触发管型气体开关导通时延的分析及估算

触发管型三电极气体开关导通时延的分析估算对于开关工程设计具有重要意义。结合近年来国内外对触发管型气体开关放电物理机制的研究进展,利用电子崩–流注理论分析解释了触发管气体开关主间隙的击穿过程,由Raether击穿判据推导了以空气为绝缘介质的触发管型气体开关导通时延的数值计算模型,并制作了一个触发管型气体开关及其触发装置进行验证性实验。仿真和实验结果的比较表明:Raether判据可用于判定快、慢导通机制的发生;高欠压比和低欠压比下,计算模型能够正确地反映出触发管型气体开关的导通时延特性,而且符合理论研究中的慢触发和快触发机制特点;触发间隙的击穿在中等欠压比值下,对促进主间隙流注的形成有作用,导致实测导通时延减小。分析计算模型可作为触发管型气体开关设计的参考依据。     

触发管型气体开关的导通机制

为优化触发型3电极开关的性能,评估其击穿时延,分析了这种开关的导通机制。触发管型开关存在快导通(FBM)与慢导通(SBM)等2种导通机制。基于气体放电理论推导了触发管型气体开关的击穿时延模型,并分析了不同导通机制下的击穿过程。基于Raether击穿判据,计算了开关进入快导通机制的工作欠压比下限。实验得到,快、慢导通机制之间的欠压比阈值为0.7。开关内的等效电场可分解为静态畸变电场与动态畸变电场,结合时延模型能合理反映导通时延受工作条件与触发能量影响的动态过程。在快导通机制下,欠压比与静态电场增强系数起着主要影响;在慢导通机制下,除欠压比之外,触发脉冲能量的影响同样重要,此外还需考虑消游离对导通的影响。得到的结果可供提高触发管型气体开关的导通性能的设计与研究借鉴。     

场击穿型真空触发开关控制器设计及时延特性

开关元件是脉冲功率系统的核心元件之一,也是主要的技术瓶颈。真空触发开关作为能量的快速关合(释放)开关,是近年来非常有发展潜力脉冲功率开关器件。提出了一种新的场击穿型真空触发开关控制器的研制思路,并通过实验研究,获得控制器的触发能量与触发时延、触发分散性的关系,可以指导高性能真空触发开关控制器的设计与应用。主触发点火回路采用三电极间隙产生陡化的高压触发脉冲,使真空触发开关导通时间的分散性被控制<2μs。触发控制回路采用光发射器和光接收器作执行元件,抗干扰能力增强,消除了级间互扰造成的误触发。光发射器和光接收器之间采用光纤连接,实现高压触发部分和低压控制部分的隔离。控制器的触发能量灵活可调,实验研究表明,真空触发开关的导通时延和时延分散性随控制器提供的触发能量的增加而迅速减小。在触发能量为1.6 J时,导通时延可缩小为15.57μs,时延分散性可达1.358μs。     

触发电流对真空触发开关导通特性影响的实验

基于真空触发开关的导通机理,设计真空触发开关导通特性的实验研究方案。在详细分析真空触发开关导通过程的基础上,利用不同参数的触发电流导通真空间隙来研究对真空间隙导通过程的影响规律:在相同主间隙电压下,导通所需的触发电荷量随着导通时间的增长而在一定小范围内随之增长,而导通延时又随着触发电流的电流增长率和峰值增大而减小。再通过对导通过程影响规律的深入分析,得到了真空间隙的导通条件。即在主间隙电压为定值时,真空间隙导通所需的触发电荷量要近似满足一定关系。     

沿面击穿型真空触发开关的触发特性

基于脉冲变压器,设计了真空触发开关(TVS)触发电源,研究了沿面击穿型TVS触发过程中,主间隙电压、触发极性、触发能量对触发特性的影响。试验结果表明,所设计的TVS触发电源理论分析及其参数选择是有效的。     

激光触发开关触发延时及抖动特性

为了研究激光触发开关工作特性,实验中利用高压电容放电开关试验平台,对氮气气体开关在波长为1 064、532、266 nm脉冲激光触发作用下,不同欠压比、不同能量、不同焦距等情况下开关的延时和抖动特性进行了研究。实验结果表明:开关的延时、抖动随激光能量的增加、欠压比的增大而减小;激光聚焦情况下,激光能量触发阈值明显小于未聚焦情况;较长的激光焦距下,开关具有较小的延时和抖动;激光波长为266 nm时,开关触发工作特性要好于532 nm和1 064 nm激光;较小的激光通孔具有较好的开关工作特性;激光作用电极的材料为不锈钢时,开关的工作特性要好于黄铜电极。     

平板电极型激光触发真空开关的导通特性研究

强激光触发方式的真空开关由于触发精度高、可靠性好、并能有效避免触发装置的电磁干扰,在快速关合开关、电磁发射、串联补偿电容保护等领域具有非常广阔的应用前景。设计了一种平板电极型激光触发真空开关。为了提高其触发寿命,针对触发电极进行优化。触发电极耐烧蚀,靶材选取TiH_2,其能为开关导通提供丰富的初始等离子体,开关的触发性能得到加强,开关的最短时延可达650 ns。详细讨论激光参数、聚焦镜位置、主电压值等对开关的触发阈值、最低工作电压和时延特性的影响,提出触发阈值理论和电弧形成机制,为此类开关的性能优化提供理论依据。实验表明:开关稳定的触发阈值达4.5×10~7W/cm~2,最低工作电压为30 V;采用正常聚焦模式能大幅度降低开关的时延;电弧电流的开始阶段存在强烈振荡过程,电流值大于5 A后,如果外加电压足够高,振荡现象消失,真空电弧稳定燃烧。     

真空触发开关导通瞬间电场强度的计算

提出了一种高压真空触发开关导通瞬间高频脉冲电流的测量方法,并构建了相应的测量系统,实验测得了开关导通瞬间的脉冲电流波形.依据电流波形,我们计算出了开关周围的电场强度,为进一步研究真空触发开关的导通原理及其应用提供了实验依据.     

场畸变触发开关新型触发电极的设计与实验

气体触发开关是脉冲功率电路的重要组成器件。针对工程中对低抖动、长寿命气体触发开关的需求,结合三电极场畸变型触发开关,设计一种拥有较多孔隙的多环型触发极结构。对三种主电极-触发极分别为平板-多环、平板-圆盘、球冠-圆盘的开关进行击穿特性实验研究,结合电场仿真对比分析实验结果。实验结果表明:在22.4k V/40ns的触发脉冲和5.0~7.5k V的工作电压下,平板-多环结构的开关时延及抖动比较稳定,开关时延基本在81.0~84.5ns之间,抖动为0.8~1.1ns。平板-多环电极结构开关时延、抖动均明显优于平板-圆盘结构,其开关时延、抖动与球冠-圆盘结构基本相同但使用寿命优于球冠-圆盘结构。     

真空间隙的电击穿分析

真空断路器在中等电压领域中被大量使用,但是由于订货、安装、检修存在一定的不严密性,造成在使用过程中出现了不少外部、内部缺陷及故障,其中真空击穿可谓是这些事故中比较突出的一个.对真空间隙电击穿的概念、原理分类以及影响因素进行了分析探讨,以便为检修开关的事故分析提供一些切实的依据.     

组合空气间隙交流击穿电压计算方法研究

典型空气间隙的击穿电压特性是外绝缘设计的重要依据,为研究电位悬浮体对空气间隙击穿电压的影响,文中以简化的组合间隙放电模型为研究对象,实验研究了悬浮导体长度和高压电极形状对组合空气间隙击穿电压的影响特性和变化曲线。基于实验数据和观测到的放电现象,文中在考虑子间隙的击穿顺序和流注通道压降的基础上,建立了组合间隙击穿电压的计算模型。利用该模型对含有电位悬浮导体的组合间隙击穿电压进行了计算,结果表明,文中提出的计算模型得到的击穿电压计算值和实验数据相比,相对误差小于5%,说明该方法对于计算含有电位悬浮导体的组合空气间隙击穿电压具有一定的适用性。     

基于流注起始判据的球—板—球短空气间隙击穿电压计算

典型电极结构的击穿电压是外绝缘设计的重要依据,许多学者对此进行了大量的研究,而实际上高压输变电工程中常常需要分析悬浮导体的影响。为此,文中在考虑悬浮导体的基础上,采用Raether-Meek判据、临界电荷判据和光电离判据等3种流注起始判据对球—板—球短空气间隙的击穿电压进行了计算,并开展了工频耐压试验作为对比。结果表明,对稍不均匀电场球—板—球短空气间隙,计算结果与试验值吻合良好,所有计算结果的相对误差和平均绝对百分比误差分别在7.5%和4%以内;其中,基于光电离判据的计算结果精度最高,平均绝对百分比误差仅为2.5%。研究证明了流注起始判据在一定范围内的有效性和推广价值,并有助于阐述稍不均匀电场组合空气间隙的放电机理。     

750 kV架空输电线路空气间隙击穿故障分析

某省750 kV输电线路发生跳闸,为分析跳闸原因,从故障点周边环境、放电点特征、复合绝缘子特性参数、电场仿真计算、故障相空气间隙校核等方面进行综合分析研究,最后认为该次故障是由于塔头设计空气间隙过小,加之故障时空气潮湿和鸟类大量排便,降低了空气的绝缘强度,导致空气间隙击穿跳闸。     

SF_6气体间隙低概率冲击击穿电压的计算

根据对SF_6气体极不均匀场间隙异常放电的分析,提出了由三条界限线,即流注击穿线、低概率冲击击穿线和电晕起始线组成的估算间隙低概率冲击击穿电压的方法;击穿电压的计算值和实验测量值的比较表明,计算给出的是稍偏严的结果.     

主变中性点隔直装置的间隙误击穿现象分析研究

针对某电厂在合空载升压变时,主变中性点隔直装置的保护间隙会发生误击穿的现象,通过现场录波数据及仿真计算,分析了主变中性点隔直装置保护间隙误击穿的原因和机理,并提出了相应的对策措施,解决了电厂或变电站主变充电时中性点隔直装置的保护间隙误击穿问题,提高了主变中性点隔直装置运行的可靠性.     

脉冲电压下击穿时延分析

为方便有效地测量击穿时延,结合纳秒脉冲绝缘试验所得电压、电流波形,比较了几种测量方法的差异,研究结果表明,用击穿电流波形读取击穿时延最为有效和简便,由测量的击穿时延可判断击穿的特征与趋势。     

棒—棒间隙的直流击穿电压特性

通过对棒一棒间隙的电极直径、下电极高度和间隙长度与其直流击穿电压的影响的研究,提出了确定直流棒—棒校验间隙的几何结构尺寸的原则。     

雾霾天气间隙击穿电压大幅降低的原因分析

为研究在空气污染加剧、雾霾天气频繁等新大气特征下,空气间隙放电与特殊天气的关联性。文中采用全自动放电监测装置对广州地区自然条件下气隙击穿电压和各大气参数(如相对湿度、能见度等)进行实时连续监测,并结合当地气象局发布的空气质量数据,通过大数据分析研究气隙击穿电压大幅降低与雾霾天气的关联性并分析其原因。研究结果表明:雾霾天气里出现击穿电压大幅下降的概率远大于全年平均值,击穿电压大幅下降主要集中出现在空气质量指数小于120的空气质量为优、良及轻度污染区域,而仅灰霾污染天气条件下几乎不出现击穿电压的大幅下降。由此可知,雾霾天气条件下间隙击穿电压大幅下降的主要原因是电极表面的电场畸变(高湿度引起凝露)而不是灰霾空气污染。