基于飞行图模式的GIS内金属性缺陷超声信号特性研究

为研究气体绝缘开关装置GIS(gas insulated switchgear)内金属性缺陷的超声信号特性,以及基于金属性缺陷超声信号特性判别缺陷状态的方法,笔者建立了一套超声波测量系统,并设计了GIS内部固定金属性缺陷模型,分别是高压导体上尖刺、悬浮电位、绝缘子上微粒和地电极上尖刺。笔者采用该测量系统拾取了以上绝缘缺陷的超声波脉冲信号。在此大量实验数据基础上,分析了GIS内金属性缺陷超声信号特性。为进一步量化分析,笔者建立了基于超声信号的飞行图图谱(相邻脉冲发生时间间隔Δt与前一脉冲幅值u的关系)。试验结果分析表明,依据飞行图模式的GIS内金属性缺陷超声信号特性,可区分金属性缺陷类型。     

直流电压下GIS内金属微粒的局部放电特性研究

为了研究直流电压下气体绝缘金覆封闭开关设备GIS内金属微粒缺陷的局部放电特性,用直流发生器和一套局部放电检测系统搭建试验平台。试验数据分析表明：金属微粒在正极性电压下更容易起跳;依据电荷量示意图,跳动微粒的波形振荡剧烈,局部放电量大。     

直流电场下运动金属微粒的带电估算与碰撞分析

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)内部金属微粒运动与分布特性是制定控制技术的关键。针对金属微粒运动问题,开展试验与仿真研究。根据试验分析,得到了金属微粒碰撞恢复系数,通过反推的方法得到运动金属微粒的带电量;考虑金属微粒运动过程中的带电与碰撞的因素,建立了仿真模型并进行试验验证,结果表明二者有较好的一致性。根据分析得到了金属微粒尺寸、材质等因素对运动特性的影响关系:直流电压下同一材质的金属微粒碰撞频率随着微粒尺寸的增大而减小,微粒向高压电极与向地电极运动时间差随着尺寸的增加而增大;不同材质的金属微粒,自身密度及碰撞恢复系数是影响其在电极间的碰撞频率的重要因素。研究结论对气体绝缘金属封闭开关内部微粒抑制措施的研究具有一定的参考价值。     

直流GIL中线形金属微粒运动与放电特性研究综述

由于直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)具有传输容量大、电能损耗小、可靠性高和全寿命输电成本合理等优点,因此可在特殊环境下,如高落差、隧道和远距离大容量输电等场合替代架空输电线。而限制直流GIL在输电线路上大规模运用的一个重要原因就是自由金属微粒的干扰,因此有必要掌握自由金属微粒在直流电压下的运动和放电特性。文中总结了国内外关于直流电压下SF6气体中自由线形金属微粒运动与放电特性的研究,以期对工程建设和学术研究起到参考作用。首先介绍了线形金属微粒在直流电压下的受力分析及起跳电压计算模型;然后总结了线形金属微粒在GIL中可能的运动形式,以及当存在轴向不均匀电场时的运动情况;进而分析了线形微粒在直流电压下的电晕放电规律;最后,揭示了线形金属微粒对SF6气体间隙击穿的影响机制。     

交直流电压条件下GIS局部放电检测对比研究

为了探寻一种较为有效的检测GIS内金属导电微粒类典型缺陷的方法,建立了一套模拟GIS交流电压下和正、负极性直流电压下局部放电检测平台.利用脉冲电流法、超声波检测法对局部放电信号进行检测,对获得的大量实验数据和图谱进行比较分析.通过分析研究,提出了利用正极性直流电压下局部放电检测法对金属导电微粒类缺陷进行检测,该检测方法对金属导电微粒类缺陷最为有效,能够及时发现该类典型缺陷,且对GIS绝缘性能破坏小,具有良好的实际应用价值.     

GIS内金属性缺陷引起的局部放电超声信号分布特性研究

为研究气体绝缘开关装置(gas insulated switchgear,GIS)内金属性缺陷引起的局部放电超声信号分布特性以及基于分布特性判断缺陷类型的方法,笔者建立了一套超声信号测量系统,并设计了4组GIS内典型缺陷模型,分别是高压导体上尖刺、悬浮电位、绝缘子上微粒和地电极上尖刺。基于该超声测量系统,获取大量超声信号数据。在此大量实验数据基础上,笔者提出了典型参数如超声脉冲数N、超声幅值u、时间间隔Δt和相位Ph及分布谱图N-u、N-Δt和N-Ph区分GIS内典型缺陷的方法,并分析了GIS内金属性缺陷引起的局部放电超声信号分布特性。试验结果分析表明,依据分布模式的GIS内典型缺陷的超声信号统计特性,可区分典型缺陷类型。     

SF6/N2混合气体中金属微粒在工频电压下运动的仿真与实验研究

针对GIS设备内部可能残存的微粒在受到母线电压时会发生运动的问题,建立了微粒运动的数值计算模型和GIS实验模型,在SF6/N2混合气体作为绝缘介质的情况下,仿真研究了不同微粒情况下的微粒运动特性及不同微粒陷阱对金属微粒的捕获情况。仿真发现:交流电压下,金属微粒会发生频繁的上下往复运动,金属微粒的密度越大,碰撞频率和最大起跳高度越低;微粒陷阱会改变GIS设备内部的电场分布情况,不同微粒陷阱的深度和形状会对捕获微粒成功率产生影响,陷阱深度越大会使越容易捕获金属微粒。最后,通过在GIS实验模型中进行对应实验来记录金属微粒运动特性。     

两种电压模式下GIS内部异物动态特性研究

异物是引发GIS设备内部击穿故障最主要的原因之一,运行电压下GIS设备内部异物受电场力作用发生随机运动,现场检测难以确定内部异物的特征。本文针对GIS设备内部异物开展力学特性分析,建立126 k V GIS等效模型,并仿真比对交流电压及脉冲电压作用下GIS内部异物的动态轨迹。研究结果表明交流电压下GIS设备内部异物颗粒的跳动轨迹呈现无规律特征,施加特定脉冲电压条件作用时,GIS内部异物跳动规律可控,其跳动高度及时间间隔基本一致。     

正弦振动激励下GIS内自由金属微粒运动特性

自由金属微粒是影响气体绝缘组合电器(GIS)绝缘可靠性的主要威胁之一,常具有潜伏性和随机性,而GIS振动可激励微粒起跳并诱发绝缘击穿,但相关研究鲜有报道.该文建立了特高压GIS中工频电压叠加正弦振动条件下自由金属微粒的荷电、受力和运动仿真计算模型,研究了不同外施电压和振动参数对微粒运动特性的影响规律,并获得不同条件下微粒的超声飞行时间谱图.研究结果表明:初始时刻,在壳体加速度作用下,微粒起跳场强随振幅的增加逐渐降低,微粒半径对起跳场强影响随振幅的增加逐渐减小.微粒运动过程中,相邻两次碰撞间最大飞行高度与碰撞瞬间恢复速度及电压相位有关,且与微粒飞行时间呈正相关.与仅施加工频电压相比,外施振动激励条件下,微粒飞行时间图谱在电压幅值较低时即呈现明显的三角脉冲,且微粒飞行时间图谱呈山峰状,与带状飞行图谱相比具有明显差异,具有较高的识别性.     

直流电压下气体绝缘输电线路中微粒运动特性研究及微粒陷阱效能分析

气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)中设置微粒陷阱是最常用的微粒抑制措施,由于其真型试验需投入较高成本验证设计能效,目前多采用仿真技术手段进行辅助分析。该文针对直流电压下微粒陷阱结构设计,考虑微粒的受力及电荷变化机制,基于有限元法提出一种可以应用于实际结构中的球形微粒带电运动的仿真方法。建立320kV直流GIL管母线部分模型,在模型中分别设置四种不同类型的微粒陷阱,计算并分析不同陷阱的捕获率及其对微粒运动特性的影响。结果表明,该方法能够有效模拟直流电压下的微粒运动特性,上提式微粒陷阱的捕获能效优异,能够有效阻挡动能较大的入陷微粒,降低其逃逸的概率。该文仿真计算方法和研究结果适用于不同结构气体绝缘输电线路中不同类型微粒陷阱的捕获率分析,对开展工程上气体绝缘输电线路中微粒陷阱的选型及布置具有指导意义。     

粘结层对超声马达定子振动特性的影响

基于环形波型超声马达定子振动有限元模型，详细分析研究了粘结层对超声马达定子振动特性的影响。通过对压电陶瓷机电耦合效应的分析计算，给出了粘结层厚度、粘结材料特性与定子表面质点运动轨迹之间的关系，确定了超声马达粘结层材料特性要求及粘结层厚度的范围。此外，该论文针对由于粘结层的原因引起超声马达定子制作质量不稳定的问题，给出了粘结中所必须注意的问题。研究结果表明：该文的计算模型和分析是准确有效的。     

Motion and size estimation of a free moving metallic particle in GIS based on propagation properties of acoustic waves

We have investigated the propagation properties of Lamb waves and motion characteristic of free moving metallic particle in a gas‐insulated switchgear (GIS) tank to diagnose the insulation performance of GIS. We have proposed a new identification technique for defect location in GIS based on the time–frequency analysis of the Lamb waves using the Wavelet Transform. In this paper, we measured the acoustic signals excited by a metallic particle colliding with the tank sheath. Furthermore, we measured the moving particles under a high electric field in GIS using a high‐speed video camera. As a result, we examined the relationship between maximum lifting height and the flight time during subsequent impacts of a moving particle. Moreover, we estimated particle size based on the propagation properties of Lamb waves. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(1): 26–33, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20023     

直流电压下SF_6气体中电极覆膜对金属微粒启举的影响机理

为研究直流电场下SF_6气体中低压电极覆膜对金属微粒启举的影响机理,搭建了实验平台并使用高速摄像机记录运动轨迹。实验结果表明,随着SF_6气体压力的增大,微粒启举场强升高,且启举后到达高压电极的时间缩短。基于图像处理获得了微粒的瞬时位移,结合运动力学方程和最小二乘法提出了启举时电荷量的计算方法,微粒电荷量的计算分析表明启举时的电荷量减小。建立了覆膜后金属微粒周围电场分布的理论模型,电场分析表明金属微粒与薄膜间的电场明显增大及表面电荷密度分布的改变,使得金属微粒受到向下的极化作用力。研究认为:电荷量减小和极化作用力向下综合导致金属微粒的启举场强提高;覆膜后局部放电是金属微粒的带电机理;SF_6气体压力增大使得金属微粒发生局部放电的起始场强升高,导致极化作用力增大,需要更高场强发生启举。     

基于杆纵振的直线超声电机研究

根据当前直线超声电机的特点,研制了一种新型的基于杆纵向振动超声电机,分析了电机的工作原理,并做出了样机.实验证明电机在施加合理的电压信号下能够实现往复的直线运动.     

Metallic particle motion and breakdown characteristics in GIS with 0.1‐Hz VLF (very low frequency) high voltage applied

VLF (Very Low Frequency) high voltage with frequency of 0.1 Hz will be utilized for an on‐site test of XLPE underground cables, instead of conventional dc high voltage test. Since XLPE cables are connected to GIS (Gas Insulated Switchgears) in substations, the influence of VLF voltage application to GIS insulation should be investigated. One of the most important characteristics for GIS insulation lies in the metallic particle contamination and its behavior, which may induce breakdown in GIS. From the above viewpoint, this paper discusses the metallic particle behavior and breakdown characteristics under VLF voltage application in GIS. Experimental results revealed that (1) Particle motion under VLF condition was similar to that under dc condition, while specific in the transient behavior at the polarity reversal. (2) Breakdown was induced by particles located in the vicinity of high voltage conductor at the instance of crossing the gap or in the firefly conditions. (3) Breakdown voltage in positive half cycle was higher than that in negative half cycle at the lower gas pressure, while lower at the higher gas pressure, which was attributed to the particle behavior and the breakdown mechanism of SF₆ gas. Consequently, metallic particles in GIS under VLF voltage application exhibited the specific behavior associated with the slow change of instantaneous voltage and polarity, and resulted in the complex pressure dependence of breakdown characteristics. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 139(4): 33–40, 2002; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.1166     

行波超声电动机定子性能的有限元仿真

利用ANSYS软件 ,基于旋转型行波超声电动机 ,建立了圆盘形定子 (包括压电体和弹性体 )有限元模型 ,考虑压电效应 ,探讨了不同压电陶瓷对超声电动机定子性能的影响 ,给出了定子振动模态、谐振频率、定子表面质点运动轨迹与压电陶瓷的材料特性间的关系 ,仿真与试验数据吻合良好 ,有限元分析结果为超声电动机定子的优化设计提供了理论依据     

Motion of conducting particles causing inadvertent outages in GIS

Inadvertent failure of a HV gas-insulated system (GIS) is traced to a seemingly innocuous mechanism in particle-induced breakdown. Impending dangers from inconspicuous conducting particles in a large physical system are quite intriguing. The dynamic behavior of the particle due to electric field/particle/fluid medium interaction is a complex phenomenon. To understand this interaction a credible database has been generated for the field-induced motion of the particles on a physical prototype model. Induced surface charge acquired by the particle is calculated based on the proposed model (field calculations) and by considering it to be a prolate ellipsoid. Methods for deactivating potentially dynamic particles using dielectric coated active parts and grounded enclosures, and a novel technique called reverse polarity charging have been suggested. Performance of GIS in the presence of metallic particles has been studied with bare electrodes and with dielectric coatings of different conductivities with a view to obtain an optimal value of the conductivity     

气固两相流横掠圆管传热的研究

本文根据气固两相流横掠圆管的传热机理，建立了能综合考虑颗粒运动轨迹、颗粒与壁面的碰撞频率、碰撞角度、颗粒在壁面停留时间、颗粒与壁面接触面积、固体颗粒浓度、颗粒粒度、圆管位置、烟气流速和温度等因素对气固两相流传热影响的两维数学模型。模型通过对流场和颗粒场的计算可较好地模拟气固两相流传热过程的复杂性和随机性，模型计算结果与实验相吻合。本模型可为工程应用提供较可靠的计算方法。     

Discharges from moving particles in GIS [gas-insulated switchgear]

The study of the motion of moving metallic particles in GIS requires a good knowledge of the carried charge of the particle. In this paper, measurements of the charging process of a moving particle, performed in a realistic single-phase GIS, are presented. By measuring the charge impulses and the voltage phase at consecutive impacts, it is possible to estimate the carried charge and then compare the results with the existing models of the particle charge. Also, besides the discharges from in-flight corona reported by several authors, it is shown that, for higher voltage levels, several discharges between the particle and the enclosure (outer electrode) can occur as the particle impacts with the enclosure