静电放电刷电晕脉冲电流的测试与分析

为研究电晕放电脉冲电流的特性,提出了一种电晕脉冲电流模拟测试方法,选用直流高压发生器、高采样率的数字存储示波器Teck7404B和高频电流探头TA1搭建了某静电放电刷电晕脉冲电流的测试回路。分析测试静电放电刷的正负电晕脉冲电流波形及其特征的结果表明,正负电晕脉冲电流具有明显的极性效应,正电晕电流比负电晕有更长的上升沿和脉冲宽度,电流幅值达mA级。该研究结果为进一步研究空中飞行物体的电晕放电电磁辐射的特征提供了实验依据,根据放电刷脉冲电流特征,可估算其电晕放电电磁辐射能量。     

SF6气体中典型缺陷的光电脉冲光谱极性效应分析

为了更好地将光学探测和弧光监测应用于SF6气体绝缘系统，并进一步完善对放电光电极性效应的认识，搭建了一套SF6局部放电光电联合模拟实验系统，通过多光谱传感器对绝缘子爬电和电晕放电2类典型情况下的多光谱信号进行采集，分析其多光谱光电脉冲极性效应。研究结果表明：2种放电3个波段的光辐射强度幅值及占比存在显著区别，其中电晕放电多光谱极性效应更为明显，其正、负极性放电多光谱脉冲信号幅值在相基统计图谱上存在明显区别；随着外施电压上升，沿面放电多光谱信号幅值上升且速率加快，而电晕放电幅值增长幅度减缓，并且2种放电类型的紫外波段占比减小，可见波段占比增加，红外波段保持较低水平；在脉冲重复率分析中，2种放电的脉冲重复率均随电压增大而增加，其中电晕放电正极性脉冲重复率小于负极性；在多光谱数据三元分布统计中，电晕放电的正、负极性脉冲分布发生明显分离，而沿面放电分布基本重叠。     

电晕电流及其辐射信号特性的研究

为得到电晕放电辐射场的时域和频域特征,采用针板结构首先对电晕电流及其辐射场进行了理论分析,然后在此基础上对电晕电流及其辐射信号进行了实验研究。实验表明,电晕电流脉冲波形具有明显的极性效应:①负极性下先发生电晕放电,但正极性放电发生时,脉冲幅值比负极性时大;②负电晕电流脉冲波形的上升时间小于正电晕电流。实验结构不同,电晕放电辐射场的特征不同:利用第①种实验结构得到的放电波形的上升时间为十几个ns,频率分布范围集中在20～100MHz;利用第②种实验结构得到的放电波形的上升时间为几个ns,频率在200～600MHz。该结论对于下一步研究空中带高压物体的电晕放电辐射信号特征具有参考价值。     

邻近直流导线时交流电晕电流脉冲特性试验

本文搭建交直流并行线路电晕放电试验平台,研究邻近直流电压时交流单点电晕放电下的电晕电流脉冲特性。并对交流电晕电流脉冲的分布模式、重复频率以及波形等特征参数进行统计分析。试验结果表明,邻近的正极性直流电压会促进交流负半周电晕放电而抑制交流正半周电晕放电,邻近的负极性直流电压作用正好相反。直流电压对交流负半周电晕电流脉冲波形参数无明显影响,而正半周电晕电流脉冲的幅值会随负极性直流电压的增加有所升高。同时发现,随着交流电压幅值的升高,促使其正半周发生电晕放电所需要的负极性直流电压幅值也相应地升高,并基于电晕放电的发展过程中电离强度的计算提出种子电子的缺失是造成该现象的原因。最后,在电晕放电离子云模型基础上,提出脉冲序列发展的过程中电离区域电场强度恒定不变的假设,从而对邻近直流电压影响下的交流电晕电流脉冲波形参数特性给出了合理的解释。     

椭球电极负电晕放电的数值仿真研究

电晕放电的研究对深入理解高压电气设备内部各种缺陷的电晕放电机理有着重要的意义。耦合流体动力学方程和泊松方程,建立了椭球电极的负电晕放电模型,应用有限元方法分析了放电电流脉冲和正离子数密度分布,首次通过数值仿真分析了椭球电极环模式放电。研究了不同施加电压及电极形状对椭球电极负电晕放电的影响机理。结果表明,施加的电压、电极形状对椭球电极负电晕放电电流脉冲数、脉冲波形特性及放电脉冲模式等有很大的影响。     

GIS电缆终端局放检测中电晕干扰特性的研究

架空线电晕对于变电站内的GIS(Gas Insulated Switchgear,气体绝缘组合电气设备)电缆终端局部放电检测干扰严重,为排除高频电流传感器耦合到的其他干扰信号,本文首先提出聚类分析法,以信号峰值、上升时间、下降时间、最大频率作为数据矩阵的变量,结果表明聚类分析法能够有效将高频电流信号进行分类,便于提取架空线电晕放电信号。其次,重点研究了电晕干扰信号的上升时间、极性特征、频谱特征和相间干扰,结果表明,电晕干扰表现为密集的脉冲形式,电晕脉冲的上升时间为25~175ns,下降时间为85~230ns,具有相对集中和对称分布的特点,电晕脉冲具有明显的极性特征,正负脉冲的上升下降时间变化趋势不同,同时正脉冲宽度略低于负脉冲宽度。电晕脉冲的频率为1.25~2.5MHz,电晕脉冲具有相间干扰的特性,被干扰相的幅值降低、频率增大、上升时间降低。     

多针电极结构双极电晕放电伏安特性

为提高电晕放电的能量密度和放电稳定性,提出了针阵列电极结构的双极电晕放电方式并研究了多针电极结构双极电晕放电的伏安特性。实验得出放电电流I随针尖半径a和电极间距d的增大而减小,随相邻针尖间距s的增大而增大,但当s≥40 mm时,相邻针尖的相互作用已很小,I几乎不变;d对火花击穿电压的影响较大,a对其的影响较小。由于电极结构的对称性,高压电极的极性对放电无明显的影响,正负电晕放电的伏安曲线和火花击穿电压均较为接近。将多针电极双极电晕放电电流I等效成电极间距为d/2的多针对板正、负电晕放电电流I1和I2相加,分析了I>I1+I2的原因,并推知其电离区内电子密度也有相应规律。     

尖端电晕放电辐射特性实验分析

为了更好地分析电晕放电辐射信号的特征,笔者利用尖端电晕放电模拟测试系统采集了电晕放电辐射信号数据,研究分析了信号在时域和频域的一些特性。分析结果表明,电晕放电辐射信号首脉冲的方向随放电电压的极性不同而相反,在不同极性放电电压下,放电辐射信号的时域特征差别比较明显,但频谱分布基本一致,放电能量主要集中在50～100MHz之间,频率范围主要在150MHz以下。     

旋转状态下风机叶片雷击接闪特性的实验研究

风机雷击事故频发,严重威胁风电场正常运行。现场观测数据表明,旋转风机更易遭受雷击。对此该文设计1:30缩比可旋转3MW风机模型,模拟真实风机旋转叶尖线速度,使用正负极性标准操作波,利用长间隙放电模拟真实雷电,开展旋转状态下风机叶片防雷装置接闪特性研究。实验结果表明,旋转会对接闪过程中叶片接闪点分布与接闪后放电通道产生影响,放电具有明显的极性效应。旋转使得正极性放电下叶片接闪器拦截效率下降;对负极性影响较小。正极性放电更易击中远离叶尖部位。成功接闪后,接闪点附近放电通道因叶片旋转发生偏移,产生"拉弧"现象,造成叶片损伤,并与实际风机受损情况相对应。所得结果为风机叶片防雷优化设计提供参考。     

多高压电极系统电晕放电的研究

研究了多高压电极的放电特性现象。结果表明，由于各高压电极间受电场相互屏蔽作用的影响，使电晕放电通道的光学图形发生了向电极外侧偏移，同时各高压电极间距处在一定范围内可提高电晕放电起始电压。还利用分割电极的方法测量了平面电极上的电流密度，其极大值点可相应向外侧偏移，在负极性放电时在一定条件下能产生正流注放电。     

空气中针板直流正负电晕发展过程实验研究

为了探明干燥空气中直流电压下电晕放电发展过程,搭建了局部放电测试系统,开展了针–板模型不同极间距离下的正负电晕放电实验。实验结果表明,随实验电压的增加,正电晕逐步经历猝发性流注放电、周期性流注放电、辉光放电及刷状放电等过程;负电晕逐步经历Trichel放电初期和中期、锯齿状放电及辉光放电等过程。当在电压增幅相同下针–板间距增加时,正电晕流注阶段脉冲幅值及重复率变化较小,刷状流注阶段脉冲幅值与重复率变化较大,增加幅度均减小,脉冲幅值峰值减小,重复率峰值增加;负电晕Trichel放电阶段,脉冲幅值增加幅度减小,脉冲幅值峰值减小,重复率增加幅值减小,重复率峰值相近。正负电晕发展过程变化不同,原因均可归结于针-板间正负空间电荷迁移速率不同,电荷迁移过程中加强或削弱电离区域电场方式不同导致电离电荷的聚集、消散方式不同。     

磁增强电晕放电及其对颗粒荷电的研究

介绍磁增强电晕放电的特性及其对颗粒荷电的性能.在负电晕放电中,磁场可提高极间自由电子的能量,增加带电粒子的浓度,增大放电电流.在放电极雾化负电晕放电中,磁场可显著提高微小颗粒的凝并效能.采用永久磁铁形成放电极附近较强的非均匀磁场,比均匀磁场对负电晕放电有更好的增强效果.     

直流XLPE电缆绝缘泄漏电流与局部放电试验特征研究

目前,直流电缆制造技术及工程空前发展,然而,国内外关于直流电压下XLPE电缆故障特征及劣化规律研究极少。局部放电和泄漏电流是电缆绝缘状态的两种重要表征手段。文中搭建了局部放电和泄漏电流联合检测试验平台,研究了绝缘内部气隙、主绝缘表面划伤以及金属毛刺电晕3种缺陷的局部放电和泄漏电流试验特征。结合理论分析及仿真,首先研究了放电量、放电重复率以及泄漏电流幅值间的相关性。之后,基于Shannon熵、互信息等分析手段,研究了不同极性电压下泄漏电流和施加电压间相关特征。综合来看,正常电缆、气隙缺陷、电晕缺陷在负极性电压下的泄漏电流-电压曲线,比正极性电压下的呈现更强线性相关性;划伤缺陷在正、负极性下的泄漏电流-电压间线性相关性均比较明显。该研究对电缆现场状态检测策略的研究具有重要价值。     

多针对板电晕放电伏安特性研究

实验研究了多针对板电晕放电的放电极性、尖板间距D的变化对伏安特性的影响,近似算得其伏安关系式I=CU(U-US)并确定了正、负电晕放电中的C值,由C与D的关系得出随D的减小,放电功率和电流密度增加的结论,在一定条件下实验结果与推导得到的伏安关系式吻合。最后结合实验和有关文献中的结果讨论了多针对板电晕放电特性。     

电晕放电辐射信号特征实验

为得到放电针电晕放电辐射场的时域和频域特征,利用组建的静电放电测试系统在室外背景噪声研究的基础上实验研究了电晕放电辐射信号,分析了不同极性和大小的电压、天线极化方向、接收距离、放电针形状、温湿度对电晕放电辐射信号波形和频谱的影响。实验表明,电晕放电信号波形陡峭,上升时间从几ns到20几ns;频谱成钟型连续谱,集中在20～100MHz;不同极性,信号波形不同,且正电晕信号幅值高于负电晕;电晕放电辐射场一般为垂直极化,强度反比于接收距离;相对湿度较大时测到的信号幅值较大。     

直流电压下尖板电晕放电及其声特性试验分析

为分析特高压输电线路电晕放电产生可听噪声的机理,开展了直流电压作用下单点电晕放电的试验分析,测量并分析了脉冲放电产生的声压信号及其特征。采用尖-板电极研究了单点直流电晕放电的幅频特性,获得了不同电压(0～35kV)、不同间隙(6～8cm)及不同极性下的放电电流波形及放电图片。研究表明,直流电晕放电由一系列单个的放电脉冲组成,脉冲上升沿与脉宽主要分别集中在10ns、30ns附近;单个放电脉冲的幅值、重复率随直流电压的增加而增加,放电重复性随直流电压的增加而变差,且放电有一定的随机性。根据尖板直流电晕放电的特点,搭建脉冲放电回路来模拟不同条件的电晕放电,以实现电晕放电参数的可控性。利用传声器在消声室测量了单次脉冲放电产生的可听噪声,初步获得了放电电压和声压之间的关联特征:随着放电电压增加,声压线性增加。     

尖端导体电晕放电辐射场的计算与实验

为研究输电线电磁辐射问题,以尖端导体电晕放电为研究对象,利用偶极子模型和传输线模型尖端导体电晕放电辐射场进行理论计算,得出了电磁辐射信号特征;在实验室进行直流高压下尖端电晕放电模拟和实验研究,验证了理论分析的正确性。研究结果表明,电流注入导体产生的辐射场要比空气电晕区产生的辐射场强的多,在对尖端导体电晕放电辐射场的远距离探测时,空气电晕区产生的辐射场可以忽略不计;尖端导体电晕放电辐射场主要是垂直极化场,由电晕电流在导体两端来回反射引起的;信号的时域波形呈衰减振荡形式,信号的峰值随外加电压的升高而增大,正电压下信号的强度明显比负电压下信号的强度大;信号首脉冲的方向随外加电压的极性不同而相反;信号的持续时间在几百ns数量级,而且随着导体长度的增加,信号的持续时间有增大的趋势。该研究结果对于输电线电晕抑制及周围电磁环境评价具有重要意义。     

不同气体介质下极不对称DBD放电模式转化研究

在大气压条件下,气隙距离为12 mm时,针—板DBD结构在不同的气体介质中会表现出不同的放电模式。当气体介质为氩气、放电电压为4 k V时,放电电压的正半周期表现为丝状放电模式,放电电压的负半周期为类辉光放电模式。当气体介质为氮气、放电电压为12 k V时,放电为电晕放电模式,但电压的正负半周期电晕放电模式也存在区别,在电压的负半周期,电流脉冲更加规则。当放电电压升高到15 k V,放电电压的正、负半周期会出现不同的放电模式,正半周期为丝状放电模式,负半周期呈现类辉光放电模式。在空气条件下,放电电压为12 k V时,存在和氮气条件下相似的电晕放电模式,而当放电电压为15 k V时,在整个周期只表现出丝状放电模式。     

孤立金属放电针电晕电流特性的研究*

为定量分析强电场下孤立金属放电针电晕放电强度,首先通过实验获取圆柱型铁质金属尖端在发生电晕放电时的瞬时电晕电压值;在分辨率为1 cm情况下,利用二维有限元法将电晕电压值转换成铁质放电针尖端处的电场值;拟合建立了电晕电流与金属尖端处电场之间的函数公式。最后,根据得到的电晕电流公式与野外观测得到的负环境电场下的电晕电流作对比,发现实验室环境下的放电针电晕放电强度明显小于野外观测环境的,且电晕电流增强幅度弱于野外观测环境的。     

空气针尖负电晕放电的特征辐射谱

为得到针尖负电晕放电的辐射特征,采用针-环结构对不同空气条件下负电晕放电的辐射谱进行了实验测试。结果表明,在给定电极件下,空气负电晕放电具有一定的特征辐射谱,频率〈100MHz。这种特征辐射谱的位置不随放电电压（电流）和气体等条件变化;特征辐射强度与放电电压无关,但与空气的气压和气流有关。空气负电晕放电的特征辐射与Trichel脉冲的形成过程相关,电流脉冲的上升沿决定特征频谱的位置和幅度。