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中心简介

    郑州大学河南省输配电装备与电气绝缘工程技术研究中心于2017年12月获河南省科技厅批复建设。研究中心依托郑州大学电气工程学院,组合高电压与绝缘技术二级学科和电机与电器二级学科电器方向的学科资源,以郑州市智能电器及系统工程技术研究中心为基础开展建设工作。共建单位包括平高集团有限公司、国家电网河南省电力公司电科院、许继电气股份有限公司、河南省共赢铁路实业有限公司等。围绕电力工业高压装备环保、可靠、智能、紧凑的技术需求,运用高电压与绝缘技术、电器及其系统技术、脉冲功率及放电等离子体技术等,重点在开关设备与电气绝缘、设备状态检测与系统安全、脉冲电源与放电应用三个方面开展技术研究及其工程应用。研究中心现有(在建)平台包括:电气设备绝缘高可靠性及其智能化新技术研究平台、110kV/50kA断路器合成试验与电弧诊断调控研究平台、高压脉冲功率与放电等离子体技术研究平台、电介质材料高尺度多参数特性检测与试验平台,科研、教学设备总值2000余万元,校内科研场地1100余平米,校外现场测试基地20000余平米。

    研究中心为河南省高等学校高电压与放电学科引智基地,现有专职科研教学人员13名、兼职研究生导师4名,在读博士、硕士研究生50余名。聘请英国皇家工程院院士Novac教授为郑州大学兼职PI、团队首席科学顾问,国家科技进步奖特等奖获得者平高集团有限公司韩书谟教高为团队首席工程专家,河南省优青基金获得者、教育厅学术技术带头人程显教授为研究中心主任、团队负责人。团队成员近5年主持国家级科研项目6项,省部级科研项目20余项、横向科研课题30余项(含重大横向科研项目2项),获科研经费支持2000余万;在高压开关装备技术、电力设备智能化技术方面获河南省科学技术进步奖、河南省技术发明奖、河南省青年科技奖、河南省科学普及成果奖、河南省教育厅科技成果奖、河南省电力科学技术进步奖、河南省自然科学学术奖等奖励10余项;发表SCI、EI等高水平论文80余篇,获全国性、地区性学术会议优秀论文奖、EI期刊年度优秀论文等奖励30余次;申请专利40余项并获得授权20余项。

代表性成果包括:

       1)在国内率先开展了基于气体、真空间隙串联的混合断路器技术研究,将气体间隙作为决定电压等级主间隙与辅助灭弧的真空间隙串联,通过协同开断有效加速气体间隙动态介质强度恢复;将相关调控手段和电流转移方法应用于高压直流开断同样具有较好的技术优势,可解决目前机械式直流断路器单个模块电压等级低、开断di/dt变化较快电流困难的问题;基于SF6间隙内部电场、热场研究积累,研制瓷柱式SF6断路器防液化样机,解决了蒙东地区SF6断路器冬季液化致断路器闭锁的问题。多断口高压真空断路器技术研究方面,破解了真空间隙耐压非线性增长技术瓶颈,实现真空断路器在高电压等级应用,参与研制了基于多个真空开关模块串联的126kV高压真空断路器并完成挂网试运行;基于真空开关模块技术提出的开关一二次融合及其一体化检测技术已工程应用;提出环保型罐式多断口真空断路器技术方案,应对高压断路器模块化、环保化升级技术需求,环境友好型中压开关设备技术研究方面,实现了40.5kV环保型气体绝缘金属封闭开关技术,大幅减少了中压开关柜SF6气体使用量。

       2)在国内率先开展了基于空间有限元与时域有限差分相结合的接地系统动态冲击散流的空间电磁场数值计算方法研究,为解决超特高压输电线路防雷设计方案与现场运行数据差异明显、高土壤电阻率地区精确降阻以及具有空间分布式特征的时变电磁场计算问题提供了可靠的技术方案;国内率先开展基于薄壳理论的大型接地网冲击、频率接地特性电磁场数值计算方法,为解决超特高压变电站大型地网尺寸与其截面尺寸差异巨大引起的计算奇异问题、大型地网接地性能测量困难以及具有薄膜型特征的特殊结构电磁场计算问题提供了技术方案;在多个省、市级电力公司开展了降损节能规划、低负荷密度地区配电网电压等级序列优化、电网发展能力综合性诊断模型等研究,提出了多种电网规划和负荷建模方法;主持研制的轨道交通电力接触网施工作业平台,解决了目前铁路电力接触网抢修及建设中大型作业车上线程序繁杂和传统梯车作业效率低引起的抢修响应速度慢、作业窗口时间利用率低等问题,可在5分钟内实现运行轨道上线施工或撤离,填补了轨道交通行业在该领域的空白,目前产品作业区间已覆盖了全国18个铁路局辖区中的16个,极大保障了轨道交通电力接触网系统的安全运行。

       3)提出了基波磁通补偿、高次谐波部分补偿的高压并联混合型电力有源滤波器的电路拓扑结构,解决了高压混合型并联有源滤波器所需APF容量过大问题,具有较高的应用价值;在国内率先开展磁控电抗器及其特性的电磁仿真及混合特性仿真研究,解决了磁控电抗器特性计算和运行行为实时分析的技术难题,为开发出高性能、低成本的磁控电抗器奠定了理论基础;长期专注于电力检测产品的研究与开发,研制的保护出口检测仪、电力变压器漏电流在线检测仪、多通道电参数综合录波仪等多种产品已应用于电力系统现场;开展了中压混合式直流开关研究,提出耦合线圈限流方式实现10kV、1800V电压等级直流电流的快速开断技术,研制了分散性不高于±300微秒的智能永磁操动机构;提出了固体绝缘开关在长期正常和严酷条件下的加速老化试验方法,借助绝缘参数的统计学运算处理固体绝缘柜长期运行绝缘水平的历史数据,实现了对其绝缘可靠性的综合监测和评价,该方法在平高集团固体绝缘柜三工位固封极柱产品的老化试验、电场设计和国网河南省电力公司该类设备运维中得到应用。

       4)基于Marx、Tesla等拓扑结构研制出多种类型的高压超短脉冲电源,在粒子加速器、等离子体产生、污染物处理、材料改性及生物医学领域得到了广泛的应用;通过对脉冲电场下可逆电穿孔与不可逆电穿孔在肿瘤组织中的空间分布规律研究,提出的组合式新型脉冲电场方法能够产生协同效应,在增强脉冲电场治疗肿瘤效果方面具有较好的临床应用前景;采用DBD、电晕和滑动弧等多种大气压放电形式产生等离子体,并将其应用于低碳燃料重整制氢和污染物脱除等领域;提出的等离子体催化技术为解决等离子体制氢的高能耗和低产物选择性问题提供了可借鉴的新技术路线,在低碳燃料重整制氢、车载制氢和加氢站现场制氢方面有着较好的应用前景;从放电发生机制、等离子体物理化学效应基础研究以及协同催化技术的机理探索等方面开展污染物脱除研究,为实现SF6废气处理、挥发性有机污染物(VOCs)高降解效率及较高的能量利用效率提供技术支持和理论依据。

 

郑州大学电气工程学院

http://www5.zzu.edu.cn/dianqi/

 

郑州市智能电器及系统工程技术研究中心

http://www5.zzu.edu.cn/zndq/info/1012/1142.htm

 

郑州大学开关设备与绝缘技术研究所

http://www5.zzu.edu.cn/zndq/info/1011/1152.htm