析法和熵权法对电能质量进行综合评估后，评估的结果将电能质量归为某一个级别，也即得出了描述电能质量好坏的唯一量化指标。为了分析主客观权重相结的电能质量进行综合评估方法的合理性，在进行实例分析时，对频率指标的数据进行改动，使频率指标为最差的等级，而其他几项指标数据不变。显然，由于频率偏差的幅度比较大，接近国标规定的限制且持续时间较长，该项指标的单项评估结果应为较差等级。若单独利用改进的层次分析法对电能质量进行综合评估，权重值计算结果没有发生改变，与之前求得的主观权重相同。利用概率论与模糊数学结合的方法进行最后评估，评估结果介于“合格”与“较差”之间。然而，若利用本文提出的组合赋权法，即将改进的AHP法与熵权法结合对电能质量进行综合评估，此时频率偏差的权重值明显增大，电能质量评估等级介于“较差”与“很差”之间。利用主观赋权法与客观赋权法相结合的方法计算权重时，能够有效的反应数据变化，赋权的结果更为合理。而单独利用基于层次分析法的主观赋权法计算权重时，数据变化不会使权重值发生改变。由此可见，利用改进的层次分析法与熵权法相结合确定权重的方法，使得评估结果更为合理，更符合实际。结论：考虑到综合评估过程中权重的重要性，本文在对电能质量的综合评估方法和赋权法研究的基础上，提出了将 AHP法和熵权法相结合的组合赋权法，并得到以下结论。第一，AHP赋权法完全依赖于参与者的主观愿望，能够反应用户的需求，是一种主观赋权法。而熵权法以客观数据为依据，赋权结果随着数据的变动时刻发生着变化，体现了赋权结果的客观性。将两种方法相结合，使得主观与客观得到了统一，赋权结果更为合理，更符合现实。第二，本文利用改进的层次分析法确定权重的过程中，建立的判断矩阵时无需一致性检验，与传统的 AHP法相比，计算量大大减小。第三，概率论与模糊数学相结合的评估方法，直接对现场测试的数据进行分析计算，不受人为因素的影响。

来源出版物：电网技术, 2009, 33(6): 55-61

入选年份：2014

编辑：张宁宁