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第1篇

1．1高壓直流電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展

歐洲專家介紹了近海岸直流電網(wǎng)示范工程的研究結(jié)論，這項(xiàng)研究工作包括近海岸間歇性能源，直流電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)，控制保護(hù)等問題。兩個(gè)著名硬件設(shè)備開發(fā)商參與了該項(xiàng)目，完成用于測(cè)試控制技術(shù)開發(fā)的低功率模擬器，并證明保護(hù)算法可用于直流電網(wǎng)，開發(fā)出了基于電力電子和機(jī)械技術(shù)創(chuàng)新的直流斷路器；另有專家提出了利用有限的直流斷路器操作，設(shè)計(jì)具有故障清除能力直流網(wǎng)絡(luò)，模擬研究表明使用直流斷路器可迅速隔離直流側(cè)電網(wǎng)故障，即可在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電纜方案中使換流器繼續(xù)支撐交流網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)此問題，中國(guó)專家發(fā)言指出可采用全橋型子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來清除直流側(cè)故障，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)換相換流器（LCC）相同的功能。德國(guó)專家提出了關(guān)于采用電壓源換流器（VSC）的交直流混合架空線運(yùn)行的特殊要求，雖然混合運(yùn)行可提高現(xiàn)有輸電通道的容量，但存在一系列挑戰(zhàn)，包括利用可控、有效的方式實(shí)現(xiàn)多終端的操作管理，交直流系統(tǒng)的耦合效應(yīng)，直流電壓和電流匹配原則以及機(jī)械特性差異等。韓國(guó)專家提出了用于晶閘管換流閥的新型合成運(yùn)行試驗(yàn)回路，該回路可向測(cè)試對(duì)象施加試驗(yàn)用交、直流電壓和電流脈沖，并配置了可在試驗(yàn)前給電容充電的可控硅開關(guān)，以及為試驗(yàn)回路中晶閘管門極提供觸發(fā)能量的獨(dú)立高頻電源。

1．2可再生能源的并網(wǎng)

美國(guó)專家提出了近海岸高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可靠性分析方法，研究了平均失效時(shí)間和平均修復(fù)時(shí)間等可靠性指標(biāo)，并結(jié)合概率（蒙特卡洛）技術(shù)來評(píng)估風(fēng)速波動(dòng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的影響，且評(píng)估不同的系統(tǒng)互聯(lián)、系統(tǒng)冗余以及使用直流斷路器與否等技術(shù)方案的能量削減水平，提議將能量削減作為量化直流電網(wǎng)可靠性的指標(biāo)。為設(shè)計(jì)人員選擇不同的技術(shù)方案、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和保護(hù)方案提供依據(jù)。近海岸直流輸電換流站選址缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、項(xiàng)目參考及工程經(jīng)驗(yàn)，難以給項(xiàng)目相關(guān)者提供合理的建議，并且可能會(huì)在項(xiàng)目的開發(fā)過程中引入風(fēng)險(xiǎn)。挪威專家針對(duì)此情況提出了一種從石油和天然氣行業(yè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出的技術(shù)資格要求，將有助于更加快速、高效、可靠地部署海上高壓直流輸電系統(tǒng)。

1．3工程項(xiàng)目規(guī)劃、環(huán)境和監(jiān)管

哥倫比亞和意大利專家提出了哥倫比亞與巴拿馬電氣互聯(lián)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，初步設(shè)計(jì)方案額定容量為600MW／±450kV，經(jīng)過綜合比較，方案優(yōu)化為300MW／±250kV，400MW／±300kV的雙極結(jié)構(gòu)，并使用金屬回線作為最佳的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)解決方案。線路長(zhǎng)度由原來的600km變?yōu)?80km，但考慮到哥倫比亞輸電系統(tǒng)的強(qiáng)度問題，決定保留原來的輸電路線。貝盧蒙蒂第一條800kV特高壓直流輸電線路項(xiàng)目規(guī)劃構(gòu)想了額定參數(shù)為2×4GW／±800kV雙極結(jié)構(gòu)，直流線路長(zhǎng)2092km，連接巴西北部與南部的直流輸電工程方案；印尼第一條Java－Sumatra直流輸電工程，額定參數(shù)為3GW／±500kV，雙極結(jié)構(gòu)，直流線路包含架空線和海底電纜，考慮采用每極雙十二脈動(dòng)換流器和備用海底電纜來提高系統(tǒng)的可靠性和可用率；太平洋直流聯(lián)接紐帶介紹了延長(zhǎng)太平洋北部換流站壽命的最佳方案，將原有的換流器變?yōu)閭鹘y(tǒng)的雙極雙換流器結(jié)構(gòu)，但保留多余的2個(gè)換流器閥廳，現(xiàn)以3．8GW／±560kV為額定參數(shù)運(yùn)行。

1．4工程項(xiàng)目實(shí)施和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

新西蘭和德國(guó)專家提出“新西蘭直流工程新增極3的挑戰(zhàn)和解決方案”，該工程不僅要保證設(shè)備能承受較高的地震烈度，保障其在弱交流系統(tǒng)中安全穩(wěn)定運(yùn)行，還要設(shè)計(jì)合理的設(shè)備安裝地點(diǎn)，以及新建極與原有極的一體化控制保護(hù)系統(tǒng)；巴西互聯(lián)電力系統(tǒng)的Madeira河項(xiàng)目中SanAntonio發(fā)電廠對(duì)400MW的背靠背中第一個(gè)模塊及額定參數(shù)為3．15GW／±600kV雙極中的第一極進(jìn)行充電，工程因交流系統(tǒng)沒有足夠的短路容量而延遲工期，后通過安裝500kV／230kV聯(lián)接變壓器得以解決。印度的Champa－Kurukshetra±800kV／3GW高壓直流工程首次在特高壓輸電工程中采用金屬回線返回方式運(yùn)行，輸電線路長(zhǎng)1035km，遠(yuǎn)期增加容量3GW，雙極功率傳輸容量可達(dá)6GW；法國(guó)與西班牙東部互聯(lián)案例中采用雙回VSC－HVDC饋入交流網(wǎng)絡(luò)，研究認(rèn)為VSC－HVDC是首選的技術(shù)解決方案。

2FACTS裝置及技術(shù)應(yīng)用

2．1可再生能源并網(wǎng)

丹麥專家開發(fā)了多電平靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）通用電磁暫態(tài)模型，并基于倫敦Array風(fēng)力發(fā)電廠多電平STATCOM現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和電磁暫態(tài)仿真結(jié)果對(duì)比研究進(jìn)行了驗(yàn)證，仿真結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果比較相符，并顯示出良好的相關(guān)性。

2．2提高交流系統(tǒng)的性能

加拿大專家提出了用于工程規(guī)劃的通用VSC模型，開發(fā)了基于PSS／E的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)模型。驗(yàn)證了該模型部分交流側(cè)和直流側(cè)故障，結(jié)果表明具有良好的相關(guān)性，可在新的工程規(guī)劃和規(guī)范研究中應(yīng)用。伊朗專家提出了分布式發(fā)電并網(wǎng)中基于自適應(yīng)脈沖VSC的新型控制方法，與另外兩種控制方法相比，諧波補(bǔ)償和電能質(zhì)量改善比較表明，分布式發(fā)電中諧波含量減少，從而減少諧波注入交流網(wǎng)絡(luò)。“智能電力線路（smartpowerline，SPL）實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目”引入了在架空輸電線路嵌入微型變電站的概念。電源交換模塊，保護(hù)模塊和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可使輸電線路變得更智能，該技術(shù)還可以用于管理功率潮流和額外參數(shù)測(cè)量。

2．3FACTS工程項(xiàng)目規(guī)劃、環(huán)境和監(jiān)管

印度專家進(jìn)行了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置在印度電力系統(tǒng)的配置及選址研究，以易受故障擾動(dòng)影響的印度西部地區(qū)為重點(diǎn)研究區(qū)域，并提出了無功功率控制補(bǔ)償器的最佳位置和動(dòng)態(tài)范圍。

3電力電子設(shè)備的技術(shù)發(fā)展

3．1直流斷路器、直流潮流控制器和故障電流限制裝置

Alstom進(jìn)行了120kV直流斷路器的開發(fā)和測(cè)試研究，該斷路器包括電力電子元器件，超快速機(jī)械斷路器，串聯(lián)電容器和避雷器等重要組成部分，可在5．3ms內(nèi)開斷電流。ABB提出混合型直流輸電工程斷路器為未來高壓直流系統(tǒng)的解決方案，描述了混合直流斷路器的詳細(xì)功能、控制方式和設(shè)計(jì)原則，混合斷路器的核心部件同樣為超快速機(jī)械斷路器。ABB的專家還提出了低損耗機(jī)械直流斷路器在高壓直流電網(wǎng)中的應(yīng)用，其可替代混合直流斷路器，開斷參數(shù)最大為10kA／5ms。斷路器包含電磁制動(dòng)器、并聯(lián)諧振電路，已完成一個(gè)額定參數(shù)為80kV的斷路器樣機(jī)，并成功通過了開斷目標(biāo)電流的試驗(yàn)。

3．2新型半導(dǎo)體設(shè)備和換流器拓?fù)?/p>

第2篇

（1）利用高壓噴射法進(jìn)行施工時(shí)

其主要是利用鉆機(jī)來進(jìn)行鉆孔，當(dāng)鉆機(jī)達(dá)到要求的深度時(shí)，則利用高壓泥漿泵的高壓射流來對(duì)周圍的土體結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，同時(shí)再不斷的將鉆桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)提升，并在此過程中利用特殊噴嘴來向周圍土體中高壓噴射固化漿液，使其漿液與土體達(dá)到有效的固化，從而形成一定性能和正式成立的固結(jié)體，增加土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

（2）固結(jié)體形成什么樣的形狀

這是與噴射流的移動(dòng)方向有緊密聯(lián)系的，因?yàn)樵趪娚溥^程中，通常會(huì)采用旋轉(zhuǎn)、定向和擺動(dòng)三種噴射方式，這樣就會(huì)導(dǎo)致在旋噴情況下形成旋噴柱，這對(duì)于提高地基的抗剪強(qiáng)度，加固地基都具有良好的作用，而且可以對(duì)于地基土變形的情況有較好的改善作用，特別是當(dāng)上部具有較大荷載時(shí)，具有良好的承載作用，不至于變形或是受到破壞。而利用定噴時(shí)固結(jié)體則會(huì)呈現(xiàn)壁狀，而擺噴則會(huì)形成厚度較大的扇狀，這對(duì)于地基的防滲作用都具有非常好的效果，可以有效的確保邊坡的穩(wěn)定性，進(jìn)一步改善地基土的水力條件。

2高壓噴射灌漿工藝

2.1原材料

在灌漿施工時(shí)，需要確保漿體達(dá)到良好的可泵性和保水性，所以通常都會(huì)在施工前對(duì)漿體進(jìn)行必要的處理和養(yǎng)護(hù)，使其保持立方體的模型持續(xù)七天，然后還要對(duì)其進(jìn)行抗壓力度檢查，確保其符合灌漿時(shí)對(duì)漿體的要求。同時(shí)在施工過程中，為了有效的避免漿體出現(xiàn)干縮的現(xiàn)象發(fā)生，則需要將矢量的膨化劑加入到漿液中，有效的改善漿體干縮情況的發(fā)生。

2.2定位技術(shù)

對(duì)噴灌位置的確定時(shí)需要利用定位技術(shù)進(jìn)行，同時(shí)還要嚴(yán)格遵照施工圖紙，對(duì)施工中各種參數(shù)進(jìn)行充分的考慮，利用定位技術(shù)找準(zhǔn)防滲墻的位置，還要錯(cuò)開固有的鋼筋位置，并做好標(biāo)記，等一切工作準(zhǔn)備就緒后，檢查后與符合標(biāo)準(zhǔn)要求，即可以進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

2.3鉆孔技術(shù)

在灌漿施工中，對(duì)鉆孔有一定的限制。首先，不管是直孔，還是孔壁，都應(yīng)該有較高的筆直性和足夠的均勻度；其次，在施工中，需要有一個(gè)合理的程序，這就要求必須嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行操作。例如灌漿流程要從前到后依次開展，需注意后一鉆孔作為前一鉆孔的檢查孔，應(yīng)借助壓水實(shí)驗(yàn)來檢查鉆孔的吸水量，如果吸水量符合規(guī)定，后續(xù)孔的灌漿工作便可省去。此外，在灌漿施工開始前，需要做一些清理工作，將鉆孔或裂隙中的巖粉徹底沖洗掉，以維持其干凈性。常用沖擊鉆進(jìn)行鉆孔，按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，鉆頭和鋼筋的直徑差應(yīng)控制在5mm左右。

2.4插管

鉆完孔后，按照設(shè)計(jì)好的深度將注漿管及時(shí)插入地層，此環(huán)節(jié)通常和鉆孔是連在一起的，即每鉆完一個(gè)孔，就須將噴射管插入，輸送壓縮空氣，接著將漿泵打開，持續(xù)30s送漿，然后將鉆桿拔出。插管時(shí)為避免噴射管的噴嘴被泥沙堵塞，可將插管和射水工作同時(shí)進(jìn)行，如果壓力過大，可能會(huì)出現(xiàn)射塌孔壁的情況，因此，水的壓力盡量保持在1MPa以內(nèi)。

2.5噴漿

噴漿要遵循自下而上的順序，且需要結(jié)合土質(zhì)、地下水等因素綜合考慮，對(duì)噴漿的流量、壓力及提升速度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。有時(shí)需進(jìn)行二次噴射，即在上次噴射形成的漿土混合物上進(jìn)行噴射，噴射流遇到的阻力比上次噴射要小，二次噴射有利于增加固體的直徑。噴漿完成后，對(duì)套筒、拉桿等進(jìn)行清洗，以便下次使用。

2.6檢查

灌漿工作結(jié)束后，要做的就是檢查工作，必須對(duì)施工質(zhì)量做一個(gè)嚴(yán)格且全面的檢查，而且大概要維持一個(gè)月左右。比如說檢驗(yàn)灌漿區(qū)的鉆孔，就要做好壓水實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)巖心膠的觀察來確定其施工質(zhì)量是否符合規(guī)定要求。

3水利工程高壓噴射灌漿施工中質(zhì)量控制

3.1位置

首先必須按照指定的設(shè)計(jì)要求來布設(shè)防滲墻。那么，墻的厚度要和設(shè)計(jì)的要求一樣，子距一般為2.0m、有效半徑和擺角分別是1.8m和15°，另外，升速度一般為10cm/min。噴嘴型號(hào)為2mm，氣嘴7mm，水壓為29.4～34.3MPa，空氣壓735kPa。

3.2測(cè)壓管的四周必須要用黃沙來做漏層

規(guī)定管口為2英寸的PVC管，管底1.1m高為透水部分，外用400g/m2土工布包裹。

3.3在水泥的使用材料上必須要經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制

需要專業(yè)的人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣后特意地送往檢測(cè)部門在進(jìn)行檢驗(yàn)復(fù)試，那么，需要往水泥材料里添加外用劑的時(shí)候，也必須經(jīng)過試驗(yàn)后才能明確要摻進(jìn)的量度。

3.4鉆孔在經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗(yàn)之后才能進(jìn)行孔內(nèi)和縫面沖洗

將孔口敞開用風(fēng)和水一次進(jìn)行清洗，將風(fēng)（水）管插入孔底，風(fēng)（水）反復(fù)沖洗，直至回清水后即可結(jié)束。

3.5灌漿

由于裂縫兩邊的混凝土在灌漿壓力的作用之下會(huì)產(chǎn)生有害的變形，在進(jìn)行灌漿施工時(shí)應(yīng)布置好一起對(duì)裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，另外，在施工灌漿技術(shù)時(shí)的工序應(yīng)保持先淺到深、一側(cè)向另外一側(cè)、右下至上來進(jìn)行，另外，在灌漿施工結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)是單孔吸漿率趨于零之后，灌注20～30min，想要防止因?yàn)楦Z孔而破壞噴射注漿的固結(jié)體，就必須要分序進(jìn)行噴射施工工藝。

4結(jié)束語

第3篇

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；高壓電氣；試驗(yàn)；絕緣

前言

高壓電氣試驗(yàn)是考核電氣設(shè)備主絕緣或電氣參數(shù)是否滿足安全運(yùn)行的一個(gè)重要手段。然而，高壓電氣試驗(yàn)的結(jié)果往往會(huì)受到一些不為人們所注意的因素所干擾，造成試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況不符合，甚至得出錯(cuò)誤的結(jié)論。比如，被試設(shè)備的缺陷沒有被反映出來，造成設(shè)備帶病運(yùn)行；也可能把合格的設(shè)備判斷為不合格，從而造成不必要的損失。筆者對(duì)多年來在高壓試驗(yàn)中所碰到的一些問題，進(jìn)行歸納、分類和分析，并對(duì)如何避免和解決這些問題，提出了相應(yīng)的措施。

1、試驗(yàn)設(shè)備和被試設(shè)備的接地問題

1.1高壓TV及TA二次回路不接地造成測(cè)量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤

在測(cè)量高電壓和大電流時(shí)，必須使用TV和TA進(jìn)行變換。理論上，TV或TA的變比應(yīng)遵循電磁感應(yīng)定律，即它們是變比決定于一次繞組的匝數(shù)和二次繞組的匝數(shù)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，如果高電壓下的TV或TA的二次繞組沒有將一端接地時(shí)，實(shí)際上反映出來的變比就會(huì)偏離銘牌值，所測(cè)量出的數(shù)據(jù)也是錯(cuò)誤的。例如，對(duì)1臺(tái)30mW水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，采用1臺(tái)35KV/100V的TV和1塊150V的交流電壓表測(cè)量電壓，在第1次試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)電容電流比往年小得多，顯然是試驗(yàn)電壓沒有達(dá)到預(yù)定值，所測(cè)量的電壓是一個(gè)虛假的數(shù)據(jù)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)TV二次沒有接地。將TV二次繞組一端接地后，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1TV二次繞組不接地和接地的數(shù)據(jù)比較

如果按照電流與電壓成正比的關(guān)系反過來計(jì)算第1次試驗(yàn)電壓，應(yīng)為：（21/38）×23.8=13.15（kV），這一電壓與預(yù)定試驗(yàn)電壓相差甚遠(yuǎn)。對(duì)于高壓TA，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室也做過同樣的試驗(yàn)，當(dāng)高壓TA二次繞組不接地時(shí)，電流的變比同樣會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的偏差。

無獨(dú)有偶，在做1臺(tái)電力變壓器的空載試驗(yàn)時(shí)（試驗(yàn)電壓10kV），第1次試驗(yàn)所測(cè)量的空載電流和空載損耗與出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)不吻合，經(jīng)檢查也是TV和TA二次繞組沒有接地所造成。

由于高壓TV，TA的一次繞組和二次繞組與大地之間存在著分布電容，如果二次繞組不接地，二次繞組上的感應(yīng)電壓就會(huì)通過表計(jì)與大地之間產(chǎn)生雜散電流，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤的指示值。

通過對(duì)這一問題的分析，筆者認(rèn)為以下兩件事情在高壓試驗(yàn)中必須重視：

1）高壓TV和TA的二次繞組，不論是從安全的角度還是從測(cè)量的準(zhǔn)確度來考慮，都必須將其中的一個(gè)端子可靠接地；

2）在進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)同時(shí)測(cè)量試品的電容電流，因?yàn)榭梢詮碾娏鞯拇笮砼袛嘣囼?yàn)電壓是否正常。

1.2被試設(shè)備接地不良造成介質(zhì)損耗增加

這種問題主要發(fā)生在電容量較大的設(shè)備上，比如耦合電容器或CVT（電容式電壓互感器）。在變電站里，線路CVT或耦合電容器通常都與線路直接連接，在檢修時(shí)為了保證線路檢修人員的安全必須將CVT或耦合電容器的頂端接地，通常是將線路的接地開關(guān)合上或掛上臨時(shí)接地線。如果接地開關(guān)或臨時(shí)掛接的地線接觸不良，相當(dāng)于在電容器上串聯(lián)了一個(gè)附加的電阻。如果電容量為c，電容器的介質(zhì)損耗因tgδ與等值串聯(lián)電阻R有如下關(guān)系：

tgδ=Ωcr

從上式可知，當(dāng)電容器串聯(lián)的電阻一定時(shí)，電容器的電容量越大所產(chǎn)生的損耗越大。在實(shí)際試驗(yàn)中，已經(jīng)多次發(fā)生因接地開關(guān)或接地線接觸不良而造成被試品介質(zhì)損耗超標(biāo)的問題。表2是一個(gè)500KV直流中繼站耦合電容器的測(cè)量實(shí)例。

表2 耦合電容器介質(zhì)損耗測(cè)量數(shù)據(jù)比較

當(dāng)懷疑接地開關(guān)或接地線接觸不良時(shí)，可以在被試品上直接掛上另外的接地線，保證接觸良好。

1.3濾波器接地開關(guān)沒合上造成測(cè)量數(shù)據(jù)異常

這種情況發(fā)生在測(cè)量耦合電容器（或帶通信端子的CVT）上，如圖1所示。由于耦合電容器頂部接地，所以在測(cè)量C1的介質(zhì)損耗時(shí)通常采用反接屏蔽法，也就是將測(cè)量裝置的屏蔽端子接于C2的下端，這種接法似乎是把C2以下的元件全部屏蔽掉了，而事實(shí)上并非如此。表3是一個(gè)測(cè)量實(shí)例，從表3數(shù)據(jù)來看，當(dāng)接地開關(guān)打開時(shí)，不同的測(cè)量?jī)x器所呈現(xiàn)的異常情況不盡相同，只有當(dāng)接地開關(guān)合上后，才能測(cè)出正確的數(shù)據(jù)。這種情況說明異常現(xiàn)象還與儀器的測(cè)量原理有密切的關(guān)系。

因此，在測(cè)量耦合電容器的介質(zhì)損耗時(shí)，應(yīng)首先將結(jié)合濾波器的接地開關(guān)合上。

圖1反接屏蔽法測(cè)量C1

表3濾波器接地開關(guān)的分合狀態(tài)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響比較

2、試驗(yàn)電壓不同所引起的問題

2.1對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量的影響

在一次500KV直流中繼站的耦合電容器預(yù)防性試驗(yàn)中，由于耦合電容器電容量較大，為了避免儀器過載，采取降低試驗(yàn)電壓的方法進(jìn)行測(cè)量。在36臺(tái)耦合電容器中其中有1臺(tái)測(cè)量結(jié)果不合格，見表4序號(hào)1。為了查找試驗(yàn)不合格的原因，試驗(yàn)人員采取了各種各樣的方法，如改變?cè)囼?yàn)接線、擦拭外套等等，但測(cè)量結(jié)果仍不合格。第二天用另一型號(hào)的測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)在0.5KV的電壓下測(cè)量結(jié)果仍然不合格，但隨著試驗(yàn)電壓的提高，介質(zhì)損耗卻越來越小。然后再用回原來的儀器復(fù)測(cè)，在同樣的試驗(yàn)電壓下測(cè)量結(jié)果也已經(jīng)正常，測(cè)量結(jié)果見表4中序號(hào)2-7。這種現(xiàn)象顯然與絕緣材料中存在雜質(zhì)有關(guān)。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象，我們分析原因可能是：多元件串聯(lián)的耦合電容器中存在連接線氧化接觸不良的問題，在低電壓下氧化層未擊穿，呈現(xiàn)較大的接觸電阻，所以介損變大；當(dāng)試驗(yàn)電壓提高后，氧化膜擊穿，接觸電阻下降，介損變小，這時(shí)即使降低試驗(yàn)電壓，氧化膜仍保持導(dǎo)通狀態(tài)，介質(zhì)損耗不再增大。

2.2對(duì)測(cè)量直流電阻的影響

某廠1臺(tái)發(fā)電機(jī)在進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，用雙臂電橋測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組的直流電阻，測(cè)量結(jié)果與歷年數(shù)據(jù)相比顯著增加。為了慎重起見改用外加直流電壓電流法，測(cè)量結(jié)果卻與歷年試驗(yàn)數(shù)據(jù)接近，然后改用不同的儀器測(cè)量，數(shù)據(jù)變化很大。根據(jù)對(duì)測(cè)量方法和結(jié)果的分析，我們判定轉(zhuǎn)子繞組已經(jīng)存在導(dǎo)線斷裂的問題。導(dǎo)體斷裂后，在斷裂面形成一層導(dǎo)電性較差的氧化膜，當(dāng)用雙臂電橋測(cè)量時(shí)，由于電橋輸出電壓較低，氧化膜不擊穿，所以呈現(xiàn)較大的電阻；而采用外加電壓電流法時(shí)，由于輸出電壓較高，所以氧化膜擊穿導(dǎo)電，測(cè)量的直流電阻就變小。經(jīng)拔護(hù)環(huán)檢查，該轉(zhuǎn)子繞組端部存在5處斷裂的缺陷。

表4不同電壓下耦合電容器測(cè)量結(jié)果比較

以上例子說明，對(duì)于與直流電阻有關(guān)的試驗(yàn)，采用輸出電壓低的儀器更容易暴露設(shè)備存在的缺陷。

2.3對(duì)測(cè)量直流泄漏電流的影響

導(dǎo)體表面所產(chǎn)生的電暈電流在導(dǎo)體的形狀、電壓極性、導(dǎo)體間的距離確定以后，就與電場(chǎng)強(qiáng)度的大小有關(guān)。當(dāng)外施電壓小于一定的數(shù)值時(shí)，電暈電流很小，對(duì)泄漏電流的測(cè)量影響可以忽略，而當(dāng)試驗(yàn)電壓超過一定的數(shù)值后，電暈電流要比絕緣的電導(dǎo)電流大得多，這時(shí)就要采取措施減小電暈電流的影響。

3、環(huán)境溫度所引起的問題

在某廠1臺(tái)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的預(yù)防性試驗(yàn)中測(cè)得轉(zhuǎn)子繞組的直流電阻不合格，正準(zhǔn)備進(jìn)行處理，為慎重起見，先用原儀器進(jìn)行復(fù)測(cè)，卻發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)是合格的。在后來的幾天里，這種情況總是反復(fù)出現(xiàn)，所測(cè)得的數(shù)據(jù)有時(shí)合格，有時(shí)又不合格，令人費(fèi)解。后來經(jīng)詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)凡是白天測(cè)量的數(shù)據(jù)都是合格的，而晚上測(cè)量的數(shù)據(jù)都是不合格的。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，該電廠所處的地區(qū)白天和晚上的溫差較大，極有可能是轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體存在裂紋，白天溫度高時(shí)，由于導(dǎo)體膨脹，裂紋被頂緊而完全導(dǎo)通，所以直流電阻合格；而到了晚上，由于溫度降低，導(dǎo)線收縮，裂縫被扯開，所以直流電阻增大而不合格。經(jīng)拔護(hù)環(huán)檢查，證明這一分析是正確的。

4、引線所引起的問題

4.1絕緣帶的問題

在一次測(cè)量500kV斷路器斷口電容器的介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí)，所測(cè)得的數(shù)據(jù)總是不合格，為了找出原因，試驗(yàn)人員嘗試了各種各樣的方法，最后發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)取消固定試驗(yàn)引線的塑料帶后，所測(cè)得的數(shù)據(jù)才是合格的。經(jīng)用兆歐表測(cè)量，所用的塑料帶絕緣電阻竟然只有幾百兆歐，而被試設(shè)備的絕緣電阻均大于10000MΩ，用這樣的塑料帶固定試驗(yàn)引線，無疑是在試品上并聯(lián)了一個(gè)電阻，增加了試品的介質(zhì)損耗。這種現(xiàn)象確實(shí)非常罕見，為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，檢查所使用的絕緣塑料帶的絕緣電阻還是很有必要的。

4.2避雷器的引線問題

某廠1臺(tái)500kV主變中性點(diǎn)避雷器在預(yù)防性試驗(yàn)中，檢修人員僅將引線的主變側(cè)斷開，引線保留在避雷器上，用塑料絕緣帶固定并與周圍設(shè)備保持足夠的距離。然而，在試驗(yàn)中75%直流參考電壓下的泄漏電流總是在70μA~80μA之間，大于50μA，按規(guī)程規(guī)定屬于不合格。廠里只好打算更換。為了慎重起見，在拆下避雷器的引線后進(jìn)行復(fù)測(cè)，泄漏電流已小于20μA。由此可見，在進(jìn)行避雷器試驗(yàn)時(shí)，高壓部位的引線必須全部拆除，而且高壓直流發(fā)生器的屏蔽線必須直接接到避雷器的高壓端，以防止引線所產(chǎn)生的電暈電流流入微安表造成測(cè)量偏差。

5、結(jié)束語

第4篇

論文摘要：發(fā)電側(cè)AVC子站通過遠(yuǎn)動(dòng)專線接收內(nèi)蒙省調(diào)AVC主站下發(fā)的電廠側(cè)220KV母線指令。中控單元在充分考慮各種約束條件后，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的控制脈沖寬度，以通訊方式下發(fā)至AVC執(zhí)行終端，由執(zhí)行終端輸出增減磁信號(hào)給勵(lì)磁系統(tǒng)（或輸出至DCS），調(diào)節(jié)機(jī)組無功功率，發(fā)電機(jī)無功出力與機(jī)端電壓受其勵(lì)磁電流的影響，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，發(fā)電機(jī)的無功出力與機(jī)端電壓也隨之增減，并通過機(jī)端變壓器進(jìn)一步影響到母線電壓的高低，勵(lì)磁電流的增減可通過改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR)給定值實(shí)現(xiàn)。

一、

選題背景及其意義

近年來，隨著我國(guó)電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已成為電力生產(chǎn)的重大課題。必須不斷采用新技術(shù)在保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，提高電能質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)元件中的電能損耗，從而獲得滿足安全運(yùn)行條件下的最大經(jīng)濟(jì)性和最好的電能質(zhì)量。其中電網(wǎng)的自動(dòng)電壓控制及無功優(yōu)化(簡(jiǎn)稱AVC)就是電力生產(chǎn)中提高電能質(zhì)量，降低網(wǎng)損的重要手段。國(guó)家電力調(diào)度中心已經(jīng)把這一項(xiàng)目列入了“十一五規(guī)劃”。

自動(dòng)電壓無功調(diào)控系統(tǒng)AVC系統(tǒng)將發(fā)電廠母線電壓的調(diào)整由人工監(jiān)控改為自動(dòng)調(diào)控，具有以下意義：

1.提高穩(wěn)定水平：網(wǎng)內(nèi)電廠全部投入裝置后，通過合理分配無功，可將系統(tǒng)電壓和無功儲(chǔ)備保持在較高的水平，從而大大提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平和機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定水平。

2.改善電壓質(zhì)量：電壓監(jiān)督電壓合格率得到大幅度提高。

3.消除了人為因素引起誤調(diào)節(jié)的情況，有效降低了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度。

二、國(guó)內(nèi)無功電壓控制現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)目前對(duì)發(fā)電廠無功電壓的管理考核方式，主要是由調(diào)度中心按照高峰、平谷和低谷等不同時(shí)段劃分母線電壓控制范圍，按季度向各發(fā)電廠下達(dá)曲線指標(biāo)，發(fā)電廠則根據(jù)曲線要求，實(shí)行人工24小時(shí)連續(xù)監(jiān)視盤表，及時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功出力，以維持母線電壓在合格范圍內(nèi)。這種沿用了多年的就地分散控制管理模式，在當(dāng)前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的形勢(shì)下逐漸暴露出了一些弊端，存在的主要問題是：

1.事先給定的電壓曲線和無功設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃是離線確定的，并不能反映電網(wǎng)的實(shí)際情況，按照這種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)往往帶來安全隱患。

2.電網(wǎng)運(yùn)行人員需要時(shí)刻監(jiān)視系統(tǒng)電壓無功情況，并進(jìn)行人工調(diào)整，工作強(qiáng)度大，而且往往會(huì)造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)大;

3.電廠之間，無功調(diào)節(jié)對(duì)相互母線電壓影響大，無功調(diào)節(jié)矛盾突出。由于各電廠只關(guān)注自身母線電壓，沒有從全局角度協(xié)調(diào)無功分配，電網(wǎng)無功功率無謂搬運(yùn)現(xiàn)象突出，經(jīng)常出現(xiàn)無功環(huán)流現(xiàn)象，造成不必要的有功損耗。各廠、站無功電壓控制沒有進(jìn)行協(xié)調(diào)，造成電網(wǎng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。

上述問題的存在，既增加機(jī)組進(jìn)相深度，影響機(jī)組和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，也使網(wǎng)損增加，影響經(jīng)濟(jì)性。因此，有必要發(fā)展AVC(自動(dòng)電壓控制)系統(tǒng)，從全局對(duì)電網(wǎng)無功潮流和發(fā)電機(jī)組無功功率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)電廠母線電壓和無功功率的自動(dòng)調(diào)控，合理協(xié)調(diào)電網(wǎng)無功分布，以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高電壓質(zhì)量和減少網(wǎng)損，降低運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度。近幾年來國(guó)際上幾次重大的電網(wǎng)事故如美加大停電，都有無功電壓的問題造成電壓崩潰，致使電網(wǎng)癱瘓。無功電壓自動(dòng)控制技術(shù)越來越引起重視，在華北電網(wǎng)，基于分層分區(qū)控制技術(shù)的二/三次電壓控制技術(shù)在某些電廠逐步進(jìn)入應(yīng)用，而本論文依據(jù)包頭第二熱電廠現(xiàn)場(chǎng)改造的實(shí)際情況，將重點(diǎn)講述電廠側(cè)無功電壓控制方案在包頭第二熱電廠的應(yīng)用。

三、課題研究的主要內(nèi)容：

發(fā)電廠側(cè)AVC實(shí)施方案

信息來源:http:/1. 自動(dòng)電壓無功調(diào)控系統(tǒng)控制方案

在發(fā)電側(cè)增設(shè)一套電壓無功自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)，與調(diào)度中心共同組成AVC系統(tǒng)，以主站-子站星型網(wǎng)絡(luò)方式運(yùn)行，主站和子站系統(tǒng)之間通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)互連并完成信息交換。 發(fā)電側(cè)AVC子站通過遠(yuǎn)動(dòng)專線接收內(nèi)蒙省調(diào)AVC主站下發(fā)的電廠側(cè)220KV母線指令。中控單元在充分考慮各種約束條件后，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的控制脈沖寬度，以通訊方式下發(fā)至AVC執(zhí)行終端，由執(zhí)行終端輸出增減磁信號(hào)給勵(lì)磁系統(tǒng)（或輸出至DCS），調(diào)節(jié)機(jī)組無功功率，發(fā)電機(jī)無功出力與機(jī)端電壓受其勵(lì)磁電流的影響，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，發(fā)電機(jī)的無功出力與機(jī)端電壓也隨之增減，并通過機(jī)端變壓器進(jìn)一步影響到母線電壓的高低，勵(lì)磁電流的增減可通過改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR)給定值實(shí)現(xiàn)。所以系統(tǒng)的無功電壓控制通過勵(lì)磁系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)電壓調(diào)控系統(tǒng)AVC是通過改變發(fā)電機(jī)AVR的給定值來改變機(jī)端電壓和發(fā)電機(jī)輸出無功的。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

包頭第二熱電廠300MW機(jī)組自動(dòng)電壓控制(AVC)系統(tǒng)框圖

2.合理的設(shè)備配置方案

2.1.安全可靠的硬件配置

本工程采用中控單元/執(zhí)行終端配置方式，共安裝兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，每套設(shè)備配置臺(tái)中控單元（主/備）和2臺(tái)AVC執(zhí)行終端，終端與機(jī)組一對(duì)一配置。AVC子站中控單元接收內(nèi)蒙省調(diào)AVC主站下達(dá)的電廠側(cè)高壓母線電壓指令，在充分考慮各種約束條件后，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的控制脈沖寬度，下發(fā)至AVC執(zhí)行終端，執(zhí)行終端輸出增減磁信號(hào)給勵(lì)磁系統(tǒng)，由勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)組無功功率。

中控單元有主備功能，主中控單元故障時(shí)，可切換至備用中控單元，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。主中控單元恢復(fù)后，自動(dòng)切回主中控單元控制。

本工程共有中控單元2臺(tái)，執(zhí)行終端2臺(tái)。

2.2.人性化的發(fā)電廠AVC子站軟件配置方案

2.2.1.包括完整的數(shù)據(jù)采集、處理、通信和診斷等各種軟件，應(yīng)具有告警、具體故障內(nèi)容的中文提示及事故記錄功能。軟件配置滿足功能規(guī)范的要求，具有良好的實(shí)時(shí)性和可維護(hù)性。

2.2.2軟件遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，滿足開放的要求。

2.1.3.便于用戶的二次開發(fā)和在線安裝、生成、修改新的應(yīng)用功能。

2.1.4.配備一套完整的、可運(yùn)行的軟件備份。

2.2.5.系統(tǒng)有較強(qiáng)的防計(jì)算機(jī)病毒、反入侵能力，提供硬件防火墻或其它安全設(shè)施的接入能力。

2.2.6.具備較強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，能夠長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行事件、系統(tǒng)參數(shù)和離線電壓設(shè)定曲線等數(shù)據(jù)。

3.對(duì)功能模塊的要求

3.1計(jì)算模塊應(yīng)具有下列功能：

ü

根據(jù)高壓母線電壓調(diào)整量目標(biāo)值計(jì)算電廠對(duì)應(yīng)機(jī)組發(fā)出無功功率目標(biāo)值。

ü

按照給定的無功分配策略，將總的無功目標(biāo)值分配給各臺(tái)機(jī)組。

ü

選擇需要調(diào)整的機(jī)組，給出合適的調(diào)整指令。

ü

自動(dòng)識(shí)別母線檢修，雙母線結(jié)構(gòu)一條母線檢修，控制母線自動(dòng)切換至另一條母線。

3.2.運(yùn)行約束條件：

ü

AVC主站下發(fā)的調(diào)節(jié)信號(hào)突變限值；

ü

AVC主站控制無效時(shí)間限值；

ü

發(fā)電機(jī)參與調(diào)節(jié)的有功功率限值。

ü

發(fā)電機(jī)在不同的有功出力下對(duì)應(yīng)的無功功率上下限；

ü

發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓上下限；

ü

發(fā)電機(jī)的機(jī)端電流上下限；

ü

高壓側(cè)母線電壓上下限；

ü

AVR自動(dòng)信號(hào)消失；

ü

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)波動(dòng)過于劇烈，超過設(shè)定值；

ü

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不刷新；

ü

省調(diào)通信中斷；

ü

RTU通信故障；

ü

機(jī)組有功越閉鎖值；

ü

機(jī)組無功越閉鎖值；

ü

機(jī)組機(jī)端電壓越閉鎖值；

ü

機(jī)組機(jī)端電流越閉鎖值；

ü

母線電壓越閉鎖值。

ü

機(jī)端電流耦合校驗(yàn)

AVC子站在滿足以上運(yùn)行約束條件時(shí)，裝置閉鎖輸出并發(fā)出增減閉鎖信號(hào)，一旦運(yùn)行條件正常，增減閉鎖信號(hào)消失，裝置自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

3.3AVC子站的控制模式

ü

退出：只能工作在研究方式下。

ü

閉環(huán)：AVC主站與子站閉環(huán)運(yùn)行。

ü

開環(huán)：AVC子站系統(tǒng)根據(jù)本地設(shè)定電壓運(yùn)行

3.4防誤措施

ü

中控單元計(jì)算錯(cuò)誤時(shí)有保護(hù)措施，能可靠保證不誤輸出。

ü

執(zhí)行終端掉電時(shí)不會(huì)誤輸出。

ü

任一硬件模塊或連線損壞，均不會(huì)造成設(shè)備誤輸出。

ü

防止輸出控制節(jié)點(diǎn)粘死措施，當(dāng)輸出節(jié)點(diǎn)粘死導(dǎo)致輸出控制脈沖過長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)自動(dòng)切斷控制輸出信號(hào)保證機(jī)組安全。

4.GPS對(duì)時(shí)接口

子站系統(tǒng)提供RS485串口（RS232口備用），可與廠內(nèi)衛(wèi)星定時(shí)系統(tǒng)GPS實(shí)現(xiàn)精確對(duì)時(shí)（對(duì)時(shí)誤差不大于1ms）。

5.自動(dòng)電壓無功調(diào)控系統(tǒng)調(diào)試中注意問題。

自動(dòng)電壓調(diào)控系統(tǒng)的各種限制功能必須與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)AVR的各種限制以及和發(fā)變組保護(hù)很好的配合。根據(jù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系各種限制數(shù)據(jù)以及發(fā)電機(jī)P-Q曲線、發(fā)變組保護(hù)定值對(duì)自動(dòng)電壓調(diào)控系統(tǒng)定值進(jìn)合理整定，杜絕配合不好帶來的不良后果。

試驗(yàn)時(shí)，調(diào)度及電廠運(yùn)行加強(qiáng)監(jiān)視控制點(diǎn)參數(shù)，必要時(shí)，無條件退出AVC運(yùn)行，并恢復(fù)參數(shù)。 調(diào)試中注意和發(fā)電廠側(cè)進(jìn)相數(shù)據(jù)的配合，調(diào)整中要保證6KV廠用電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，如果調(diào)整中6KV電壓過低，有必要調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓定值。

在無功調(diào)控設(shè)備中采取措施防止增磁和減磁出口繼電器接點(diǎn)粘連。

四、

研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)

（1）

本文著重闡述該系統(tǒng)如何通過合理的硬件配置實(shí)現(xiàn)安全可靠運(yùn)行、如何實(shí)現(xiàn)人性化、可視化、智能化的軟件系統(tǒng)配置。

（2）

在參數(shù)設(shè)定中，既要保證電網(wǎng)電壓及無功優(yōu)化問題、又要考慮到本廠汽輪發(fā)電機(jī)組在調(diào)節(jié)過程中的安全穩(wěn)定問題，因此AVR執(zhí)行終端的無功功率調(diào)節(jié)死區(qū)、脈沖計(jì)算斜率、最大脈沖寬度的定值是AVR成功運(yùn)行的關(guān)鍵因素，也是本文的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

（3）自動(dòng)電壓調(diào)控系統(tǒng)的各種限制功能必須與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)AVR的各種限制以及和發(fā)變組保護(hù)很好的配合。根據(jù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系各種限制數(shù)據(jù)以及發(fā)電機(jī)P-Q曲線、發(fā)變組保護(hù)定值對(duì)自動(dòng)電壓調(diào)控系統(tǒng)定值進(jìn)合理整定，杜絕配合不好帶來的不良后果。

五、預(yù)期成果

本課題研究成功投入使用后，將發(fā)電廠母線電壓的調(diào)整由人工監(jiān)控改為自動(dòng)調(diào)控，消除了人為因素引起誤調(diào)節(jié)的情況，有效降低了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，保證系統(tǒng)電壓低于規(guī)定的最大數(shù)值，以適應(yīng)電力設(shè)備的絕緣水平和避免變壓器過飽和，并向用戶提供合理的最高水平電壓; 信息來自:tede.cn 大機(jī)組無功出力分配必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，單機(jī)無功必須滿足P-Q曲線，保證了機(jī)組安全運(yùn)行，盡可能地降低了電網(wǎng)的有功功率損耗，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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Sancha J L.Fernandez J L Secondary Voltage Control:Analysis Solutions and Simulation Results for the Spanish Transmission System 1996(2)

第5篇

被加州大學(xué)洛杉磯分校研究小組稱為磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器的這款內(nèi)存極有可能成為未來幾乎所有電子產(chǎn)品的內(nèi)存條，包括智能手機(jī)、平板電腦、計(jì)算機(jī)、微處理器，也可專門用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如計(jì)算機(jī)和大型數(shù)據(jù)中心的固態(tài)磁盤等。

磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是它耗能極低，同時(shí)密度大、讀取和寫入速度快、不揮發(fā)，不用加電也可保存數(shù)據(jù)（這類似于硬盤驅(qū)動(dòng)器和閃存條，但速度要快得多）。

當(dāng)前，磁性內(nèi)存的技術(shù)基礎(chǔ)是自旋轉(zhuǎn)移矩，利用了電子（自旋體）的電荷和磁特性，以電流移動(dòng)電子，向內(nèi)存寫入數(shù)據(jù)。盡管自旋轉(zhuǎn)移矩與其他內(nèi)存技術(shù)相比有諸多優(yōu)勢(shì)，但其電流寫入機(jī)制仍須消耗一定能量，即寫入數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定熱量。其存儲(chǔ)能力受到數(shù)據(jù)物理距離的限制，即寫入信息所需電流的限制。這種低位能力拉高了比特成本，從而限制了自旋轉(zhuǎn)移矩技術(shù)的應(yīng)用。

在磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器中，加州大學(xué)洛杉磯分校的研究小組用電壓取代電流來寫入數(shù)據(jù)。這樣就無須用導(dǎo)線移動(dòng)大量的電子，而只須利用電壓（電勢(shì)差）即可開關(guān)磁位，向內(nèi)存寫入信息。這樣計(jì)算機(jī)內(nèi)存產(chǎn)生的熱量就大為減少，節(jié)能效率提高10到1000倍。此外，內(nèi)存密度可提高5倍，在同樣的物理空間內(nèi)能存儲(chǔ)更多的位信息，從而降低了比特成本。

該研究負(fù)責(zé)人為加州大學(xué)洛杉磯分校電氣工程系教授王康，成員還有論文第一作者、電氣工程研究生胡安· G·阿爾扎泰以及加州大學(xué)洛杉磯分校—國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署非揮發(fā)邏輯項(xiàng)目經(jīng)理、電氣工程助理研究員佩德拉姆·哈利利。

哈利利說：“以電壓控制納米級(jí)磁體的能力是磁學(xué)研究中令人興奮、快速增長(zhǎng)的領(lǐng)域。這一工作為下列研究提供了新思考：如何以電壓脈沖控制開關(guān)方向，如何不用外部磁場(chǎng)就能確保設(shè)備正常工作，如何把它們整合成高密度存儲(chǔ)器陣列等。一旦做成商品，磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器相對(duì)現(xiàn)行其他技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不僅表現(xiàn)在能量散失少上，還表現(xiàn)在能使磁阻隨機(jī)存儲(chǔ)器極為密實(shí)，這也很重要。由于成本低、性能高，磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器可以挺進(jìn)以前為成本和性能所困的新的應(yīng)用領(lǐng)域。”

阿爾扎泰說：“最近首款自旋轉(zhuǎn)移矩—磁阻隨機(jī)存儲(chǔ)器（STT-RAM）商用芯片問世，它也為磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器的推廣打開了大門，因?yàn)樗鼈兊脑O(shè)備原料和制造工藝十分相似，后者既可兼容STT-RAM當(dāng)前的邏輯電流技術(shù)，又減緩了能量和密度的限制。”

名為《納米級(jí)磁穿隧接面的電壓開關(guān)控制》論文介紹了上述研究成果，在12月12日于舊金山召開的美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)國(guó)際電子設(shè)備2012年會(huì)上進(jìn)行了宣讀，該年會(huì)是“半導(dǎo)體和電子設(shè)備領(lǐng)域突破性成果的杰出論壇”。

磁電隨機(jī)存儲(chǔ)器采用了稱為受電壓控制的磁絕緣體結(jié)點(diǎn)的納米級(jí)結(jié)構(gòu)，數(shù)層摞在一起，其中有兩層是磁性材料，一層磁場(chǎng)方向固定，另一層可通過電場(chǎng)加以控制。特殊設(shè)計(jì)的設(shè)備對(duì)電場(chǎng)很敏感。當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，兩個(gè)磁層間就產(chǎn)生了電位差，即電壓。電壓可通過在各層表面聚積或消除電子，向內(nèi)存寫入信息。

王康指出：“像這樣能量極低的自旋電子設(shè)備，其潛在應(yīng)用不只限于存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)。這些存儲(chǔ)器可集合邏輯和計(jì)算，從而徹底消除預(yù)備電力，使即通型電子系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)，極大提高設(shè)備功能。”

第6篇

關(guān)鍵詞：三維電極，中試裝置，PCB含銅廢水，電費(fèi)

 

隨著電子通訊行業(yè)的迅猛發(fā)展，我國(guó)已成為名副其實(shí)的PCB生產(chǎn)大國(guó)，PCB產(chǎn)量多年居世界第一位。PCB生產(chǎn)廢水中污染物主要是COD與重金屬銅[1]。產(chǎn)生銅廢水的工序主要有：沉銅、全板電鍍銅、圖形電鍍銅、蝕刻以及各種印制板前處理工序。其中含銅非絡(luò)合物廢水主要來源為磨板、全板電鍍、圖形電鍍、酸性蝕刻以及其他一些漂洗工序[2]。本試驗(yàn)主要采用陰極填充粒子的三維電極電解法處理各環(huán)節(jié)排放的非絡(luò)合綜合含銅廢水，并進(jìn)行電費(fèi)成本的估算。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)裝置

三維電極中試設(shè)備如圖1所示，采用PVC塑料制作（70cm50cm60cm），處理水量140L，陽極為兩塊35 cm 45 cm的涂鈦極板，陰極為2塊20cm 53 cm的銅板環(huán)境保護(hù)論文，放置在寬6cm的玻璃槽中，槽中填充廢鐵屑或活性炭粒子。

圖1 三維電極電解中試裝置圖

Fig.1 Schematic diagram of three-dimensional electrode pilot reactor

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)備為HY1711-5S雙路可跟蹤直流穩(wěn)壓電源、721可見分光光度計(jì)。銅離子檢測(cè)采用2,9-二甲基-1,10-菲啰啉分光光度法中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫。

銅離子流經(jīng)粒子顆粒陰極，并在其表面還原吸附析出。試驗(yàn)用水取自線路板生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際含非絡(luò)合銅廢水。粒子電極中的活性炭是不飽和的，故在試驗(yàn)前先用試驗(yàn)原水對(duì)其浸泡,并多次換水，測(cè)定浸泡前、后水中的銅離子，直至兩者相同。試驗(yàn)考查極間距、電解電壓、電解時(shí)間和不同填充粒子對(duì)銅去除率的影響，得出最佳運(yùn)行參數(shù)，估算電費(fèi)成本。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 極間距對(duì)銅離子去除的影響

為能更好的溶出廢水中的銅，調(diào)節(jié)廢水的pH值為3-4，試驗(yàn)中陰極添加了鐵屑，考查當(dāng)電解電壓為13V和16V時(shí)，極間距分別為4cm和6cm條件下的銅去除，結(jié)果如圖2。

Fig2.Effect of electrode distance on Cu removal

由圖2可知，不同電壓下銅去除率都隨極間距的減小而增加，這是因?yàn)闃O間距影響著溶液的傳質(zhì)距離和電極電勢(shì)[3]。極間距小相應(yīng)的可減小對(duì)流、擴(kuò)散傳質(zhì)的傳質(zhì)距離，增大傳質(zhì)的濃度梯度環(huán)境保護(hù)論文，強(qiáng)化傳質(zhì)效果，降低電解電壓，提高電解速率和效率。但間距過小會(huì)影響操作的穩(wěn)定性，因此試驗(yàn)中采用極間距4cm。當(dāng)電壓為16v時(shí)，電解215min銅去除率為49.6%，此時(shí)電流為5.80A，以河北省工業(yè)用電0.71元/度計(jì)，電費(fèi)成本為1.68元。

2.2 電解電壓、填充顆粒和電解時(shí)間對(duì)銅離子去除的影響

為使填充顆粒呈現(xiàn)復(fù)極化，電解電壓必須足夠高。當(dāng)施加在粒子電極上的電壓低于反應(yīng)電壓時(shí)，只有短路電流或旁路電流存在。大于反應(yīng)電壓時(shí)，則有反應(yīng)電流出現(xiàn)。電壓越高，復(fù)極化程度越大，處理效果越好，但耗電量越大，并且填充顆粒上副反應(yīng)加劇，產(chǎn)生大量氣泡環(huán)境保護(hù)論文，使得污染物在粒子上不能很好地吸附。試驗(yàn)考查了極間距4cm，陰極槽填充鐵屑和活性碳兩種粒子電極形式下的銅去除率，結(jié)果見圖3和圖4。

Fig3.Cu removal efficiency of three-dimensional electrode at4cm electrode distance andfilling scrap iron

Fig4.Cu removal efficiency of three-dimensional electrode at4cm electrode distance andfilling activated carbon

試驗(yàn)表明陰極槽填充鐵屑，當(dāng)電壓大于16v，電解220min以上時(shí)，銅去除率可達(dá)到50%，電壓22v時(shí)電解135min，銅去除率為56.4%。而陰極槽填充活性炭時(shí)，電壓在20v以下，銅去除率仍然極低，當(dāng)大于22v后銅離子可去除50%以上中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫。

圖中還可看出陰極填充鐵屑對(duì)銅的去除要好于填充活性炭顆粒，所需電壓小，電解時(shí)間短，但通過電費(fèi)估算可知陰極填充鐵屑時(shí)電解電費(fèi)成本較高。電壓為22V，電解135分鐘，銅去除率達(dá)到56.4%環(huán)境保護(hù)論文，進(jìn)水銅濃度為58.0mg/L時(shí)，出水銅為25.3mg/L，電費(fèi)成本1.72元/噸。陰極槽填充活性炭顆粒時(shí)，電壓為22v，電解90min，銅去除率為52.1%，進(jìn)水銅濃度為171.3mg/L時(shí)，出水銅為82.0mg/L，電費(fèi)成本1.12元/噸。

由圖4還可知，,隨著電解時(shí)間的延長(zhǎng),對(duì)銅離子的去除率逐漸增大，在前135 min內(nèi)銅去除率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而迅速增大，之后增速逐漸減慢并趨于穩(wěn)定。其原因是電解初期，裝置內(nèi)銅離子濃度高，能快速擴(kuò)散到電極表面。之后裝置銅濃度下降，濃度梯度對(duì)去除效果的影響變得顯著，所以降解曲線變得越平緩?？紤]到運(yùn)行費(fèi)用環(huán)境保護(hù)論文，電壓為22v，電解時(shí)間宜取90 min。

3 結(jié)論

中試試驗(yàn)表明三維電極電解處理PCB非絡(luò)合銅廢水最佳處理?xiàng)l件時(shí)陰極槽添加活性炭粒子，極間距4cm，電壓22V，電解90分鐘，在此條件下銅去除率為52.1%，進(jìn)水銅濃度為171.3mg/L時(shí)，出水銅為82.0mg/L，電費(fèi)成本約為1.12元/噸。三維電極電解處理此種廢水雖能回收銅，但出水達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需采用其他方法繼續(xù)處理。

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第7篇

【關(guān)鍵詞】低壓配電 配電線路 導(dǎo)線截面 節(jié)能 降損

中圖分類號(hào)：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

一．前言

我們知道，電力網(wǎng)在輸送電能的過程中，電能損耗是十分驚人的，在這巨大的電能損耗中低壓（380V/220V）配電網(wǎng)占有相當(dāng)大的比重。主要原因是低壓配電網(wǎng)電壓低、電流大，特別是負(fù)荷功率因數(shù)低，更加大了電能損失。若能有效降低低壓配電網(wǎng)的線路損耗，對(duì)于提高整個(gè)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行將具有重大意義。在進(jìn)行輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)，選擇導(dǎo)線截面的傳統(tǒng)方法是：按導(dǎo)線機(jī)械強(qiáng)度、允許電壓降和導(dǎo)線長(zhǎng)期允許安全載流量等因素而定。但從節(jié)約能源的原則出發(fā)，應(yīng)將“電能損耗大小”作為配電線路選擇導(dǎo)線截面的依據(jù)之一。即在經(jīng)濟(jì)合理的原則下，適當(dāng)增大導(dǎo)線截面積以減少輸電線路電能損耗，從而達(dá)到在不增加發(fā)電能力的情況下而增加供電能力的目的。

二．低壓配電線路導(dǎo)線截面選擇

工程設(shè)計(jì)時(shí)，離不開電氣設(shè)計(jì)，而電氣設(shè)計(jì)直接關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全、環(huán)境保護(hù)和其他公眾利益，成功的導(dǎo)線截面設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)是安全、合理、經(jīng)濟(jì)和可行的。而導(dǎo)線截面設(shè)計(jì)則是電氣工程設(shè)計(jì)的重要組成部分之一。由國(guó)家建設(shè)部頒發(fā)的《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文》對(duì)電氣方面要求就更加嚴(yán)格。因此，我們?cè)诘蛪号潆娋€路導(dǎo)線截面設(shè)計(jì)中，不僅要使導(dǎo)線截面有足夠的安全儲(chǔ)備，而且要限制導(dǎo)線截面過大造成的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，來保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。低壓線路導(dǎo)線導(dǎo)線截面設(shè)計(jì)，一般應(yīng)根據(jù)以下幾方面的要求來選擇：

1.選擇導(dǎo)線截面，首先滿足發(fā)熱條件這一要求，即導(dǎo)線通過的電流，不得超過其允許的最大安全電流。通常，當(dāng)負(fù)荷電流通過導(dǎo)線時(shí)，由于導(dǎo)線具有電阻，導(dǎo)線發(fā)熱，溫度升高。當(dāng)裸導(dǎo)線的發(fā)熱溫度過高時(shí)，導(dǎo)線接頭處的氧化加劇，接觸電阻增大；如果發(fā)熱溫度進(jìn)一步升高，可能發(fā)生斷線事故。當(dāng)絕緣導(dǎo)線( 包括電纜) 的溫度過高時(shí)，絕緣老化和損壞，甚至引起火災(zāi)。因此，導(dǎo)線應(yīng)能夠承受長(zhǎng)期負(fù)荷電流所引起溫升。各類導(dǎo)線都規(guī)定了長(zhǎng)期允許溫度和短時(shí)最高溫度，從而決定了導(dǎo)線允許長(zhǎng)期通過的電流和短路時(shí)的熱穩(wěn)定電流。選擇導(dǎo)線截面時(shí)，應(yīng)考慮計(jì)算的負(fù)荷電流不超過導(dǎo)線的長(zhǎng)期載流量，導(dǎo)線的額定電流可以從工具書中查到。

2.為保證導(dǎo)線具有必要的機(jī)械強(qiáng)度，要求導(dǎo)線的截面不得太小。因?yàn)閷?dǎo)線截面越小，其機(jī)械強(qiáng)度越低。低壓線路的導(dǎo)線要經(jīng)受拉力，電纜要經(jīng)受拖曳。所以，規(guī)程對(duì)不同等級(jí)的線路和不同材料的導(dǎo)線，分別規(guī)定了最小允許截面。按機(jī)械強(qiáng)度選擇導(dǎo)線的允許最小截面，可參考表一。

3.選擇導(dǎo)線截面，還應(yīng)考慮線路上的電壓降和電能損耗。電壓損失導(dǎo)線的電壓降必須限制在一定范圍以內(nèi)。按規(guī)定，電力線路在正常情況下的電壓波動(dòng)不得超過正負(fù)百分之五臨時(shí)供電線路可降低到百分之八。當(dāng)線路有分支負(fù)荷時(shí)，如果給出負(fù)截的電功率P和送電距離L，允許的電壓損失為ε，則配電導(dǎo)線的截面( 線路功率因數(shù)改為I) 可按下式計(jì)算

式中P為負(fù)載電功率，千瓦；

L為送電線路的距離，米；

ε為允許的相對(duì)電壓損失，=；

C為系數(shù)，視導(dǎo)線材料，送電電壓而定( 表二)

Kn為需要系數(shù)，視負(fù)載用電情況而定，其值可從一般電工手冊(cè)和參考書中查到。

表二公式中的系數(shù)C值

例：距配電變壓器400米處有1臺(tái)電動(dòng)機(jī)，功率為10千瓦，采用380伏三相四線制線路供電，電動(dòng)機(jī)效率為η=0.80，COSΨ=0.85，Kn=1，要求, ε=5%應(yīng)選擇多少截面的銅導(dǎo)線？

解(1) 按導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度考慮，導(dǎo)線架空敷設(shè)銅絕緣導(dǎo)線的截面不得小于4平方毫米

(2 ) 按允許電流考慮，求出電動(dòng)機(jī)工作電流( 計(jì)算電流)

從電工手冊(cè)查得S=2.5平方毫米的橡皮絕緣銅線明敷時(shí)的允許電流為28 安培，可滿足要求Ij=Ie

(3 ) 按允許電壓降考慮，首先計(jì)算電動(dòng)機(jī)自電源取得電功率

若選用銅線則C=77,Kn=1，求出導(dǎo)線截面為

為滿足以上三個(gè)條件，可選用S=16平方毫米的BX型橡皮絕緣銅線

選擇導(dǎo)線截面，一般來說，應(yīng)考慮以上三個(gè)因素。但在具體情況下，往往有所側(cè)重，針對(duì)哪一因素是主要的，起決定作用的，就側(cè)重考慮該因素。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，低壓動(dòng)力線路的負(fù)荷電流較大，一般先按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面，然后驗(yàn)算其機(jī)械強(qiáng)度和電壓降。低壓照明線路對(duì)電壓的要求較高，所以先按允許電壓降來選擇導(dǎo)線截面，然后驗(yàn)算其發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度。在三相四線制供電系統(tǒng)中，零線的允許截流量不應(yīng)小于線路中的最大單相負(fù)荷和三相最大不平衡電流，并且還應(yīng)滿足接零保護(hù)的要求。在單相線路中，由于零線和相線都通過相同的電流，因此，零線截面應(yīng)與相線截面相同。例如，對(duì)于長(zhǎng)距離輸電線路，主要考慮電壓降，導(dǎo)線截面根據(jù)限定的電壓降來確定；對(duì)于較短的配電線路，可不計(jì)算線路壓降，主要考慮允許電流來選擇導(dǎo)線截面；對(duì)于負(fù)荷較小的架空線路，一般只根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度來確定導(dǎo)線截面。這樣，選擇導(dǎo)線截面的工作就可大大簡(jiǎn)化

三．結(jié)束語

雖然我國(guó)低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中依然存在著一些問題和缺陷，但是，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)實(shí)力的進(jìn)一步增強(qiáng)，將會(huì)為我國(guó)的低壓配電節(jié)能的發(fā)展奠定更為堅(jiān)實(shí)的發(fā)展基礎(chǔ)，為了保證用戶電器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高我國(guó)低壓配電節(jié)能能力，可以實(shí)施獨(dú)立的供配電系統(tǒng)，同時(shí)，要進(jìn)一步完善各種應(yīng)急措施，比如設(shè)置應(yīng)急的電源，如此，可以在發(fā)生一些突發(fā)事件時(shí)候，保證企業(yè)的供配電能夠正常進(jìn)行，對(duì)企業(yè)的財(cái)產(chǎn)形成更強(qiáng)有力的保證。在進(jìn)行企業(yè)的供配電設(shè)計(jì)時(shí)候，要充分考慮到企業(yè)建筑供電要求高，供電負(fù)荷復(fù)雜的特點(diǎn)，要在綜合考慮整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和功能的基礎(chǔ)上，采取有效的設(shè)計(jì)工藝，嚴(yán)格設(shè)計(jì)流程，在企業(yè)相關(guān)各個(gè)部門共同的配合下，加強(qiáng)雙方的溝通，保證供配電設(shè)計(jì)能夠充分滿足企業(yè)各方面的需求，同時(shí)，要在實(shí)踐中，不斷促進(jìn)整個(gè)企業(yè)供配電系統(tǒng)的優(yōu)化。

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第8篇

關(guān)鍵詞：變壓器，過電壓，保護(hù)措施

 

變壓器運(yùn)行時(shí)，如果電壓超過它的最大允許工作電壓，稱為變壓器的過電壓。過電壓往往對(duì)變壓器的絕緣有很大的危害，甚至使絕緣擊穿。過電壓分為內(nèi)部過電壓和大氣過電壓兩種。輸電線路直接遭雷擊或雷云放電時(shí)，電磁場(chǎng)的劇烈變化所引起的過電壓稱為大氣過電壓(外部過電壓)；當(dāng)變壓器或線路上的開關(guān)合閘或拉閘時(shí)，因系統(tǒng)中電磁能量振蕩和積聚而產(chǎn)生的過電壓稱為內(nèi)部過電壓。變壓器的這兩種過電壓都是作用時(shí)間短促的瞬變過程?？萍颊撐?。內(nèi)部過電壓一般為額定電壓的3.0－4.5倍，而大氣過電壓數(shù)值很高，可達(dá)額定電壓的8－12倍，并且繞組中電壓分布極不均勻，端頭部分線匝受到的電壓很高。因此，必須采取必要的措施，防止過電壓的發(fā)生和進(jìn)行有效的保護(hù)。

過電壓在變壓器中破壞絕緣有兩種情況，一是將繞組與鐵心(或油箱)之間的絕緣高壓繞組與低壓繞組之間的絕緣(這些絕緣稱為主絕緣)擊穿；另一種是在同一繞組內(nèi)將匝與匝之間或一段繞組與另一段繞之間的絕緣(這些絕緣稱為縱絕緣)擊穿。由于過電壓時(shí)間極短，電壓從零上升到最大值再下降到零均在極短的時(shí)間內(nèi)完成，因而具有高頻振蕩的特性，其頻率可達(dá)100kHZ以上。在正常運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)的頻率是50HZ，變壓器的容抗很大，而感擴(kuò)ωL很小，因此可以忽略電容的影響，認(rèn)為電流完全從繞組內(nèi)部流過。但對(duì)高頻過電壓波來說，變壓器的容抗變成很小，而感抗變成很大，此時(shí)電流主要由電容流過，所以必須考慮電容的影響?？萍颊撐??？紤]電容影響后，變壓器的分布參數(shù)電路（見后面圖1）。

其中：CFe——繞組每單位長(zhǎng)度上的對(duì)地電容；C’——高低壓繞組之間每單位長(zhǎng)度上的電容；Ct——繞組每單位長(zhǎng)度上的匝間電容；L’——過電壓時(shí)繞組每單位長(zhǎng)度上的漏電感；R’——繞組每單位長(zhǎng)度上的電阻。

下面簡(jiǎn)單說明兩種不同類型過電壓產(chǎn)生的原因：

1.內(nèi)部過電壓我市電網(wǎng)中，絕大多數(shù)是降壓變壓器，下面就以降壓變壓器空載拉閘為例說明內(nèi)部電壓產(chǎn)生的原因

根據(jù)變壓器參數(shù)的折算法可知，把二次側(cè)(低壓側(cè))電容折算到一次側(cè)(高壓側(cè))時(shí)，電容折算值為實(shí)際值的(1/K2)倍，所以二次側(cè)電容的影響可以略去不計(jì)。這就是說，空載時(shí)可以忽略二次側(cè)的影響。就一次繞組來說，由于每單位長(zhǎng)度上的對(duì)地電容CFe是并聯(lián)的，故對(duì)地總電容為CFe=ΣCFe由于一次側(cè)單位長(zhǎng)度上的匝間電容Ct是串聯(lián)的，故它的匝間總電容為Ct=1/(Σ1/Ct)在電力變壓器中，通常CFe＞＞Ct，所以定性分析時(shí)，匝間電容的影響也可略去不計(jì)。當(dāng)再忽略繞組電阻R1時(shí)，可得空載拉閘過電壓時(shí)的簡(jiǎn)化等效電路（見后面圖2）：其中L1是一次繞組的全自感。把空載變壓器從電網(wǎng)上拉閘時(shí)，如果空載電流的瞬時(shí)值不等于零而是某一數(shù)值Ia，這時(shí)相應(yīng)的外施電壓瞬時(shí)值為Ua。于是在拉閘瞬間，電感L1中儲(chǔ)藏的磁場(chǎng)能量為1/2L1i2a，電容CFe上儲(chǔ)藏的電場(chǎng)能量為1/2CFeU2a。由于這時(shí)變壓器的電路是由電感L1和電容CFe并聯(lián)的電路，故在拉閘瞬間，回路內(nèi)將發(fā)生電磁振蕩過程。在振蕩過程中，當(dāng)某一瞬間電流等于零時(shí)，此時(shí)磁場(chǎng)能量全部轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量，由電容吸收，電容上的電壓便升高到最大值Ucmax。當(dāng)不考慮能量損失時(shí)，根據(jù)能量守恒原理有CFeU2cmax= L1i2a＋CFeU2a故得上式表明，當(dāng)拉閘電流和電容上的電壓一定時(shí)，繞組的電感愈大，對(duì)地電容愈小，則拉閘時(shí)過電壓愈高。電力系統(tǒng)中，拉閘過電壓通常不超過額定電壓的3.0－4.5倍。

2.大氣過電壓大氣過電壓是輸電線路直接遭受雷擊或雷云放電時(shí)，電磁場(chǎng)的劇烈變化所引起的

當(dāng)輸電線路直接遭受雷擊時(shí)，雷云所帶的大量電荷(設(shè)為正電荷)通過放電渠道落到輸電線上，大量的自由電荷向輸電線路的兩端傳播，就在輸電線上引起沖擊過電壓波，稱為雷電波。雷電波向輸電線兩端傳播的速度接近于光速，持續(xù)的時(shí)間只有幾十微秒，電壓由零上升到最大值的時(shí)間只有幾微秒。雷電波的典型波形為曲線由零上升到最大值這一段稱為波頭，下降部分稱為波尾。如果把波頭所占時(shí)間看成是周期波的四分之一周期，則雷電波可看成是頻率極高的周期性波。這樣，當(dāng)過電壓波到達(dá)變壓器出線端時(shí)，相當(dāng)于給變壓器加上了一個(gè)頻率極高的高電壓。這一瞬變過程很快，一開始，由于高頻下，ωL很大的，1/ωC很小，電流只從高壓繞組的匝電容和對(duì)地電容中流過。由于低壓繞組靠近鐵心，它的對(duì)地電容很大，(即容抗很小)，可近似地認(rèn)為低壓繞組接地?？萍颊撐摹？衫纂姴ㄒu擊時(shí)，沿繞組高度上的電壓分布取決于匝間電容Ct和對(duì)電容CFe的比例。在一般情況下，由于兩種電容都存在，過電壓時(shí)，一部分電流由對(duì)地電容分流，故每個(gè)匝間電容流的電流不相等，上面的匝間電容流過的電流最大愈往下面則愈小，隨著電壓沿繞組高度的分布變?yōu)椴痪鶆?，見下圖：(圖3是過電壓波加在變壓器兩端的電壓)從圖中可見，起始電壓分布很不均勻，靠近輸電線A端的頭幾匝間出現(xiàn)很大的電壓梯度，因此，在頭幾個(gè)線匝里，匝間絕緣和線餅之間的絕緣都受到很大的威脅，這時(shí)最高匝間電壓可能高達(dá)額定電壓的50－200倍。

3.過電壓保護(hù)為了防止變壓器繞組絕緣在過電壓時(shí)被擊穿，必須采取適當(dāng)?shù)倪^電壓保護(hù)措施，目前主要采用下列措施

3.1避雷器保護(hù)

在變壓器的出線端裝設(shè)避雷器，當(dāng)雷電波從輸電線侵入時(shí)，避雷器的保護(hù)間隙被擊穿，過電壓波對(duì)地放電，這樣雷電波就不會(huì)侵入變壓器，從而保護(hù)了變壓器。

3.2加強(qiáng)絕緣

除了加強(qiáng)變壓器高壓繞組對(duì)地絕緣外，針對(duì)雷電波作用的特性，還要加強(qiáng)首端及末端部分線匝的絕緣，以承受由于起始電壓分布不均勻而出現(xiàn)的較高的匝間電壓。這種方法效果有限，而且加厚絕緣使散熱困難，同時(shí)減少了匝間電容，增大了匝間電壓梯度。目前只在35kV及以下的變壓器中采用。

3.3增大匝間電容

匝間電容相對(duì)于對(duì)地電容愈大時(shí)，則電壓的起始分布愈均勻，電壓梯度越小，因此增加匝間電容是有效的過電壓保護(hù)措施。過去常采用加裝靜電板或靜電屏的方法，現(xiàn)在在110kV以上的高壓變壓器上，廣泛采用糾結(jié)式線圈。糾結(jié)式線圈制造工藝簡(jiǎn)單，不增加材料，與連續(xù)式線圈相比能顯著增大匝間電容，所以現(xiàn)在高壓大型電力變壓器的高壓繞組大多數(shù)采用了這種繞線法。結(jié)束語造成變壓器過電壓的原因多種多樣，針對(duì)不同的過電壓，有不同的過電壓保護(hù)措施。在實(shí)際工作中，我們應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上的全面研究，選擇有效的過電壓保護(hù)措施，確保變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

第9篇

關(guān)鍵詞：低功耗；無線供能；電荷泵整流器；低壓差線性穩(wěn)壓器；帶隙基準(zhǔn)電壓源；電源抑制

中圖分類號(hào)：TM44；TN722；TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）12-00-04

0 引 言

近幾年，受益于集成電路工藝技術(shù)與片上系統(tǒng)（System on Chip，SOC）的不斷發(fā)展，射頻識(shí)別、微傳感網(wǎng)絡(luò)以及環(huán)境感知等智能技術(shù)得到了飛速發(fā)展。其中，對(duì)于無線供能植入式芯片的能量管理、功耗等問題受到了持續(xù)關(guān)注與研究。當(dāng)能量采集完成后，如何管理該能量是下一代被動(dòng)與半被動(dòng)植入式醫(yī)療設(shè)備的要點(diǎn)之一。

在低功耗植入式芯片中，如低噪聲放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等對(duì)工作電壓及其紋波都有一定的要求，因此須通過無線能量管理單元（Wireless Power Management Unit，WPMU）將其電源性能優(yōu)化。在被動(dòng)式芯片中，電荷泵整流器（Charge Pump Rectifier，CPR）、帶隙基準(zhǔn)源（Bandgap Reference，BGR）、低壓差線性穩(wěn)壓器（Low Dropout Regulator，LDO）是WPMU的重要組成單元[1]。芯片工作時(shí)，人體各種低頻信號(hào)（EEG、ECG）會(huì)通過相應(yīng)的耦合方式傳輸?shù)诫娫赐飞希瑥亩a(chǎn)生低頻噪聲，因此必須采用相關(guān)技術(shù)獲得高電源抑制比電源。論文首先通過電荷守恒定理對(duì)傳統(tǒng)Dickson電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析及能量轉(zhuǎn)換效率的改進(jìn)；然后采用電源抑制增強(qiáng)（Power Supply Rejection Boosting，PSRB）與前饋消除（Feed-forword Cancellation，F(xiàn)WC）等技術(shù)分別提高BGR、LDO在運(yùn)放工作帶寬內(nèi)的電源抑制力（Power Supply Rejection，PSR），并在輸出節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電容以濾除超高頻紋波；最后為保證LDO在負(fù)載變化時(shí)的穩(wěn)定性，利用零極點(diǎn)追蹤補(bǔ)償來滿足相位裕度的要求。

論文對(duì)高性能無線能量管理單元預(yù)設(shè)指標(biāo)為：

（1）CPR在輸入500 mV交流小信號(hào)時(shí)能輸出2 V電壓并驅(qū)動(dòng)200 A的電流。

（2）BGR輸出電源抑制比在LDO的工作范圍內(nèi)盡可能大于60 dB，以減小對(duì)LDO的影響。

（3）LDO輸出電源抑制比在生物信號(hào)頻率處（01 kHz）及CPR輸入信號(hào)處大于60 dB，從而提供負(fù)載電路高性能的工作電壓。

（4）在滿足以上性能的情況下，盡可能減小電路工作時(shí)的靜態(tài)電流。

1 無線能量管理單元的基本原理

圖1所示為論文采用的無線供能能量管理單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由圖1可知，WPMU主要包含CPR、BGR、LDO及保護(hù)電路（PRO）等模塊。芯片通過片外天線采集到由基站發(fā)射的高頻無線能量信號(hào)，CPR將信號(hào)整流后進(jìn)行升壓，產(chǎn)生紋波較大的電壓，并將該能量?jī)?chǔ)存到Cs中。由BGR與LDO所組成的環(huán)路通過負(fù)反饋輸出紋波較小的VDD來驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路。其中BGR為L(zhǎng)DO提供一個(gè)精準(zhǔn)穩(wěn)定的參考電壓，因此BGR的性能影響著LDO輸出電壓的性能。芯片中的保護(hù)電路包括過溫保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路、限流電路，其主要目的在于意外情況下對(duì)電路關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的保護(hù)。

設(shè)計(jì)能量管理單元時(shí)，在無線供能的環(huán)境下要注意相關(guān)性能的優(yōu)化，而這又伴隨著其它性能的犧牲，下面將詳細(xì)分析論文采用的CPR、BGR、LDO設(shè)計(jì)原理及電路結(jié)構(gòu)。

3 版圖及后仿真結(jié)果

采用SMIC 0.18 m CMOS工藝，在Cadence下對(duì)電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證，無線能量管理單元的版圖如圖7所示，其中包含了CPR、BGR、LDO及PRO等模塊，芯片的尺寸大小為277 m×656 m。

電路在工作時(shí)要避免反饋環(huán)路發(fā)生震蕩，必須保證LDO環(huán)路的相位裕度，論文在tt、ff、ss三個(gè)工藝角下對(duì)其進(jìn)行不同負(fù)載電流（0200 A）的仿真，仿真結(jié)果如表1所列。該結(jié)果表明在負(fù)載電流0200 A內(nèi)，由于零極點(diǎn)追蹤補(bǔ)償?shù)淖饔茫辔辉６染笥?0度，根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，LDO環(huán)路能在負(fù)載變化的范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

圖8所示為BGR、LDO的PSR仿真波形，從圖中可以看出，BGR采用PSRB技術(shù)后，PSR在低頻降低了近25 dB。當(dāng)LDO采用FWC技術(shù)時(shí)，電源抑制在低頻段得到了顯著提升，電路空載時(shí)，在100 Hz內(nèi)提升了近20 dB，滿載時(shí)提升了近40 dB。

圖912給出了WPMU中CPR與LDO的相關(guān)瞬態(tài)仿真結(jié)果，當(dāng)輸入頻率為500 MHz、幅度為0.5 V的正弦波時(shí)，電路建立時(shí)間約為13 s，CPR的紋波約為5 mV，而LDO的輸出電壓紋波減小至2.3 V，即高頻處PSR約為-66 dB。因此論文采用的LDO在生物信號(hào)頻率處（DC-10 kHz）與輸入信號(hào)頻率處（100 MHz以上）具有較好的PSR。表2對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)與本文設(shè)計(jì)進(jìn)行性能比較，可以看出，該電源管理單元能輸出性能更好的工作電壓。

4 結(jié) 語

論文針對(duì)CPR、LDO、BGR進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于低功耗無線供能植入式醫(yī)療芯片的能量管理單元。采用SMIC 0.18 m CMOS工藝提供的本征MOS管使CPR的效率得到提升。利用PSRB將BGR的PSR在低頻處從-75 dB降低到-95 dB，這是優(yōu)化LDO電源抑制能力的基本前提。通過FWC、零極點(diǎn)追蹤補(bǔ)償改善LDO的PSR與穩(wěn)定度，在驅(qū)動(dòng)0.2 mA的負(fù)載電流時(shí)，PSR為-85 dB@DC，而相位裕度在負(fù)載范圍內(nèi)均大于60度，該性能可適用于對(duì)電源性能要求較高的模塊。

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