《高电压技术》网络首发2024年8月（上）

GIS设备运行中常常遭受雷电过 电压的侵袭，设备实际承受交流叠加雷电冲击电压的作用，高幅值的冲击电压激发线性金属微粒开始运动并产生局部放电，严重威胁GIS设备的安全运行。针对于此，本文搭建了交流叠加雷电冲击电压试验系统，结合局部放电测量和光学图像观测的手段，研究了交流叠加雷电冲击电压下SF₆气体中线形金属微粒的局部放电特性和运动行为，并结合两者对交流叠加雷电冲击电压下线性金属微粒的运动机制和局部放电机理进行了分析。结果表明，叠加电压会激发线形金属微粒的运动，但是雷电冲击电压作用后，并不会立即产生 明显的局部放电信号，而是在一段迟滞时间后开始产生持续的局部放电，该迟滞时间与缺陷的物理尺寸及数量相关；后续持续放电过程中会出现贯穿电极的跳跃运动，产生大幅值的放电信号。本文的研究工作有利于深入理解实际设备中金属微粒的运动特性及其引发局部 放电的过程，对于设备运维分析和设备制造改进具有指导意义。

针对严寒地区高速铁路供电电缆在极端电－热应力协同作用下界面绝缘匹配劣化特性不清的问题，本文在实验室内搭建电缆系统短时过热试验平台，模拟供电电缆运行工况，对比分析了电缆终端在低温短时过热工况下的界面压力变化情况，同时结合仿真和数学建模手段分析界面微观形态变化情况，推 演获得该工况下附件绝缘匹配劣化演变规律。研究结果表明：电缆附件界面绝缘在短时过热单周期内，材料分子－气体分子协同作用使得界面空腔区域形态结构发生变化，界面压力先增后降。随着短时过热次数的增加，残余应力逐渐积累，界面粗糙度先减后增，从而导 致不同阶段各个状态的界面压力变化各不相同。基于结果推演得到的劣化演变规律，对于预防电缆突发故障发生奠定了重要理论基础。

电磁斥力机构（electromagnetic repulsion mechanism，EMRM）是实现断路器快速开断的重要设备，受限于涡流斥力的驱动原理，机构效率较低。本文结合频域分析，提出了一种频域参数解析计算的电磁斥力机构效率优化方法。首先，建立了机构有限元仿真模型，对比分析了斥力盘固定、运动情况下的电流与电磁力，发现运动过程互感变化对电流、电磁力影响小，解析分析中互感可简化为常数。然后，比较了不同方法计算等效参数用于解析分析的准确性，f_ω频域参数可较好解析电流。进一步分析了频率、线圈结构对互感梯度的影响，提出互感梯度可 简化为线性减小的结论，获取了电磁力解析式。最后，在频域参数解析计算基础上提出了电磁斥力机构效率优化方法，对本文斥力机构参数进行了优化，并通过有限元仿真计算验证了优化方法的有效性。

局部放电的故障类型与气体绝缘开关柜（Gas Insulated Switchgear，GIS）绝缘故障的严重程度紧密相关，精确识别局部放电故障类型对保障供电系统的稳定性至关重要。传统局部放电模式识别方法缺乏自适应去噪和对多尺度故障特征的处理机制，并且较于依赖专家经验，以至于在处理含有大量噪声和固有多尺度特性的复杂局部放电信号时存在显著局限性，从而限制了模型对于局部放电故障识别准确率的进一步提升。为解决这些问题，本文提出一种多尺度注意力自适应去噪网络（Multi-scale Attention Adaptive Denoising Network， MAADNet），该网络集成了 多尺度特征学习模块、CBAM注意力机制模块以及软阈值函数，具备强大的自适应去噪和多尺度故障特征学习能力。具体而言，多尺度特征学习模块通过采用不同空洞率的空洞卷积以提取多尺度特征；而CBAM注意力机制和软阈值函数协同工作，依据输入局部放电信号的特 性自适应调整去噪阈值，有效实现噪声抑制。此外，为验证所提网络有效性，通过搭建局部放电实验平台，设计并制作4种典型局放故障模型以收集不同故障类型的局部放电数据集。实验结果表明，所提方法在局部放电数据集上取得94.34%的识别准确率，优于其他先进方法，显示出良好的应用前景。 

双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜作为介质材料广泛用于薄膜电容器中，其电学性能决定了电容器的储能特性。在工业应用领域，调控树脂分子结构以及优化薄膜拉伸工艺是提升BOPP储能密度的关键方法。因此，本文选取两种不同的聚丙烯（PP）树脂并改变双向拉伸温度制备得到了6种BOPP薄膜试样，并对BOPP薄膜的分子链有序性及储能特性进行了测试表征。结果表明，拉伸温度的提高一方面有利于分子链的有序排布，另一方面过高的温度会加剧分子链解取向。有序规整的分子链排布能够提高BOPP分子链段运动活化能，从而抑制载流子迁移，提升击穿场强，最终实现储 能密度的提升以及介电损耗的抑制。

基于电缆内部材料逸出气体分析的方法目前在电缆状态诊断研究领域广受关注。而明确高压XLPE电缆在不同缺陷条件下的逸出气体特性是开展状态诊断工作的基本前提。鉴于此，本研究首先考虑了高压XLPE电缆的几种典型故障类型，包括阻水缓冲层腐蚀、XLPE绝缘的低能放电与高能放电故障以及缓冲 层、XLPE绝缘及半导电层材料的低温与高温热故障，通过实验分别模拟了上述故障类型的特征气体生成过程。以CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、CO、CO₂和H₂为特征气体产物，阐述了各类故障生成的特征气体种类及含量比值的差异性。结果表明，部分故障类型仅可通过气体产物种类进行甄别，而其他故障类型还需进一步结合气体含量比值等特征参数才能进一步分辨。本研究工作有望为高压XLPE电缆的状态诊断提供一种新思路，为 利用XLPE电缆产气特性评估电缆状态提供数据及理论依据。

金属化聚丙烯薄膜电容器(MPPFC)在充电条件下的自愈击穿可能造成电极和介质膜的永久性损伤，导致其电容减少和介电损耗增加。基于此，本文研究了MPPFC充电过程中的宏观特征量—自愈电压、自愈能量、电极损失面积等的演变规律并结合仿真分析了介质膜表面微观结构的变化特性。结果显示，自 愈能量随自愈电压增加呈幂函数增长，与电极损失面积正相关，受电弧放电的影响，高压电极损失面积大于地电极且形状较地电极规则，其边界分形维数平均值(1.525)小于地电极(1.665)。此外，电极孔洞缺口轴向边缘的电流密度高于切向边缘，致使金属化聚丙烯薄膜 自愈击穿过程中金属化电极轴向损伤高于切向。了解这些特性对全面揭示多场耦合复杂工况下MPPFC物性演化规律具有重要意义。

相比于电容储能型电路，电感储能型电路在高电压、快前沿、短脉宽、高重频脉冲参数输出以及小型化、紧凑化脉冲装置设计方面都展现了显著优势，是一项具有竞争力的低温等离子体驱动方案。但是受到了高频高功率断路开关器件难研制、泵浦电路难设计两个条件的制约，电感储能型脉冲源在实际 等离子应用中的报道仍然有限。本文采用团队研发的二极管断路开关(Diode opening switch，DOS)，设计了基于IGBT软开关技术和双脉冲变压器的DOS正反向泵浦电路，研制了输出电压幅值36 kV、前沿6 ns、脉冲宽度8.2 ns，重复频率3 kHz（75 Ω负载）的高压纳秒脉冲源。利用该原理样机成功在大气中驱动了板－板电极等离子体放电。本文提出的拓扑结构给电感储能型电路的设计提供了可以参考的方向，对进一步发展低温等离子体驱动源具有借鉴意义。

传统的环氧复合材料因传热性能较差，已难以满足电气电子领域的发展需求。在环氧复合材料中搭建三维连续传热网络是大幅提升其导热系数的重要方法。本文以绝缘性能优良的氮化硼（BN）为原料，采用凝胶法与牺牲模板法相结合的新方案构建三维BN网络，并通过高温去除大部分的辅助材料以保证 绝缘网络的纯度，在真空浸渍基体后得到环氧复合材料。测试结果表明，相同填料负载下，该方案制备的3D-BN/EP复合材料的导热系数明显高于传统掺杂方案制备的BN/EP复合材料，且最高导热系数达到了1.50 W/（m·K），相较于纯环氧树脂提升了650%。此外，3D-BN/EP复合材料在广阔的温度范围（0-100 ℃）和电场强度范围(10³-10⁶ V/m)内均表现出优越的介电性能(ε_r<5，tanδ<0.05)，随着填料负载的增加，介电性能逐渐增强，这源于更少的杂质和更少的孔隙缺陷。并且3D-BN/EP复合 材料的交流击穿场强也保持在一个较高的水平。本文还通过comsol有限元仿真证明了连续传热路径的搭建可以有效提升BN/EP复合材料的传热能力。

本文通过对不同老化状态聚酰亚胺在双极性方波脉冲电场下的0.36°高相位分辨率空间电荷检测，分析了方波电场1-100kV/mm、频率10Hz-10kHz和上升沿20μs-10ms范围的空间电荷动态响应，并结合聚酰亚胺老化前后的理化、介电性能变化，探讨了方波脉冲电场参数对聚酰亚胺中空间电荷输运的影响 。结果表明：随着电场幅值增大，试样内部平均相位体电荷密度ρ_av增大，最大电场畸变率δ_max减小，可能与高场下电极注入的同极性电荷量变多相关；随着频率提高，电荷积累量ρ_av下降，可能由于频率升高电荷迅速注入抽出后 难以形成有效的电荷积累；随着上升沿时间增大，ρ_av呈现先增大后减小的趋势，可能与电场有效作用持续时间有关。未老化聚酰亚胺试样内部空间电荷积累以异极性电荷为主，老化后靠近下电极侧试样内层同极性电荷明显增多，结合理化性能聚酰亚胺老化后分子裂解以及其他杂质含量上升，可能与电荷的注入势垒降低有关。

为促进电力行业的低碳化和清洁化发展，碳市场和绿证市场在我国相继建立，对电力市场产生显著影响。在此背景下，提出了一种随机环境下计及绿证与碳配额约束的电力市场均衡分析方法。首先，综合考虑发电机组报价约束、碳配额约束、绿证量价关系和风电的随机性，建立了一个新的双层电力市 场均衡分析模型。其次，利用最优性条件替代下层问题，将单个发电商的双层模型转化为均衡约束规划问题(MPEC)。为求解多主体的市场均衡，将所有发电商对应的MPEC等效为库恩-塔克条件，从而构建均衡约束-均衡规划问题(EPEC)，并采用大M法和二进制展开法等线性化手段加以求解。最后，通过算例模拟了不同绿证与碳配额约束下的电力市场均衡状态，验证了所提方法的有效性。

在对聚合物的研究中发现，许多低损耗电介质的介电响应虚部中存在跨越较大温度和频率范围的“平坦”区间。现有的理论模型无法对该现象做出解释，造成数据处理和分析的困难。针对以上问题，本文通过测量在薄膜电容器中广泛应用的双轴拉伸聚丙烯（BOPP）在宽温度和频率范围内的介电响应特 性，证实了平坦介电响应的存在，并确定了其基本条件和特征。在此基础上，本文提出了平坦介电响应的数值分析方法，并通过对BOPP薄膜介电响应的定量解耦进行了验证。同时，该方法能够与现有的Dissado-Hill模型兼容，从而显著提高了其可用性。最后，基于偶极 子的微观屏蔽效应，提出了宏观平坦介电响应现象的微观物理解释，以及该分析方法的适用范围。

直线变压器驱动源（linear transformer driver，LTD）模块中的气体开关在充电过程中发生自放电后，会通过充电隔离电阻与其余支路的储能电容构成放电回路，这使得开关气体间隙的绝缘无法立即恢复，影响整个LTD模块的充电可靠性和一致性。本文首先基于单级LTD模块的电路仿真模型分析了自 放电开关中的电流特性，自放电开关在本支路放电完毕后还存在数安培过阻尼衰减形式的泄漏电流。然后搭建了一个等价性实验平台以探究存在电阻-电容（RC）放电续流时气体开关的绝缘恢复特性。分别研究了储能电容充电电压、开关运行气压以及开关间隙数量对续流持续时间以及续流截止阈值的影响。实验结果表明，续流的存在使得气体开关绝缘恢复所需时间延长了几十毫秒。随着开关运行气压的上升，续流持续时间略有增加，续流截止阈值有所减小。其余两个因素基本不影响续流特性，大多数情况下续流的截止阈值为0.4～0.6 A。不同大小隔离电阻下自放电开关泄漏电流持续时间存在最大值，综合考虑隔离能力和对模块充电一致性的影响，推荐隔离电阻的取值为50～100 kΩ。

三芯海底电缆线路常用于海上风电的送出。在相关的规划设计和仿真分析中，三芯海底电缆线路的序参数是基础之一。基于电磁暂态仿真程序（EMTP），以一条截面为（3×500）mm²的220kV海底电缆线路为例，对三芯海底电缆线路的序参数进行了计算与分析。文章计算了半导电聚乙烯护套的径向电阻，讨论了金属护套的处理方式。推导了三芯海底电缆线路单位长度的正序和零序阻抗、金属护套和铠装电流的计算公式。研究了钢丝铠装的磁导率对三芯海底电缆线路电流分布及序参数的影响。此外，还分析了不同接地情况下光纤单元的铠装对三芯海底电缆 线路序参数的影响。研究表明，三芯海底电缆线路的零序电阻远大于正序电阻，甚至可能大于零序电抗；当等值的相对磁导率μ_r在一定的范围内，可能出现零序电抗小于正序电抗的情况。文章将仿真与实测结果进行了对比。结果表明，选择适当的钢丝铠装 磁导率，可以得到合理的计算结果。

为了保障锂离子电池运行的可靠性和安全性，及时监测其健康状况，在Autoformer模型和iTransformer模型的基础上，结合线性回归模型，提出了一种基于转置Transformer的自适应特征感知电池健康状态融合估计模型。首先，从充电曲线中提取健康因子。其次，将容量退化分解为退化趋势部分和容量再生部分，利用线性回归模型预测电池容量的退化趋势，利用转置Transformer模型估计电池容量再生部分，两部分组合以获得电池容量退化的估计结果。最后利用注意力权重对模型赋予可解释性。研究结果表明：此方法在NASA锂电池老化数据集上的仿真实验中，预测误差明显小于其他时序预测模型，验证了所提方法的预测精确性与可靠性。论文为电池健康状态精确估计的进一步深入研究提供了参考。

边缘端设备与输电线路智能巡检结合，可以满足现场实时缺陷检测的需求，但当前针对适用于低算力、低内存的边缘端设备的算法的研究较少。针对以上问题，本文提出了一种基于YOLO-GSS输电线路边缘端实时缺陷检测方法。首先，采用Mosaic-9对YOLOv8网络的输入端进行改进，提高了算法的输入特 征数量，增强了算法的鲁棒性；而后引入了GhostNet及S-FPN对Backbone及Neck部分进行改进，在提高算法的推理速度的同时修正了精度；最后，采用SIoU对YOLOv8的CIoU损失函数进行修正，进一步提高了算法的检测精度。试验结果表明，相较于原版YOLOv8，本文提出的方法在精度未下降过多的情况下，实现了在Nvidia Jetson NX边缘端设备上的推理速度提升了4倍，可以满足输电线路现场缺陷实时检测的需求。

抽水蓄能机组参与调频是提升新型电力系统频率安全的重要手段，但常规定速抽蓄机组在发电工况下的调频效果易受水锤效应影响，在抽水工况下则无法调整输入功率参与调频。为此，开展基于储能型柔性直流励磁系统的定速抽蓄机组调频控制策略研究。首先，分析储能型柔性直流励磁系统的控制原 理与定速抽蓄机组的调频机理。然后，设计调频策略，在发电工况下，机组利用储能型柔性励磁系统的主动惯量支撑来补偿并减小水泵水轮机的调频出力反调，以削弱水锤效应的作用；在抽水工况下，机组通过柔性励磁系统的储能装置参与电力系统惯量响应和一次调频 。进一步，从理论层面分析所提策略对机组自身以及系统频率的影响。仿真结果表明，所提控制策略可以有效发挥储能型柔性直流励磁系统的优势，提升定速抽蓄机组的调频性能，维护电网频率稳定。

运行数据显示全光纤电流互感器（Fiber Optic Current Transformer，FOCT）在极端环境下(温度-45～85℃、振动加速度15m/s²以上)故障概率明显偏高，因此研究极端环境对FOCT性能的影响十分必要。在分析FOCT工作原理基础上，重点讨论了FOCT核心模块的结构特征及极端环境的影响，并建立FOCT传变模型。根据FOCT真实工作环境，分析了极端环境对其测量准确性的影响。结果表明：温度的升高，光纤长度的增加，振动加速度的变大，都会使FOCT比差增大，测量精度下降。特别是在极端环境下，测量误差较大，无法满足0.2S级测量准确度的要求。为 验证模型的可靠性，开展温度和振动影响试验。针对现有试验缺乏对极端环境的考核，提出增加测点的温度试验方法和增加振动响应试验及振动耐久试验的振动试验方法。试验结果与仿真结果对比表明：两者结果具有一致性，偏差电流波形变化趋势比较一致。论文的研 究为FOCT可靠性问题提供有益参考。

传统压电陶瓷超声传感器检测电缆局部放电时存在声学界面失配现象，局部放电超声信号在传播过程中严重衰减，因此传统压电陶瓷超声传感器无法高灵敏度地检测电缆局部放电。针对该现象，本文根据声阻抗匹配原则与电磁屏蔽需求设计制备了一种基于锆钛酸铅(Pb(Zr_0.52，Ti_0.48)O₃， PZT)压电薄膜的柔性超声传感器；研究了不同极化方式对柔性传感器灵敏度的影响，测试了封装后柔性传感器的电磁屏蔽性能、灵敏度曲线以及方向敏感性；在此基础上，开展了基于柔性传感器的真型电缆气隙模型的局部放电超声信号检测实 验。结果表明：本文设计制备的柔性传感器具有良好的电磁屏蔽性能，且不具有方向敏感性，在30 kHz～200 kHz范围内的灵敏度平均值与峰值分别为51.8 dB与53.8 dB；在真型电缆的气隙放电超声检测中，柔性传感器的检测灵敏度为传统压电陶瓷超声传感器的1.57倍。

为解决综合能源系统(integrated energy system， IES)多元负荷序列间耦合特性紧密复杂、准确预测难度较大的问题，提出一种基于模态分解与多任务学习模型的IES多元负荷短期预测方法。首先，为处理原始负荷序列的强随机性特征，采用多元变分模态和样本熵将多元负荷序列同步分解重构出高、中、低三种频段的模态分量；其次，构建基于多头注意力机制的多任务学习混合预测模型动态分配耦合特征，对于复杂度较高的中高频序列，采用单编码器-多解码器结构的多任务Transformer模型充分挖掘负荷波动信息，对于低频序列，基于双向门控循环单元网络提取 平稳分量特征。最后，将各分量预测结果叠加得到多元负荷最终预测结果。基于美国亚利桑那州立大学Tempe校区的多元负荷数据进行测试，结果表明，所提方法电、冷、热负荷平均绝对百分比误差分别为0.61%、0.80%及0.83%，相比其他模型具有更高的求解精度和计算 效率。