雷击风机叶片的跃变击距特性与定量表征

风机叶片对雷电的接闪是风机防雷研究中的关键内容,合理分析接闪时的击距特性意义重大。基于雷击过程的物理机制,将雷击发生时上、下行先导头部间的距离定义为跃变击距,并分析了多上行先导竞争对风机接闪和跃变击距的影响。基于先导起始和发展理论,根据下行先导的等效模型和稳定上行先导的判定方法建立了风机叶片接闪模型,利用该模型得到了随雷电流幅值变化的跃变击距公式,指出侧面距离等参数对跃变击距没有影响,实验和观测结果证明了模型的正确性。最后利用接闪模型提出了考虑稳定上行先导对周围电场畸变作用的对地击距公式,与其他学者计算的结果进行对比指出,现有对地击距公式或不适用于风机背景的防雷计算。     

适配光电子学空间电荷测量方法的弹光传感器设计与测试验证

为支撑复杂应力环境下新能源电力系统装备绝缘可靠设计与状态评估,该文提出一种具备高时空分辨潜力的光电子学空间电荷测量方法,并构建了光-电-机械电荷测量信号传变转换模型。模型分析指出,电荷受太赫兹脉冲电场扰动所产生的弹性波大小与平衡探测器所检测光强差近似成正比。针对测量传感器部分,结合分子动力学模拟,提出以SU-8胶为基体、羟基化石墨烯为掺杂分子的传感器材料改性设计思路,并基于光刻工艺,完成了高可靠弹光传感器的研制。进一步,搭建椭偏传感探测系统对所研发传感器开展了测试验证。实验表明,平衡探测器输出电压与传统电声脉冲压电传感模块输出量级一致,均为mV量级。同时,所研发弹光传感器可实现kHz级重复弹性波与飞秒脉宽脉冲弹性波的追踪测量,相较于压电传感模块,测量波形光滑且无畸变,具备较高的测量可靠性,可应用于光学测量方法。     

固体电介质空间电荷的光电子学测量方法研究进展

为适应直流和电力电子装备中高频绝缘与纳米绝缘材料的电荷测试需求,研究固体电介质空间电荷的高分辨率快速测量方法已成为该领域的重要发展方向。本文首先分析了影响空间电荷测量分辨率和跟踪速度的关键因素,并综述了当前流行的非光学测量方法的研究现状及应用局限性,进一步对采用光学元件作为激励源的激光诱导压力波法、激光光强调制法和基于Pockels效应的新型测量方法的相关研究进展进行了梳理和评述,最后归纳出研制高时空分辨率空间电荷测量系统所面临的技术挑战。分析指出,非光学测量方法受限于测量信噪比和自身系统特性,难以完全满足高频和脉冲电应力下快速响应和高分辨率的测量要求,而基于光电子学的测量方法具有高信噪比和高系统带宽等特点,为发展纳米级分辨率的电荷快速测量方法提供了潜在技术途径,但仍需开展更深入的研究工作。     

石墨烯增强铜钨合金触头耐磨损性能的分子模拟EI北大核心CSCD

石墨烯(graphene,Gr)因其优异的性能而被广泛作为金属基材料增强相,但目前石墨烯对铜钨合金(Cu W)耐磨损性能的微观作用机制仍不清晰。该文基于分子动力学模拟方法,针对Cu W“假合金”的特点,应用粒子群算法建立Cu W80和掺杂不同质量分数石墨烯的CuW80Gr复合模型。基于该模型在LAMMPS下计算温度300~3000K范围内的弹性模量,通过纳米压痕模拟计算模型的硬度,从微观位错动态演变过程分析石墨烯对Cu W80Gr复合模型耐机械磨损性能的增强机制。结果表明:Cu W80Gr模型的弹性模量与硬度均比Cu W80高,且均表现出随着石墨烯质量分数增大而降低的趋势,石墨烯的引入有助于解决断路器在开断关合过程中由于高温引起的机械性能下降问题,石墨烯对CuW复合材料的增强机制为屏障作用与位错强化。研究结果可为铜钨合金复合材料的掺杂优化设计、遴选与性能调控提供理论指导和技术支撑。     

基于椭圆偏振原理的空间电荷测量方案设计与可行性验证

为支撑大功率电力电子装备绝缘可靠设计与状态评估,本文基于椭圆偏振原理与太赫兹波的高信噪比窄脉宽特性,提出了适用于复杂电应力下的固体电介质空间电荷反射与透射法光学测量方案,推导构建了电荷信号传变过程的数学表征模型,对比指出两种方案下探测光光强差与电荷信号幅值近似成正比,且当反射法入射角大于0.29°时测量灵敏度更高。进一步搭建两种方案的椭圆偏振测量系统开展实验研究,结果验证了反射法测量比例系数高于透射原理,同时选用熔融石英晶体作为传感器材料时灵敏度和稳定性较高,且测量线性度误差与重复性误差均低于5%。本文工作将为空间电荷高时空分辨率测量系统的拓扑设计提供前期基础。     

基于雷电上行先导起始物理机制的风机叶片雷击概率评估模型

风机叶片雷击损伤事故严重威胁风电场正常运行,传统分析方法无法给出叶片表面任意点雷击概率,现有叶片防雷系统设计尚无成熟理论作为指导。该文基于上行先导起始物理机制,提出了风机叶片表面任意位置雷击概率计算方法,建立了风机叶片雷击概率评估模型。考虑不同叶片姿态、下行先导侧面距离、接闪器布置方式等因素,分析了1.5MW典型风机在不同工况下雷击概率分布,并与试验结果相对照,验证了模型的有效性。结果表明:接闪器保护范围随叶片角度变化而变化,呈现不对称的特点,雷电下行先导侧面距离对接闪器保护范围的影响具有方向性,叶尖接闪器的防护效果优于叶身接闪器。该评估模型可为叶片防雷系统优化设计提供理论分析工具。     

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...     

利用弹光效应测量固体电介质空间电荷的高时空分辨方法与实验验证

为支撑复杂应力环境下大功率电力电子装备绝缘可靠设计与状态评估,该文提出一种基于弹光效应的固体电介质空间电荷光学测量方法,并构建信号传变模型。模型分析指出,平衡探测器光强差变化与电荷受扰动所产生弹性波的幅值变化近似成正比关系。接着,基于所构建椭圆偏振测量平台与传感器耦合模型对该探测系统的可行性与空间分辨特性开展实验验证。结果表明,所提探测方法可实现皮秒级脉宽弹性波的追踪测量,具备实现空间电荷高时空分辨的潜力。     

高频脉冲下电-热应力对聚酰亚胺绝缘寿命的耦合作用分析

高频电力设备的绝缘老化行为受电压参数和环境温度等多个因素的共同影响。为了探究这些影响因素的主次顺序以及因素间的交互作用,基于正交实验设计理论,采用高频正弦电压和球-板电极结构,研究了聚酰亚胺绝缘寿命随电压频率(5～30 kHz)、幅值(1.5～3.0 kV)和环境温度(13～180℃)的变化情况。结合极差分析、方差分析和关系图法讨论了3个因素对绝缘寿命的影响程度及其交互作用的大小顺序,并分析了因素水平变化对电、热应力耐受系数以及多因素协同作用效果的影响。结果表明:频率和幅值对绝缘老化的加速作用接近,且远大于温度的影响;同时,频率和幅值的交互作用最大,其次为幅值和温度、频率和温度的交互作用;交互作用的存在使材料对某一因素的耐受系数随着其它因素水平的提高而降低,并且多因素共存时的协同作用要弱于各因素独立作用的叠加效果。该研究方法为分析多因素耦合作用下的绝缘老化行为提供了一种新思路。     

Phase field model for electric-thermal coupled discharge breakdown of polyimide nanocomposites under high frequency electrical stress

In contrast to conventional transformers, power electronic transformers, as an integral component of new energy power system, are often subjected to high-frequency and transient electrical stresses, leading to heightened concerns regarding insulation failures. Meanwhile, the underlying mechanism behind discharge breakdown failure and nanofiller enhancement under high-frequency electrical stress remains unclear. An electric-thermal coupled discharge breakdown phase field model was constructed to ...