冲击电压下SF_6间隙临界半径现象形成机理

为探究冲击电压下SF_6气体放电特性和机理,研制了陡前沿冲击试验装置。固定电极间距,研究了电极曲率半径对SF_6间隙击穿特性的影响。结果表明:冲击电压下,SF_6间隙放电呈现出长空气间隙中所谓的"临界半径"效应,即随电极曲率半径减小,间隙50%击穿电压减小,曲率半径小于"临界半径"Rcr时,击穿电压基本不变;Rcr不仅随气压减小而增加,也随波头时间减小而增加;气压一定,负极性VFTO和雷电冲击下的临界半径值分别较正极性VFTO和雷电冲击下的大;正、负极性VFTO下临界半径分别较正、负极性雷电冲击下的大;负极性电压下,临界半径在物理上更接近于丝状流注区域,正极性电压下,临界半径更接近于均匀流注区域。"临界半径"现象与SF_6气体中流注–先驱–先导放电发展过程相关,因此提出了先导击穿的临界电荷判据来对临界半径现象进行了解释。     

不同电极结构下SF_(6)气体临界击穿场强计算北大核心CSCD

SF_(6)气体在电力绝缘设备中的应用已经非常广泛,计算多种电极结构下SF_(6)气体临界击穿场强对于研究SF_(6)气体放电击穿特性具有重要意义。文中针对SF_(6)气体在多种电极结构下的放电击穿过程开展了详细的理论研究与计算分析。首先,基于已有的SF_(6)气体击穿过程进行理论总结并加以完善;然后,引入阶段先导发展模型,针对稍不均匀电场条件下SF_(6)气体放电击穿过程进行建模,将放电击穿分为3个主要过程:首电子产生阶段、流注初始阶段及先导发展至击穿阶段;最后,结合气体物性参数建立多种电极结构下SF_(6)气体折合临界击穿场强计算综合模型,计算得到SF_(6)气体在多种电极结构下的临界击穿场强。研究表明:相同压强情况下,交流电压下的临界击穿场强要比雷电冲击电压下的折合临界击穿场强低。雷电冲击电压下临界击穿场强极性随电极结构和压强条件的变化而改变。并且,受电极曲率较大处局部放电所产生空间电荷的影响,随着压强的增大和突出物尖端的加长,正极性雷电冲击电压下的临界击穿场强趋向施加交流电压下的临界击穿场强。     

特快速瞬态过电压和雷电冲击作用下特高压GIS绝缘特性

随着电压等级的提高,气体绝缘开关设备(GIS)的额定雷电冲击(LI)耐受电压和特快速瞬态过电压(VF-TO)水平的差异越来越小,由VFTO引起的绝缘事故也日益严重。为研究特高压GIS在VFTO下的绝缘耐受水平,设计了VFTO模拟产生装置,研究了不同气压下SF6棒-板和球-板间隙在VFTO和雷电冲击下的绝缘特性。实验结果表明:稍不均匀电场间隙在VFTO下的击穿电压高于雷电波;对于高气压下棒-板间隙,负极性VFTO下的击穿电压和伏-秒特性曲线位于雷电波之下;雷电冲击下棒-板间隙极性效应在一定的气压下会出现反转现象。分析表明:在不同冲击波前和振荡波尾的VFTO和雷电波作用下SF6气体间隙击穿特性的差异与放电过程中空间电荷行为的差异有关。     

冲击电压下SF6气体放电的驼峰现象及形成机理

高电压等级电力系统中,特快速暂态过电压（VFTO）引起的气体绝缘开关设备（GIS）绝缘事故日益严重。为确保GIS的安全运行,探究了冲击电压（包括VFTO和雷电冲击）下六氟化硫（SF6）气体放电的特性和机理,研制了陡波前冲击试验装置;固定电极间距,研究了电极半径对SF6间隙击穿特性的影响以及气压对缺陷支柱绝缘子击穿特性的影响;采用空间电荷模型对有无绝缘子存在时SF6气体＂驼峰＂现象的差异进行了解释。试验研究结果表明：冲击电压下,棒-板间隙击穿电压以及缺陷支柱绝缘子击穿电压均随气压的增加而先增大后减小,出现了明显的＂驼峰＂现象;＂驼峰＂对应的气压值为0.2~0.3 MPa之间;SF6气体间隙在VFTO下的＂驼峰＂现象比雷电冲击下更明显;VFTO下缺陷绝缘子的＂驼峰＂高度比棒-板间隙的＂驼峰＂高度更明显。分幅相机拍摄表明：在＂驼峰＂出现的气压值处,出现了密集的空间电荷层,阻碍了放电发展,放电通道出现明显的弯曲现象。依据流注先导击穿判据得到了50%击穿电压-气压（即U50%-p）图中的流注到达线和先导到达线,由此可得结论即采用先导击穿的微分电容判据可以对＂驼峰＂现象进行合理的解释。     

冲击电压作用下SF_6绝缘特性计算方法

设计了一种计算SF_6绝缘特性的方法。可用它计算在不均匀间隙中,各种波头的冲击电压下、不同的SF_6气压时,SF_6的最小击穿电压。     

棒-板长间隙正极性放电仿真模型

长间隙放电模型常被用于仿真放电过程、分析机理及预测放电参数,对于绝缘设计具有重要的指导意义。针对棒-板长间隙正极性放电过程,提出了一种仿真模型。在假设流注区轴向电位梯度恒定的前提下,通过比较背景场与实际场求取流注区位置,提出双圆柱模型以计算长间隙放电过程中的空间电荷变化,在此基础上计算了先导发展速度并根据气体热力学理论分析了不同时刻产生的先导在放电过程中的变化,从而建立了正极性长间隙放电仿真模型。利用该模型对10m棒-板间隙正极性放电过程仿真,仿真结果在先导长度、空间电荷量、击穿时间及击穿电压等主要参数上与实验数据均较为符合,证明了模型的有效性。     

VFTO下SF_6间隙及绝缘子沿面预放电电流特性

对SF6气体间隙及绝缘子沿面的预放电电流进行了测量。测量结果证实 ,正极性VFTO作用下SF6的击穿遵从先导击穿机理 ;而负极性VFTO作用下SF6的击穿一般遵从茎先导机理或流注放电导致直接击穿。气压大小直接影响先导的起始电压及先导的间隔时间。存在绝缘子时 ,先导形成时间间隔及步长变短 ,且在快速振荡冲击电压作用下会出现“逆放电”现象 ,这有利于先导形成 ,从而降低了闪络电压。     

VFPTO下SF6间隙及绝缘子沿面预放电电流特性"

对SF6气体间隙及绝缘子沿面的预放电电流进行了测量.测量结果证实,正极性VFTO作用下SF6的击穿遵从先导击穿机理;而负极性VFTO作用下SF6的击穿一般遵从茎先导机理或流注放电导致直接击穿.气压大小直接影响先导的起始电压及先导的间隔时间.存在绝缘子时,先导形成时间间隔及步长变短,且在快速振荡冲击电压用下会出现"逆放电"现象,这有利于先导形成,从而降低了闪络电压.     

注入空间电荷对SF_6气体中尖—板间隙正冲击击穿电压的影响

在充SF_6或N_2的尖—板间隙中注入适量正空间电荷能使正极性冲击击穿电压提高,而注入负空间电荷则使正冲击击穿电压降低。用这一实验结果可以解释以前发现的含氯添加气体使尖—板间隙中SF_6的正冲击击穿电压提高的实验现象。     

冲击电压下CF_3I/N_2混合气体放电极性效应研究

SF_6气体具有极强的温室效应,寻找新型SF_6替代气体成为国内外学者需要解决的迫切问题。该文研究了CF_3I/N_2混合气体针–板间隙和球–板间隙在正负雷电冲击电压作用下的绝缘特性,对CF_3I及其混合气体在电力设备中的应用具有重要意义。实验结果表明:极不均匀电场与稍不均匀电场下,CF_3I/N_2混合气体的间隙放电均存在显著的极性效应。在电极间隙为5mm时随着气压的升高还出现了极性反转现象。针–板电极下原本较高的负极性50%击穿电压在气压较低时出现了低于正极性击穿电压的情况,球–板电极下原本较高的正极性50%击穿电压也出现了低于负极性击穿电压的情况。分析表明,CF_3I/N_2混合气体出现极性效应以及在短间隙下的极性反转是由于电极间隙间空间电荷的迁移和扩散与气压的共同作用造成的。因此,使用CF_3I/N_2混合气体作为绝缘介质的电力设备应着重考虑不同气压及均匀度下的极性效应及反转问题。     

管道母线(GIL)中SF_6/N_2混合气体绝缘性能的研究

文中首先对GIL中SF_6/N_2混合气体的绝缘性能进行了计算,重点关注了SF_6体积分数配比以及气体压力对绝缘能力的影响,并且研究了高落差下是否出现气体分层从而对混合气体的绝缘能力产生影响。其次,利用试验装置,对SF_6/N_2混合气体在不同配比和压力下的雷电击穿电压进行了测量,并且对比分析了试验结果与计算结果的差异。计算结果表明SF_6/N_2混合气体绝缘强度随SF_6气体体积分数增加而提高,但SF_6体积分数达到10%后,混合气体的击穿电压呈现出饱和的趋势;在高落差下,SF_6和N_2的混合比随高度的变化很微小;GIL样机的雷电冲击试验结果验证了击穿电压计算结果的正确性。     

振荡冲击电压下SF_6极不均匀场间隙的放电特性

根据IEC 60060-3所规定的振荡冲击电压波形,研究了在正极性振荡雷电冲击电压和振荡操作冲击电压下SF6气体极不均匀场间隙的放电特性,包括SF6压强(P)和50%起晕电压(UP50)关系、SF6压强(P)和50%击穿电压(UB50)关系等。并且比较了振荡雷电冲击和标准波雷电冲击下SF6气体极不均匀场间隙的放电特性的异同。结果表明,振荡型冲击电压因其振荡特性,使SF6极不均匀场间隙的放电次数增加,这有利用发现GIS中存在的例如导电尖刺等电极缺陷;等波头的振荡冲击波和双指数冲击波作用下SF6极不均匀场间隙的有着相似的放电特性,这对振荡型冲击波替代双指数波在较高等级的GIS现场耐压试验中的运用有重要的指导意义。     

低压强下六氟化硫的电击穿特性

本文提出了研究低压强SF_6电击穿特性的必要性,通过实验研究了国产SF_6气体在表压0.2～2kg/cm~2范围内不同间隙、不同电极形状等条件下的击穿电压与压强的关系。实验所得数据、公式和结论均可供低压强下运行的SF_6绝缘电气设备绝缘结构计算时使用。     

大容量电力设备标准雷电冲击现场试验技术

随着电压等级的提高,气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)等电力设备电容量增大。现场耐压及绝缘试验作为GIS设备投运前的最后一道关口,是提高入网质量的重要保障。为此,结合国内外SF6间隙放电特性研究成果,发现极不均匀电场中SF6间隙工频或直流击穿电压随气压变化会出现"驼峰"现象,高气压下间隙击穿电压和电晕起始电压相近;随冲击电压波前时间增加,间隙放电电压升高可达10%~20%。解释了现行交流耐压与局部放电试验检测GIS绝缘缺陷的局限性,阐明了开展现场雷电冲击试验的必要性及其技术瓶颈,并分析了冲击电压检测绝缘缺陷的有效性。基于研制的新型紧凑型低电感冲击电压发生器,提出大容量电力设备标准雷电冲击现场试验技术,并在特高压南京站得到应用。此外,还从提高绝缘检测有效性出发,提出了现场耐压与绝缘检测试验改进方案。     

c-C_4F_8在球板电极下的绝缘性能和绝缘子沿面闪络特性研究

文中从c-C_4F_8的绝缘性能和绝缘子沿面闪络特性角度出发,进行了球板电极下对c-C_4F_8的工频击穿实验和雷电冲击实验,以及常压下绝缘子的沿面闪络击穿实验。同时进行了SF_6、N_2和CO_2的对比实验。实验结果表明,对于气隙击穿的工频耐压实验和雷电冲击实验,c-C_4F_8的击穿电压值都随着间隙距离的升高而增加,并呈线性趋势;在稍不均匀电场中,c-C_4F_8的绝缘性能约为SF_6的1.4倍;c-C_4F_8中绝缘子的闪络电压明显大于SF_6。从绝缘性能的角度来看,c-C_4F_8在某些条件下可以作为SF_6的一种替代气体,用在电力设备中。     

快速暂态过电压下GIS绝缘特性研究综述

随着电压等级升高,气体绝缘开关设备(GIS)的额定雷电冲击耐受电压和快速暂态过电压(VFTO)水平的差异逐渐减小,由VFTO引起的GIS绝缘事故日益增加。从工程应用角度出发,对VFTO下正常及存在缺陷的GIS气体间隙和绝缘子的绝缘特性进行了综述,详细对比了VFFO波头时间、振荡频率、衰减时间常数等特征参量对GIS绝缘特性的影响规律。指出了GIS绝缘特性的后期研究方向,即在统计分析工程实际VFTO波形的基础上提出VFTO典型试验波形,并研究典型波形下大尺寸GIS气体间隙和全尺寸绝缘子放电特性,给出GIS在VFTO和雷电冲击下的绝缘等价性关系,为工程实际中考虑VFTO特性的GIS绝缘配合提供基础数据。     

温度变化对SF_6/N_2混合气体放电特性的影响

不同温度下SF_6/N_2混合气体的周围离子平均自由行程和热运动速度不同,使SF_6/N_2混合气体放电过程呈现不同特性。为此,在极不均匀电场、雷电冲击电压下研究了温度对SF_6/N_2混合气体放电特性的影响。在正负极性的雷电冲击电压下分别测量冲击击穿电压和预放电电流波形,并分析了不同温度下SF_6/N_2混合气体的预放电现象、步长时间、电晕起始场强及击穿场强。此时试验温度范围设为-20~20℃。结果表明:步长时间、电晕起始场强、击穿场强呈现较大的随机性。负极性雷电冲击电压下步长时间均长于正极性雷电冲击电压下步长时间。负极性冲击电压下10%SF_6-90%N_2混合气体的电晕起始场强和击穿场强随着温度升高而增高。本研究结果对柜式气体绝缘开关设备和气体绝缘金属封闭输电线路设计具有一定的研究意义。     

电压上升率对GIS绝缘缺陷击穿特性的影响

随着气体绝缘金属封闭开关设备(gasinsulated switchgear,GIS)设备容量不断增大,现场越来越难以开展对应电压等级的雷电冲击试验,其产生的冲击试验电压的波前时间可能长达十几μs。探究长波前冲击电压波前参数对SF6气体间隙放电特性影响的研究,认识GIS中绝缘缺陷在冲击电压作用下的放电特性,是判定采用长波前冲击电压进行现场试验是否合理的前提与基础。主要探究了在棒–板电极和同轴母线针–板电极两种不同电极结构下,波前电压上升率(d U/dt)对SF6间隙击穿特性的影响规律。结果表明,2种结构电极间隙击穿电压随着电压上升率增加呈现U型变化趋势。研究表明U型曲线拐点电压与空间电荷"电晕稳定化"作用相关,且在U型曲线左右半支的击穿电压变化规律受空间电荷"电晕稳定化"和背景电场的"扫除作用"共同影响。     

雷电冲击下SF_6气体放电击穿电压分散性的实验研究

一般应用升降法进行冲击下SF_6气体放电击穿特性实验时,要求击穿电压的分散性小于3%,以保证测得数据的可靠性。但是在实验过程中发现,SF_6气体相对于其他气体而言,击穿电压的分散性普遍偏大,一些情况下甚至超过了5%,而国内外针对SF_6气体放电击穿电压的分散性仍缺乏系统的研究。为此,在正、负标准雷电冲击(LI)作用下,实验研究了SF_6气体放电击穿电压的分散性随电极尺寸、气压和间隙距离的变化规律。结果表明:当间隙距离d=33 mm,电极曲率半径r=40、15、8 mm时击穿电压的分散性随气压增长而均呈现减小趋势;正LI下击穿电压的分散性随电场不均匀系数的增大而呈现先下降后上升的"U"曲线趋势,负LI下击穿电压的分散性随电场不均匀系数的增大而呈现先上升后下降的倒"U"曲线趋势;当电极曲率半径r=8 mm,间隙距离d=7、15、33 mm时击穿电压的分散性随着气压的增长而均呈现下降趋势。由此可得结论:正、负LI下SF_6气体放电击穿电压的分散性随着间隙距离的增加而均呈现线性增大的趋势。     

振荡雷电冲击电压下气体绝缘组合电器中极不均匀场击穿特性研究

气体绝缘组合电器(GIS)是电力系统中的关键设备,冲击耐压试验是其安全可靠运行的重要保证。其中,振荡雷电冲击(OLI)和双指数雷电冲击(ALI)均适用于现场,但目前对两类波形异同的认识还不清晰,因此应首先研究OLI和ALI下绝缘缺陷的放电特性。该文针对GIS中极不均匀电场,构建高压导杆尖端缺陷,对比研究其在OLI和ALI下击穿特性。首先搭建冲击电压发生器,产生四种OLI和两种ALI;然后在363kV GIS中构建高压导杆尖端缺陷,尖端长12mm,端部曲率半径0.4mm,进而通过试验研究其50%击穿电压和伏秒特性。结果表明OLI和ALI下50%击穿电压差异极小,从检测尖端缺陷的角度而言,它们是等效的;随着波前时间的增大,50%击穿电压先降低后升高,3ms时最低,比1.2ms低1.5%,13ms时则升高约10%;OLI下击穿点集中在各波峰附近,伏秒特性呈分散状,ALI下则连续分布在波峰附近,当波前时间大于3ms时,两类波形下伏秒特性趋于重合。研究成果加深了对振荡雷电冲击下SF6中极不均匀场放电现象的认识,也为GIS现场冲击耐压试验波形参数的科学选择提供了支撑。