长间隙放电综合观测系统的建立

为进一步深入研究长间隙放电机理和特性并以其模拟雷击放电,采用光学成像、传感、数据采集等最新技术和仪器,初步建立了一套由高速摄影仪、冲击电压分压器、Rogowski线圈电流测量仪、集成光波导暂态电场测量仪、普通摄像机等组成的长间隙放电综合观测系统,并详细介绍了该观测系统的结构及各观测手段的技术原理和特点,给出并讨论了3m棒板间隙正极性操作冲击放电过程典型观测结果。研究表明:与传统观测手段和系统相比,作者建立的观测系统具有光学图像清晰直观、观测和测量速度快、抗干扰能力强、信息数据量更加丰富等优点,可作为长间隙放电研究的重要观测手段。     

空气间隙放电物理参数测量研究进展

随着我国特高压输电建设的深入,空气间隙放电的机理研究日益迫切、针对空气间隙放电的电场、电流、流注放电形态等关键物理参数的测量研究最新进展进行了介绍.重点介绍了国内外光电电场测量系统的研究进展,通过测试证实自主研制的瞬态电场测量系统理论测量范围可达24 kV/cm,雷电冲击与ns冲击下的时域动态响应试验证实电压与电场的相...     

短空气间隙流注放电的实验观测技术综述

流注放电是气体间隙放电的重要阶段,流注放电的机理、仿真及实验研究是高压放电等离子体领域研究的重点之一,其中流注放电的实验研究是流注放电机理及仿真研究的基础。然而流注放电具有多时空尺度、多粒子碰撞、多物理场耦合等复杂特点,这对流注放电的实验观测提出了巨大的挑战。该文针对短空气间隙流注放电的实验观测,分别从短空气间隙流注放电实验设置和短空气间隙流注放电过程观测技术2个方面综述了国内外相关实验方法、平台及取得的研究进展。在此基础上,该文对目前短空气间隙流注放电研究所需要解决的关键问题和未来的发展趋势进行了探讨,认为未来短空气间隙流注放电实验研究进一步发展的关键在于建立更高精度与更高时空分辨率的多物理量同步观测系统,观测并分析单个流注发生发展的完整过程;探索新的实验手段和测量技术,获取电子平均能量等关键特征参数;深入研究数字图像处理技术,挖掘放电光学图像蕴含的更深层次的特征信息,进而完善对流注放电机理的研究。     

长空气间隙放电研究进展

长间隙放电研究是高压输变电工程的外绝缘设计和雷电屏蔽问题研究的基础。为此,从长间隙放电特性试验、长间隙放电机理和长间隙放电过程仿真模型等3个方面,概述了国内外工作者在长间隙放电研究上取得的成果。在此基础上,归纳分析了目前研究中存在的不足,认为:放电特性试验研究难以穷举实际输变电工程间隙,也无法准确获得实际过电压应力下间隙的绝缘特性;现有长间隙放电机理研究缺乏对流注区域空间电荷分布规律、先导通道特征参数的深刻认识,一些常见假设如流注几何形状和区域电场恒定、先导起始的临界温度及先导通道特性等,或没有测量证实,或带来与实际情况的较大偏差;空间电荷计算模型中不同的流注形状和电场分布假设,选取流注、先导的转换条件,以及将先导通道视为具有一定通道压降的导体,都使模型计算结果与试验测量值存有明显偏差。最后指出,在未来的相关研究中,应重视长间隙放电基础研究,深入开展长间隙放电观测技术和放电参数测量研究,获得流注空间电荷分布、流注-先导转换临界温度和先导通道电场与温度等关键特征参数,指导建立和完善长间隙放电仿真模型,以准确预测长间隙放电特性,最终实现输变电工程外绝缘精细化设计,同时为雷电屏蔽理论和模型的完善提供参考。     

1m棒–板间隙雷电冲击放电电场测量

放电区域电场的定量测量是研究长空气间隙放电机理的重要手段,也是近年国内外研究的热点。简要介绍了自主研制的光电集成电场测量系统,并将其应用于棒–板间隙在正极性雷电冲击电压作用下流注放电区域电场的测量。首先测量未发生放电时棒–板间隙轴线上的几何电场,并与计算结果进行对比;其次,测量流注产生后放电区域内、外的电场强度,并结合高速摄像机拍摄到的流注放电图片对测量结果进行分析。测量结果为流注通道与空间电荷的物理模型建立提供了依据。     

空气间隙击穿后电弧通道的特性分析EI北大核心CSCD

空气间隙击穿是输电线路故障的一种常见原因,间隙击穿后电弧通道的发展决定着间隙的绝缘恢复过程。该文搭建包含电学、光学、热学测量的放电试验综合观测平台,对30~50cm空气间隙击穿后电弧通道的演化过程进行研究。光学图像表明,放电通道的发展路径呈现弯弯曲曲的形态,通道的二维长度与间隙距离的比值范围为1.1~1.6,平均值为1.3;基于电压电流波形,计算得到空气间隙击穿后电弧通道的单位长度电阻在Ω/cm量级。根据纹影图像定义了通道的恢复程度,发现通道的恢复时间与放电通道单位长度注入能量正相关。综合该文试验结果,推测空气电弧通道结构为“核–鞘”结构,指出制约弧后恢复的主要是热学恢复过程。相关试验结果可以为间隙击穿后放电通道的恢复过程研究提供一定的借鉴。     

正极性先导起始与发展过程中的等离子体特征

先导放电通道由等离子体构成,先导的注入电荷和先导头部温度是用于判断正极性先导起始的关键物理参数。为了获取先导起始的条件及先导发展过程的等离子体特性,该文利用等离子体模型对先导放电通道进行了仿真研究。首先通过10m户外长空气间隙放电综合观测平台,获取了不同冲击电压下的先导放电电流、电压及光学数据。随后利用实测电流数据作为等离子体模型输入,仿真得到了放电通道的温度、等离子体密度、电导率等参数的演变特性。实验及模拟结果表明,先导起始前的触发温度随电压上升率的下降呈现明显的下降趋势。此外,10m空气间隙下,先导起始所需要的临界电荷可低至0.66μC。先导发展过程中的通道温度相对稳定,维持在4 000K左右,电子的产生主要源于热电离,放电通道电导率在1～10S/m范围内波动。     

正极性冲击流注—先导转化放电通道温度测量研究

正极性长空气间隙放电是输变电系统外绝缘和雷电放电物理的研究基础,而流注—先导转化过程一直是长间隙放电机理以及雷电上行先导放电研究所关注的重点。为了获得流注—先导放电转化过程中电学、热力学参数演化规律及其关联关系,以1.0m棒–板空气间隙为研究对象,通过构建适用于流注—先导转化放电过程热特性试验观测系统,实现电压、高电位放电电流、放电通道光学形态、纹影图像的同步观测。获得从流注放电起始到先导通道形成过程的高速纹影图片,并通过Abel逆变换反演获得初始先导放电通道气体密度、温度的径向分布及其时间演化规律,发现因首次流注放电注入电荷量的增加,暗区时间内放电通道中心温度随时间的变化趋势由上升变为下降的两类现象。基于Gallimberti流注—先导转化零维模型,分析不同流注茎初始半径和能量分配系数对暗区内温度变化规律的影响,得出模型只适用于暗区温度上升的放电情况。该文的研究工作可为正极性先导起始判据修正和物理模型的完善提供参考。     

棒-棒间隙操作冲击放电过程的试验观测

为揭示操作冲击作用下的棒-棒间隙放电过程,采用CCD高速摄影仪开展了2～10.5m间隙尺度正极性及1～4.5m间隙尺度负极性棒-棒间隙放电观测试验,根据观测结果总结了正、负极性棒-棒间隙放电发展过程,并获取了放电发展过程中跃变尺度、放电发展速度等特征参数随间隙尺度以及放电发展过程的变化规律。在正极性棒-棒间隙击穿过程中,正极性下行先导起主导作用;在负极性棒-棒间隙击穿过程中,梯级发展的负极性下行先导起主导作用;随着放电间隙尺度的增加,起主导作用的放电过程发展尺度占间隙的比例逐渐增加;跃变阶段的正、负极性先导发展速度均随先导的伸长而逐渐增加;负极性棒-棒间隙放电的跃变阶段可观测到空间先导的发展过程。试验观测研究进一步揭示了棒-棒间隙放电发展过程,可为棒-棒间隙放电物理过程研究提供参考。     

"棒板"间隙雷电冲击放电时高压侧预放电电流的测量

长间隙放电机理研究是高压电工领域的基础研究.长间隙放电电流与放电机理关系密切,通过研究放电电流的变化,有助于深入研究长间隙放电的物理过程.为此,介绍了一套基于光电集成技术的无源模拟信号隔离传输系统,以光纤做为传输媒质,实现从高压电极侧测量流注鱼放电电流.对1 m棒板间隙在正极性雷电冲击电压作用下流注预放电电流进行了测量...     

正极性雷电冲击电压下流注起始特性研究

流注是长空气间隙放电的主要过程,其起始特性具有重要的理论价值与广泛的工程应用。以往对直流电压作用下流注起始特性的研究较多,对冲击电压特别是电压上升率较大的雷电冲击电压下流注起始特性研究很少。采用基于光电集成技术的高压侧电流测量系统与空间电场测量系统,对1 m棒–板间隙在正极性雷电冲击电压下流注起始特性进行研究,提出了新的流注起始观测手段,获得不同半径棒电极、不同电压上升率下的流注起始电压与场强,拟合得到考虑电压变化率的流注起始场强判据,并验证了所提出判据的广泛适用性。另外,还对正极性雷电冲击电压作用下流注起始时延的变化规律进行研究,定量测量了流注的起始时延,为研究流注起始时延的概率分布奠定基础。     

污秽绝缘子闪络机理研究综述

文章综述了几十年来国内外对污秽绝缘子闪络机理的研究状况,包括电路模型、能量模型、动态模型、交流电弧重燃条件、电场模型以及低气压下的电弧特性等,并根据真型绝缘子串污闪放电过程的拍摄结果,提出了由剩余污层电阻、沿面电弧和空气间隙电弧串联组成的低气压下绝缘子长串直流放电数学模型,同时对未来绝缘子污秽闪络机理的研究方向进行了展望,指出真型绝缘子长串放电过程、绝缘子剩余污层电阻、低气压下局部电弧特性的测量等是今后研究的重点。     

雨天交流输电线路电晕放电判据

电磁环境是制约特高压输电线路结构设计与导线选型的关键因素,通过高速摄像机和放电脉冲的同步观测,研究了水滴下落、附着和离开导线时的放电特征;利用有限元软件分析了水滴和导线之间的电场分布;基于有效电离积分分析了水滴位置、大小、导线电压对水滴滴落放电的影响,提出了水滴滴落放电的起始判据。研究发现,雨滴与导线之间的间隙放电产生的放电电流脉冲远高于雨滴附着在导线表面时产生的电晕放电,是造成雨天交流线路电磁环境问题的主要原因;伴随水滴的滴落过程,有效电离积分经历了一个先升高后降低的过程;有效电离积分的极值随电压的升高而显著上升,随水滴半径的增加而小幅增加。     

丝网电极放电对涤纶纤维表面改性的效果分析

为了在介质阻挡放电进行等离子体表面改性处理时得到好的处理效果,实验研究了工频电压下大气压空气中丝网电极介质阻挡放电的放电特性及其对涤纶纤维表面改性的效果。实验中采用结构为电极-丝网-薄膜的丝网电极,在大气中产生均匀放电,研究其放电图像和电气特性及对涤纶布的表面改性效果(可以显著地提高织物的吸水性能)。通过对涤纶布吸水性衰退效应的研究表明,经大气压空气等离子体处理后的涤棉吸水性经一段时间的下降后趋于稳定,与普通电极相比,效果好而且节能,适宜于在纺织前处理中的应用。     

基于Kerr电光效应的冲击电压下液体电介质空间电荷高速CCD测量

空间电荷的存在直接影响液体电介质的绝缘击穿性能,为了更好地研究空间电荷的动态变化过程,建立了基于Kerr电光效应的冲击电压下液体电介质空间电荷的高速电荷耦合器件(CCD)测量系统。运用高精度光电传感器的测量方法,得到了室温下液体碳酸丙烯酯的Kerr常数。进而通过高速CCD的动态光电测量,并结合图像处理技术,求取了冲击电压下平行板铜电极间电场和空间电荷的动态分布曲线。实验研究表明:在平行板铜电极间,当液体介质中电场达到一定程度时会出现空间电荷的注入与输运,使得极间电场呈现出中间高两边低的分布情况。另外还分析了空间电荷的分布和输运对液体绝缘特性的影响,该研究为分析冲击电压作用下液体介质中空间电荷的产生机制及空间电荷对流注放电的影响奠定了基础。     

基于紫外成像技术的极不均匀电场电晕放电

为监测电气设备外绝缘缺陷、灵敏观察和准确定位电晕放电,以紫外光谱特征量为量化电晕放电强度的表征参数,以相同工频电压等级下的放电水平和电晕脉冲电流峰值作为量化比较参数,在基本相同的大气条件下,利用紫外成像技术试验研究了极不均匀电场工频电压下电晕放电。结果表明,电晕放电强度量化表征参数与量化比较参数之间的对应关系很好;表征参数可反映电晕放电的几个阶段;结合紫外成像反映的放电形态,可分辨电晕放电过程的各阶段,且紫外光谱特征量在电晕放电过程各阶段的分布具有一定的统计规律。最后提出选取流注放电阶段的紫外光谱特征量交集作为空气间隙击穿的注意范围判据。     

Sliding Discharge Optical Emission Characteristics

In this work, several optical studies in an atmospheric pressure sliding plasma sheet have been performed. This discharge is generated using two electrodes flush mounted on an insulating flat plate (upper electrodes), and a third electrode flush placed on the opposite side of the plate facing the upper inter electrode gap (lower electrode). A DC negative voltage is applied to one of the two upper electrodes and to the lower electrode, while the other upper electrode is biased with an AC voltage. In this configuration a sliding discharge is produced on the flat plate within the upper electrodes gap. The sliding discharge optical emission of the spectral bands corresponding to the 0-0 transition of the second positive system of N₂ (lambda = 337.1 nm) and the first negative system of N₂ ⁺ (lambda = 391.4 nm) have been measured. Also the light spatial distribution in the plasma sheet has been studied using a CCD camera coupled to interferential filters corresponding to the wavelengths investigated. The reduced electric field in the plasma sheet has been derived from the measurement of the intensity ratio of the nitrogen lines. This study has been realized varying the amplitude of the DC voltage and the amplitude and frequency of the AC voltage. The reduced electric field strength is found to be almost constant for all the experimental conditions, with a value of 500 plusmn 100 Td (1 Td = 1.10^-17 V cm²).     

特高压真型塔操作冲击放电电场测量

鉴于研究长空气间隙放电特性对于发展特高压输电技术具有重要意义,开发了光电集成电场传感器,并建立了双通道的电场测量系统。利用球板间隙冲击电场对测量系统进行了校验,并且用冲击信号均匀电场考察了测量系统的时域波形性能,证明了测量系统对电力系统的冲击信号具有较小的误差和良好的时域特性。利用该系统在特高压真型酒杯塔中相塔窗内开展了操作波放电电场测量实验,得到了电场峰值和波形,并与计算值进行了对比,分析了电晕、流注和先导等因素的影响。实验结果表明,光电集成电场测量系统可以用于特高压长空气间隙放电的研究工作。     

Influence of insulating barrier on the creepage discharge intransformer oil

The propagation aspects of a creepage discharge in transformer oil are observed simultaneously and in detail under a positive impulse voltage condition, by means of a high-speed Schlieren optical system, an LED current measurement system and a charge measurement system using a capacitor. In the present paper, the influence of the material type and the thickness of insulating barriers on the propagation of the impulse creepage discharge are discussed for a point to plane electrode geometry. In addition, the influence of a barrier surface to the electric field direction on the propagation of the impulse creepage discharge is discussed for a parallel plane electrode gap with a protruding point