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高电压技术
中国电力科学研究院　中国电机工程学会
高电压技术

中国电力科学研究院　中国电机工程学会

杨迎建

月刊

1003-6520

hve@sgepri.sgcc.com.cn

027-59835528

430074

湖北省武汉市珞瑜路143号武汉高压研究所

高电压技术/Journal High Voltage EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为国内外唯一集中、全面地反映当前高电压技术领域科技信息的专业技术刊物，国内外公开发行，是国务院学位办审定的中文重要期刊、中文核心期刊，EI page one和《科技文献通报》收录期刊。本刊根据电力生产、建设、科研、教学需要提供导向性、实用性信息及技术措施，推广实用技术的成果，为我国科技发展、领导决策、促进生产发挥接口、载体和桥梁作用。本刊报道内容包括高压设备、输电线路、系统暂态、测试工程、电磁、城网供电、电力电子等及生态环保生物医疗等边缘、交叉学科。既有基础理论研究也有工程实践应用。本刊读者对象为电力系统生产、建设、运行、管理部门及相关产业科研、设计、制造单位的领导、科技人员、大专院校师生及其他相关工程技术人员。
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    锂离子电池储能电站的热失控状态检测与安全防控技术研究进展

    孟国栋李雨珮唐佳顾颐...
    3105-3127,中插18页
    查看更多>>摘要：锂离子电池具有能量密度大、使用寿命长、工作温度范围宽、自放电小等优点,是中国电化学储能电站的主流电池技术.然而,在加热、过充等恶劣工况下,锂离子电池易发生热失控引发火灾甚至爆炸,因此其安全问题已逐渐成为锂离子电池储能电站建设及大规模应用的首要问题.该文系统分析了锂离子储能电池热失控的诱因、电池内部反应过程及外部特征参量的变化规律,重点总结了当前主要的电池热失控状态检测技术、智能诊断算法及储能电站安全防控技术,最后对储能电站热失控状态检测及安全防控技术进行了总结和展望.

    锂离子电池储能电站热失控状态检测安全防控

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    高压直流海缆XLPE绝缘空间电荷与电场分布特性研究进展及展望

    李忠磊吴优郑重杜伯学...
    3128-3144页
    查看更多>>摘要：高压直流海缆是大容量、低损耗、远距离跨海输电的核心装备,是实现规模化海上风电并网、电网跨海互联的关键基础.当前快速增长的海上风电发展需求,要求直流海缆具有更高运行电压、更大容量、更大长度,因此对交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)电缆绝缘材料提出了更高要求.文中首先综述了国内外高压直流海缆的发展历程,对比分析了 XLPE绝缘与绕包绝缘的优势与不足.针对直流海缆绝缘面临的大长度连续挤出过程中的焦烧问题和工厂模塑接头绝缘界面问题,论述了 XLPE绝缘焦烧产物和工厂接头绝缘界面缺陷对空间电荷与电场分布的影响规律及机理,介绍了全尺寸直流海缆空间电荷与电场分布特性的有限元仿真和数值计算方法,分析了稳、暂态工况下直流海缆XLPE绝缘空间电荷与电场分布的演变规律,阐明了直流海缆绝缘层厚度对空间电荷与电场分布的影响机理.最后,对直流海缆XLPE绝缘未来的发展进行了展望,指明了高压海缆绝缘国产化亟需解决的关键问题.

    高压直流海缆交联聚乙烯绝缘空间电荷电场分布电力装备绝缘计算学

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    新型电力系统电磁暂态并行仿真关键技术及展望

    江艺宝于佳乐赵浩然李冰...
    3145-3160页
    查看更多>>摘要：在"碳达峰、碳中和"战略目标驱动下,电力系统逐渐发展成为高比例新能源并网和高比例电力电子设备接入的新型电力系统,其电源结构、电网形态和运行特征发生了显著变化.电磁暂态仿真由于能够全面、精确刻画电力系统的高频动态特性,己成为掌握新型电力系统运行特性的关键手段.然而,传统串行计算模式下的电磁暂态仿真技术在仿真效率上无法应对新能源大规模并网、交直流复杂耦合的仿真场景,亟需从高效并行算法和硬件加速角度出发,开展并行计算模式下的电磁暂态仿真相关研究.为此,首先概括了新型电力系统对电磁暂态仿真的新需求;其次,介绍了电磁暂态仿真的分网并行算法;再次,介绍了能够进一步提升电磁暂态仿真效率的多速率仿真方法;接着,介绍了基于并行计算设备的并行仿真实现方案;最后,梳理了国内外电磁暂态仿真平台的并行策略,总结指出算法硬件深度融合的仿真平台是未来的发展方向,并对其中的关键技术进行分析和展望.

    新型电力系统电磁暂态并行计算多速率硬件加速仿真平台

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    超重污秽环境下输电线路绝缘配置校核及优化方法

    王欣伟俞华刘星廷王海旗...
    3161-3171页
    查看更多>>摘要：输电线路运行环境广阔且复杂,不可避免的需经过一些特殊区域,例如超重污秽环境区域;超重污秽环境下输电线路反复发生污闪跳闸,按照e级污秽上限进行绝缘配置并进行绝缘子复合化处理,仍未解决污闪问题.因此,论文通过一起500 kV输电跳闸故障,对线路绝缘配置进行校核计算,旨在提出超重污秽环境下输电线路绝缘配置校核及优化方法.论文首先对超重污秽环境下的线路绝缘子进行污秽等级与污闪电压测试,根据测试结果进行了输电线路绝缘配置校核,最后提出了适用于重污秽条件下的污闪模型.研究发现:发生污闪地区污秽程度非常严重,其中悬垂串复合绝缘子盐密最高值可达1.136 mg/cm2,远高于现行标准污区分布最高污秽等级;其次,高污秽易使防污闪涂料RTV涂层憎水性和憎水迁移性能下降,降雪或覆冰易导致RTV涂层憎水性短暂丧失,此环境中使用防污闪涂料应对绝缘配置进行重新校核;最后通过对计算模型的绝缘子表面有效电导率以及电弧特性常数的修正,将重污秽度下闪络模型平均误差从20.16％降低至11.11％,减小了校核计算的误差.论文研究结果为今后高污秽环境区域的线路绝缘配置计算提供重要的参考依据.

    超重污秽环境绝缘子闪络电压绝缘配置憎水性

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    基于多项式代理模型的车顶绝缘子背风侧沿面压力优化研究

    高国强张川郭裕钧张血琴...
    3172-3181页
    查看更多>>摘要：高速气流下,车顶绝缘子背风侧出现低气压会使得闪络电压降低,影响列车安全运行,为了改善车顶绝缘子背风侧的低气压现象,使用代理模型对车顶绝缘子结构参数进行优化.在车顶绝缘子结构参数上选取了伞裙上、下倾角以及伞裙间距作为因子,以绝缘子背风侧沿面压力的最小值作为响应,采用全因子试验设计方法获取样本数据,并对因子的主效应和交互效应进行分析,在此基础上建立多项式代理模型,进一步得到最佳的结构参数,最后进行闪络试验验证其有效性.结果表明:伞裙上、下倾角的主效应与伞裙间距相比更加显著,各因子之间没有显著的交互效应;最佳参数:伞裙上、下倾角分别为8°和0°,伞裙间距为45 mm,背风侧沿面压力最小值提高了 25.62％,同时压力平均值提高了 42.47％;在100m/s的风速条件下,车顶绝缘子的闪络电压提高了 16.80％.研究结果可以为车顶绝缘子结构设计提供参考.

    车顶绝缘子压力分布全因子试验设计多项式代理模型结构优化

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    单能电子突增对地球同步轨道卫星聚酰亚胺介质的深层充电效应影响

    乌江郅屹搏王廷玉张博...
    3182-3190页
    查看更多>>摘要：地球同步轨道时常会发生某单一能量附近高能电子通量突增现象,大量电子注入导致航天器绝缘介质充电效应更加显著.为了更好地评估单能电子突增现象下地球同步轨道航天器介质内部充电水平,建立了3 mm厚平板聚酰亚胺三维模型,采用了一种高能电子辐射和电场数值计算的Geant4-COMSOL联合充电评估方法,分别获得了 0.4、0.7、1.0与1.3 MeV这4种单能电子以及地球同步轨道FLUMIC电子能谱辐射下聚酰亚胺内部电荷沉积速率和辐射剂量率分布,同时计算了其内部电场强度和电位分布;将单能电子与FLUMIC能谱叠加,研究了叠加辐射环境下聚酰亚胺内部电场和电位分布,并通过电荷传输过程分析了辐射条件与材料特性对电场强度和电位的影响规律.结果表明,在特定绝缘结构下,0.7 MeV单能电子入射产生的电位最高;1.0 MeV单能电子入射产生的电场强度最高;当同步轨道发生单能电子突增现象时,1.0 MeV电子突增加强了电场强度,1.3 MeV电子削弱了电场强度,基于电荷传输过程解释了叠加辐射环境下的充电规律.研究表明,地球同步轨道下特定结构绝缘介质在发生单能电子突增时,注入电子会导致充电效应加强而产生最坏情况,而更高的电子能量反而穿透材料并提升介质电导率,有效地降低了材料内部电场.

    Geant4地球同步轨道电子突增现象聚酰亚胺深层充电电荷传输过程

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    基于发射光谱的绝缘油中放电参数时间演化特性

    郭凯航章程孙建涛陈根永...
    3191-3198页
    查看更多>>摘要：为了研究绝缘油中击穿放电通道参数演化过程,搭建了绝缘油中放电发射光谱诊断平台,通过实验得到绝缘油中微秒级击穿放电过程的典型发射光谱和时间演化发射光谱,分别使用Stark展宽法和Boltzmann点法对绝缘油中放电等离子体通道的电子数密度和电子温度时间演化特性进行诊断.从绝缘油中放电击穿的典型发射光谱中可观察到Hα谱线、C2斯旺带和电极金属原子发射谱线.对比放电电流波形与时间演化发射光谱可发现电流强度与光谱强度呈正相关.放电等离子体通道参数诊断结果表明:电子数密度在放电1～2μs时达到峰值1.12×1018 cm-3,18 μs后稳定在1017cm-3量级;整个放电过程电子温度在7000～8200 K范围内波动,总体呈上升趋势;根据参数诊断结果可判断绝缘油中放电等离子体通道处于局部热力学平衡状态.

    绝缘油发射光谱放电等离子体电子数密度电子温度

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    500 kV变电站无人机巡检作业安全距离

    蔡焕青付晶杨宁邵瑰玮...
    3199-3208页
    查看更多>>摘要：无人机在变电站巡检中应用日益广泛,由于变电设备众多且布置密集,强电磁环境可能会损坏无人机,明确无人机与带电体间的作业安全距离是亟待解决的关键问题.为此,首先开展了无人机电机悬浮体与导线的模拟放电试验,建立了真型无人机与500 kV站内强电场区设备的3维仿真模型,计算分析无人机附近电场分布特征,以研究分析作业安全距离.结果表明,无人机与导线电晕放电存在相互影响,无人机受到影响的临界起晕场强为300kV/m,无人机存在畸变的电场值为原值的2～3倍.研究得到了电场控制条件下的作业安全距离,其中无人机对500 kV管母线、主变500 kV侧套管巡检的最小作业安全距离分别为2.2 m、2.1 m,研究结果可为变电站无人机巡检安全开展提供技术依据.

    500kV变电站无人机巡检模拟放电试验电场仿真管母线主变最小作业安全距离

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    基于多物理场耦合模型的碱性水电解槽工作特性

    王润东黎静华韦善阳
    3209-3220,中插19-中插21页
    查看更多>>摘要：风电制氢系统将富余的风电用于电解水制取氢气,有效提高了风电的消纳能力.碱性水电解槽是电制氢的重要设备,通过数值方法研究其工作特性对于提高制氢效率具有重要意义.然而,现有电解槽模型通常只关注其电学性能,难以对各工况下设备运行状态进行准确预测.为此,提出了碱性水电解槽电场-流场-浓度场多物理场耦合模型.首先对碱性水电解槽进行了几何建模;接着建立电解槽电场、流场、浓度场数学模型,并基于COMSOL平台进行多物理场模型搭建;在验证模型有效性后,分析了电压、温度、压力、电解液浓度与流速对电解槽稳态、瞬态工作特性的影响.模拟结果表明:升高温度与降低压力减小了单位电流所需电压;降低电流、升高温度与压力增大了电解效率.单位电流所需电压随电解液浓度增加先减小后增大,而电解效率随浓度增加而先升后降,50 ℃时在质量分数为30％处达到最大电解效率.电压突变会产生电流过冲现象;流速突变不会发生电流过冲现象.研究成果可为碱性水电解槽设计与性能预测提供理论指导.

    可再生能源制氢碱性水电解槽COMSOL多物理场仿真工作特性分析

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    氩气中铝丝电爆炸空间形态不均匀现象及其抑制方法

    刘浩宇郭小凡庞先海赵军平...
    3221-3234页
    查看更多>>摘要：铝丝电爆炸法制备纳米粉体具有低成本、高效率、产物纯度高且粒度分布可控等优势,其扩散阶段空间形态均匀性是影响纳米铝粉品质的关键因素.为此设计并搭建了铝丝电爆炸实验系统,可实现包括激光成像、分幅成像与辐射光谱分析的超快光学诊断.观测到铝丝电爆炸扩散阶段出现的等离子体晕层、"纺锤形"结构、"拉链状"结构、分层结构、局部热点、缺口、残留丝核等空间形态不均匀现象,并揭示了其产生原因包括氛围气体放电、径向非均匀汽化、热力学不稳定性、磁流体力学不稳定性.建立了基于自辐射图像的空间形态均匀性量化表征方法与判别准则.研究获得了气压与电流参数对阻性阶段及沉积能量特性的影响规律,并提出了空间形态不均匀性的抑制方法——增加气压与提高电流上升率,最终确定了可实现均匀电爆炸的参数选取方法.

    铝丝电爆炸空间形态不均匀性沉积能量超快光学诊断不稳定性

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