基于三电极法的相对介电常数测量误差分析及修正方法研究

为了提高采用三电极法的相对介电常数测量准确性,文中根据真实电极系统的材料和尺寸,在基于有限元法的多物理场仿真软件Comsol中建立并求解了针对相对介电常数测量的3D模型。为了减少计算量同时考虑到测量系统近似轴对称,对模型进行了2D简化,3D与2D模型计算结果的比较验证了2D模型的可靠性。通过计算给出了电场、电位和表面电荷密度的分布,计算了标准中给出方法对应的误差。分析了样本厚度、相对介电常数和半径(面积)对相对介电常数计算准确性的影响,确立了相对介电常数准确性的主要影响因素。通过对样本厚度和相对介电常数分别在0.2~10 mm和1~100范围内建模,获得了大量相对介电常数真实值和对应的计算值,发现相对介电常数的误差均为负值。并获得的从样本厚度、相对介电常数测量值到相对介电常数真实值的关系,采用二维插值法修正了相对介电常数测量值。最后采用仿真计算对结果进行了验证并在绝缘材料相对介电常数实测中得到了应用。     

基于电场有限元分析的非接触法相对介电常数测量结果的修正方法

为了提高基于非接触法的相对介电常数测量的准确性,利用电场有限元分析建立对应的模型并获得了电极及其附近的电场和电位分布.分析了电极系统存在的边缘效应,给出了其对相对介电常数测量结果的影响.分析了潜在因素对非接触法测量误差的影响,确定了修正时需要考虑的因素为电极间隙距离、试样厚度与电极间隙距离之比和试样的相对介电常数.根据电极间隙距离、距离比、相对介电常数测量值到相对介电常数真实值的关系,采用三维插值法和匹配法修正测得的相对介电常数.采用仿真对修正方法进行了验证并针对实测高温硫化硅橡胶相对介电常数使用了该方法,结果验证了该方法的有效性.结果 表明:随着电极间隙距离和试样相对介电常数的增加误差幅值增大,随距离比的增加误差存在减小的趋势.对电极间隙距离、距离比和相对介电常数分别在0.2～5 mm、0.5～1和1～20内建模获得2 380组相对介电常数的真实值和计算值,发现相对误差在-0.37％～-41.72％内变化.     

平面型导电材料面电阻率测试方法的理论探索

防静电漆的测试方法是按美国军标进行的，此方法只能测定规定形状的电极下的平面上的电阻值。为了能用此方法和电极测量均匀、厚度小的介质的面电阻率，本人从理论角度对其所测面电阻值换算成面电阻率的方法做理论探讨，推出了计算公式，使之成为现实，此方法比三标准电极法快、省事。     

电极系统对电机定子线棒绝缘介质损耗的影响

通过对测量电机定子线棒绝缘介质损耗(tan )的三电极系统的结构分析,建立了介质损耗测量电极系统的电路模型.在此基础上计算了各影响参数与线棒的介质损耗之间的关系.结果表明,测量电极与保护电极之间的间距、测量电极与保护电极之间的表面电阻率、主绝缘厚度、主绝缘的相对相容率均与线棒的介损有关,同时该理论计算值与试验结果的趋势...     

复合绝缘子硅橡胶材料老化试验研究

介绍了绝缘子用硅橡胶材料的大气暴露试验和人工加速光老化试验情况。试验表明,经自然暴露试验后材料的机电性能略有变化:钢铁污秽和涤纶化工污秽(化学气体腐蚀环境)能使试品体积电阻率和表面电阻率明显降低,介质损耗角正切明显增大;人工加速气候试验结果表明,试品的机械性能和加速试验持续时间基本没有关系。还介绍了硅橡胶材料的5000h多应力试验情况,试验表明试品被试材料性能良好。     

硅橡胶复合套管用PRTV修复后表面放电对其憎水性及电性能的影响研究

长期挂网运行的复合绝缘套管往往不可避免地发生老化及机械破损,大大降低了绝缘子绝缘性能,现某些电力部门用PRTV持久性防污闪涂料(permanent room temperature vulcanized,PRTV)修复已经出现粉化、裂化等老化现象的复合绝缘外套,并对其修复后的电气性能做了一些试验,但对于复合绝缘外套修复后其表面发生拉弧放电鲜有报道。文中将PRTV涂料涂覆于实验室模拟的破损老化高温硫化硅橡胶表面(HTV)上,并使用指型电极做沿面干闪放电试验,通过对比放电前后硅橡胶材料的电气性能,研究表面放电对PRTV涂层憎水性的影响。结果表明:放电前后PRTV涂层憎水性明显下降,说明表面放电破坏了PRTV涂层中的化学键。同时,使用三电极测量系统对有无PRTV涂层和有无放电的试品进行测量,试验结果表明,PRTV涂层破坏了高温硫化硅橡胶基材的体积电阻率随温度变化曲线lnρv-1/T的线性规律,并且表面放电使得体积电阻率随温度变化曲线lnρv-1/T的线性关系更无规律可言。     

接地测量与土壤模型反演的研究

为了解决土壤电阻率测量过程中不利地形以及障碍物影响的问题,同时提高土壤模型对深层土壤电阻率的反映能力,本文分别利用Wenner法和电压极任意布置法的测量结果反演土壤模型。对于Wenner法,研究发现随着电极间距的增大,反演结果越来越可靠;电压极任意布置法的测量结果能够较好地反映出特定深度的土壤视在电阻率。结合两种方法的测量结果,可以得到误差为9%的准确模型。     

不同温度下环氧玻纤布基板体积电阻率测试与内带电效应研究

温度是影响卫星绝缘材料绝缘性能及内带电效应充电状态的重要因素。本文采用三电极法测试了不同温度下星载电路板基板材料的体积电阻率变化规律，并在此基础上利用DICTAT程序仿真分析了温度对绝缘材料表面充电电位和内部最大电场的影响。结果表明：在-50～60℃下，基板材料的体积电阻率随温度的升高而减小，其变化幅值超过两个数量级；同时基板材料的表面充电电位幅值和内部电场强度均随温度的降低而上升，在温度低于0℃时存在较大的静电放电风险。     

高土壤电阻率地区输电线路接地电阻研究

简述了冲击接地电阻的基本理论,提出考虑火花效应时接地体等效模型,采用电磁暂态模拟软件PSCAD建立水平接地电极Π型等值电路计算模型,仿真分析了接地电极土壤电阻率及接地电极长度对冲击接地电阻的影响。仿真结果表明,在接地电极长度一定时,冲击接地电阻随土壤电阻率的增大而增大;在土壤电阻率不变时,接地电极冲击接地电阻随接地电极长度的增大而减小,慢慢趋于平稳直到稳定。     

高精度海底沉积物四点电极电阻率探针研究

海底沉积物的电阻率是现代海洋地球物理探测的重要参数。针对海底沉积物电阻率高精度测量的难点,对环形Wenner排列四点电极电阻率测量技术进行研究。利用有限元方法在有限空间柱状样内对该探针电极产生的电场强度进行仿真,并进一步实现了探针结构的优化。然后将现有文献中的电极配置因子进行了校正,以使其适用于非理想点电极且沉积物样品为有限空间时的情况。最后利用该探针进行标准KCl溶液的电导率测量实验,用以进一步验证该探针的测量精度。实验证明该技术操作方便,实用可靠,其测量相对误差小于1％。     

减少Kerr效应法在油纸绝缘结构中直流电场测量误差的方法

Kerr效应法是液体电介质中电场测量的有效方法,但利用该方法在油纸复合绝缘结构中的直流电场准确测量一直是电介质中电场测量的难点。为此,基于Kerr效应法搭建了一套在线非接触式的液体电介质中光学电场测量系统,分析了引起测量系统误差的主要原因,提出了减小测量误差的方法。通过加长电极和边缘绝缘包覆处理,可将电极边缘效应相对误差减小至1.3%;通过光学器件光学特性的标定,修正了器件非理想因素的误差;通过对激光器噪声的统计分析,合理选取了交流调制电源的频率,提高了测量系统的信噪比,可将激光管同频噪声干扰所导致的直流电场测量相对误差减小到0.86%,交流电场测量相对误差减小到1.6%。经过试验测定,整个测量系统直流电场强度测量灵敏度可达到20V/mm,总体相对误差<5.4%。     

电声脉冲法测量系统的等效传输线模型及声学特性分析

采用电声脉冲法测量绝缘内部空间电荷分布时,应用仿真方法准确评估测量系统的特性有助于电荷结果的精确分析。针对测量过程中声波传播与转化这一电荷信号关键传递过程,结合传输线模型中的电压波传播原理,提出了声波信号的等效有损传输线模型的构建方法。基于电极记录点和传感器位置处的一致模拟结果与分析结果,验证了仿真模型的可靠性。针对实际测量过程中存在的反射杂波信号问题,指出脉冲激励频率过高时反射杂波可能会影响实际测量的有效信号。进一步仿真结果表明,半导电电极与试样声阻抗不匹配会影响上电极界面的声波幅值,而背衬吸声材料与传感器不匹配则会影响获得的测量波形形状。最后针对多层介质的模拟结果发现,测量所选背衬吸声材料的厚度也需远大于多层试样的厚度,以避免反射对有效测量信号的叠加影响。由此,仿真模型可以有效评估实际电声脉冲测量系统的声学特性。     

修正的圆拟合法及在硅橡胶憎水性检测中的应用

为提高硅橡胶材料静态接触角计算的准确性,提出了一种修正圆拟合法的静态接触角算法。基于Young-Laplace方程产生水珠边缘曲线,研究了水珠体积<1 000μL且接触线≤2cm,静态接触角>5°且<179°时水珠体积和接触角对圆拟合算法准确性的影响。结果表明:随着水珠体积的增加,圆拟合算法误差逐渐增大,误差甚至可能超过100°。利用以上计算结果基于线性2维插值获得了不同水珠体积和接触角时更加准确的接触角计算结果,当水珠体积<1 000μL且接触线≤2cm时,可修正圆拟合算法计算所得的接触角。将所提方法应用于仿真得到的不同憎水性和体积的水珠图像以及不同水珠体积下硅橡胶图像静态接触角的计算,结果证明了该方法可有效提高静态接触角测量的准确性,其中仿真计算结果的最大误差<1°,且它实现较为容易、计算量也相对较小。该方法也可提高其他材料静态接触角测量的准确性。     

基于XGboost的线路覆冰测量中激光测距的误差研究

针对冬季电力输电线路覆冰厚度测量过程中,使用激光测距测量距离时产生测量误差导致输电线路覆冰厚度测量精确度较低的问题。本文开展激光测距误差因素分析和误差修正研究。首先,从脉冲式和相位式两种激光测距的特点出发,确定适合在冬季输电线路覆冰厚度测量过程中使用的激光测距方式;然后,将所选择的脉冲式激光测距测距理论与冬季输电线路覆冰厚度测量过程中作业环境情况相结合,通过从所测目标、环境等多个可能引起误差的研究内容开展试验,进一步确定了冬季环境下输电线路覆冰厚度测量过程中的距离测量误差影响因素;最后,结合XGboost算法对激光测距误差影响因素进行合理修正,使得激光测距测量准确度更高。本文还对研究的面临的局限性挑战和未来电力输电线路覆冰监测工作发展趋势进行了说明。     

运行复合绝缘子材料的体积电阻率-温度特性研究

为探究复合绝缘子运行前后本体特性的变化,利用三电极测试系统,对现场不同厂家复合绝缘子材料的体积电阻率及其随测试温度的变化进行了系统的试验研究。试验结果表明,即使运行19年后复合绝缘子的体积电阻率仍维持在较高水平;不同厂家绝缘子试样的体积电阻率-温度特性(ln ρv-1/T)随运行年限的增加却呈不同的变化规律(线性相关度)。借助FTIR技术对试样的表面及内部结构进行了测试分析,发现绝缘子的老化主要发生在表层,也可能发展到内部,两者共同影响其体积电阻率-温度特性的变化。进而,利用体积电阻率-温度的线性相关度能够在实验室定性地对复合绝缘子材料的老化状况进行佐证。     

空气中不同温度下环氧树脂绝缘子表面电荷消散过程的实验研究

表面电荷的消散与绝缘材料的表面电阻率和体积电阻率有关,而温度的变化会影响绝缘材料的表面电阻率和体积电阻率。为了研究环氧树脂绝缘子在不同温度下的表面电荷消散规律,建立了一套测量系统,采用有源静电探头法,对空气中在针板电极下的环氧树脂圆板绝缘子施加直流电压后进行了表面电位的测量。研究结果表明:各种配方的环氧树脂圆板绝缘子在不同温度下的消散过程都近似呈指数衰减规律;环氧树脂圆板绝缘子的表面电荷消散主要通过沿表面消散的方式进行;表面电阻率越高,表面电荷消散速率就越小;套管在实际运行过程中温度会高于常温,在选用环氧树脂材料时,应考虑其在工作温度范围内的电阻率变化,在保证绝缘强度的同时,尽量选择表面电阻率小的环氧树脂材料,以减少绝缘子表面电荷积聚。该研究结果对超大型直流穿墙套管中的环氧树脂绝缘支撑件的工程设计有借鉴意义。     

基于随机过程平均功率的量化误差影响分析

针对数字化变电站电能计量系统中量化误差对功率测量误差的影响,从系统分析的角度出发,建立了数字化电能计量系统结构化模型和功率测量单元结构化模型,详细地揭示了数字化电能计量系统内部构成要素间的误差传递关系;给出了量化误差的随机过程表述,提出了基于随机过程平均功率的量化误差对功率测量误差的影响分析方法,推导了量化误差影响的功率测量误差数学模型,给出了功率测量相对误差数学解析式;通过对比分析理论推导极限值与蒙特卡罗仿真极限值,二者均在同一个数量级,且理论推导极限值大于仿真极限值,验证了所提方法的有效性。与传统的分析方法相比,所提出的分析方法具有普适性,对功率测量误差的估计具有理论指导意义。     

电晕条件下绝缘伞裙电荷不均匀积聚现象的研究

为研究绝缘伞裙表面电荷分布不均匀的影响因素,对绝缘伞裙试品开展电晕电荷积聚实验,测量试品材料表面电位分布,计算绝缘伞裙表面电荷密度。结果表明:复合硅橡胶绝缘伞裙表面电荷饱和时的电荷密度峰值为-12μC/m~2;空气流动会对电荷积聚产生一定的影响,电荷密度分布不变但电荷密度峰值减小了14%;球电极偏置对电荷密度分布影响很大,电荷密度峰值出现在电极偏置的区域;绝缘伞裙表面的突起毛刺对电荷的积聚几乎没有影响;球电极表面毛刺和凹坑通过影响电极的电晕状况,对绝缘伞裙表面电荷的分布有较大影响。     

高压直流输电接地极溢流特性

为研究接地极型式参数和土壤结构对溢流特性及接地性能的影响规律,考虑电极自阻及多点并联注流方式,建立了基于线电流法的场路耦合模型,对圆环形直流接地极地电流溢流进行计算,并对地电位进行求解,然后通过与实测数据及软件建模仿真结果进行对比,验证了该方法的准确性和可行性。研究结果表明:外环半径一定时,极环数增加,接地极的溢流能力降低,接地电阻下降程度趋缓;分流比与环径比近似成正比,内环半径增大时,外环对内环的屏蔽作用先增强后减弱;上层土壤电阻率小于下层土壤电阻率时,上层土壤厚度增大,内外环分流比先减小后增大,上层土壤电阻率大于下层土壤电阻率时,分流比的变化趋势相反;同时,随着上层土壤厚度的增加,上层土壤电阻率对接地性能的影响增强,而下层土壤电阻率产生的影响减弱。     

考虑灰色关联权重的PSO-LSSVM输电线路覆冰厚度预测模型

为了提高输电线路覆冰厚度预测精度,利用灰色关联分析确定覆冰影响因素对输电线路覆冰增长量的影响权重,采用PSO算法对LSSVM的参数优化,建立了考虑灰色关联权重的PSO-LSSVM输电线路覆冰厚度预测模型。采用实际运行线路的覆冰增长数据进行仿真分析,并与其他覆冰预测模型对比,考虑灰色关联权重的PSO-LSSVM输电线路等值覆冰厚度预测模型的均方根误差、平均相对误差和全局最大误差分别为0.575、3.124%和4.015%,均小于其他三种预测模型,验证了模型的正确性和实用性。