火花放电喷射等离子体触发气体开关导通特性及工作模式分析

为理解喷射等离子体触发气体开关的导通过程和触发机理,利用高速分幅相机拍摄火花放电喷射等离子体触发气体开关的导通过程,结合开关导通时延测量,研究了该开关在10%~90%工作系数下的触发导通特性,分析了开关在高、低工作系数下的导通过程和工作模式。结果表明,火花放电喷射等离子体触发气体开关在10%~90%的极宽工作系数范围内能可靠触发导通,导通时延随工作系数提高而逐步从数十μs减小至数百ns。低工作系数时气体开关为慢导通模式,导通过程可分为喷射等离子体形成阶段、喷射等离子体快速发展阶段、喷射等离子体发展饱和阶段和主间隙放电4个阶段,其导通延时受工作系数和触发脉冲幅值的影响,为数μs至数十μs。随着开关工作系数提高,开关由慢导通模式逐步过渡到快导通模式,导通过程只包括喷射等离子体形成阶段和主间隙放电两个阶段,放电发展过程较为迅速,导通时延约为数百ns。     

气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压研究的新进展

气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）中的隔离开关操作空载短母线会产生陡波前、高幅值的特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO）、瞬态壳体电位和电磁干扰,对GIS及其连接的具有绕组的设备、与壳体连接的二次设备绝缘产生危害,干扰二次设备工作,严重影响设备的安全运行。对2009年前国内外在VFTO测量方法、特性试验、数字仿真和对绝缘影响以及外部VFTO方面的研究状况进行了综述。概要总结了国家电网公司在特高压GIS中VFTO实测及仿真研究方面取得的新进展,提出了特高压GIS中VFTO需要深化研究的内容,即重点关注VFTO的传播特性与仿真建模,VFTO下的绝缘特性和机制研究,以期全面掌握特高压GIS中VFTO特性,对特高压输变电设备的研制、工程设计和运行提供依据和有益的参考。     

煤层底板注浆前后采动效应数值模拟对比分析

针对注浆前和注浆后不同强度煤层底板,建立两种地质模型,采用数值模拟的方法研究其采动效应的差异性。研究结果表明,由于煤层底板经过注浆改造,其强度得以增强,采煤工作面底板破坏深度较未注浆的煤层底板破坏深度明显减小,说明注浆改造对采煤工作面底板起到了加固效果。     

SF_6断路器弧触头的关合侵蚀特性

SF6断路器关合操作时产生的关合涌流对弧触头会造成严重的侵蚀。为了研究弧触头在关合情况下的侵蚀特性,设计了模拟的SF6断路器灭弧室,对CuW80弧触头进行了关合侵蚀实验。实验记录了每次的燃弧时间和电流峰值,并计算了100次实验后的质量损失率。每20次关合实验后,拍摄触头表面照片,测量弧触头的接触电阻和工频耐压。最后分析了SF6断路器弧触头的关合侵蚀特性并探讨了侵蚀机理。认为在关合实验中弧触头的侵蚀来源有两个:一个是关合前预击穿电弧的烧蚀,一个是烧蚀后弧触头变软后的机械磨损,并且机械磨损的量占有相当的比例不可忽略。在电流峰值18 kA,燃弧时间2 ms,机构速度7 m/s的情况下,机械磨损过程中的质量损失率大于1.0 mg/C,这也是关合情况下触头质量损失更大的主要原因。     

SF6短间隙中高频电弧的阻抗特性

气体绝缘开关设备(GIS)中隔离开关操作时,触头间隙会出现高频放电,产生威胁电力设备安全的特快速暂态过电压(VFTO),高频电弧的阻抗特性对VFTO的上升沿和幅值等具有重要影响。为此,提出了利用SF6间隙研究GIS隔离开关高频电弧阻抗特性,分SF6短间隙和长间隙2个阶段开展工作的技术方案,并介绍了SF6短间隙阶段的研究工作。建立SF6短间隙和紧凑型RLC放电回路产生高频电弧。采用高压探头、Rogowski线圈、B-dot传感器分别测量电弧电压、电流及电流变化率,利用高速分幅相机观测电弧形态。提出了电弧电感和电阻的分析方法,研究了气压、弧长及电流对电弧电感和电阻的影响,建立了基于能量平衡关系的电弧电阻模型。研究结果表明:高频放电起始后,电弧电感从约13μH/m迅速减小并趋于稳定值约9μH/m;电弧电阻在约60ns内快速跌落至约1Ω,随后缓慢下降并趋于稳定值约0.1Ω;气压增大时电弧电感和电阻增大,电流增大时电弧电感和电阻减小;提出的模型能够计算全过程电弧电阻,计算结果与试验分析结果基本符合。     

气体间隙放电火花电阻的光谱诊断

火花电阻是影响开关能量传输效率、寿命的重要因素,为了对其进行准确测量,提出了一种利用光学诊断获得气体间隙放电火花电阻的方法。首先利用光谱仪测量脉冲电压下气体间隙火花放电的发射光谱,获得了不同放电发展阶段和通道内不同位置的电子温度、电子数密度,并根据Spitzer电导率修正公式得到不同放电阶段火花通道的电导率。然后通过通道径向成像后谱线长度计算了不同阶段火花通道的外径,结合放电通道外径与电导率即可得到火花放电通道电阻。结果表明:随着放电发展,火花通道等离子体的电导率先迅速增大后逐渐减小,最后保持在104 S/m左右;火花通道电阻从绝缘状态骤减至0.1Ω左右然后基本维持不变,通道电阻值与过去文献中所提出的经验公式计算结果基本一致。随着电流增大,通道电导率基本不变,通道半径增大,通道电阻减小。随着气压增大,放电通道等离子体的电子温度降低,电导率减小,导致通道电阻增大。     

基于有限元仿真和遗传算法的1100kV盆式绝缘子电气、机械性能综合优化

为提高盆式绝缘子的电气、机械和热性能,开展了1 100 kV盆式绝缘子的结构优化工作。首先,在给出1 100 kV盆式绝缘子电、力、热场设计控制值的基础上,对盆式绝缘子结构进行了参数化,基于有限元仿真模型探究了局部参数改变对盆式绝缘子电气、机械性能的影响规律;然后,根据局部参数的影响规律,提出了盆式绝缘子电气、机械性能综合优化方案以及基于遗传算法的结构参数优化方法;最后,根据遗传算法及有限元仿真,实现了盆式绝缘子的结构优化,优化后盆式绝缘子的最大场强降低约10%,且满足其对机械性能的要求。     

静态RCS 测量雷达的设备布局及升降塔结构设计

文中对静态RCS全频段测量雷达多天线和多收发设备的布局进行了设计,针对结构设计的核心部分——可移动高架天线塔进行了详细论述,对升降塔风栽荷进行了分析计算并用有限元法校核了天线塔身和天线安装架的强度,结果满足结构设计强度要求。解决了高架天线塔升降、天线安装调整、天线塔所装设备维修性和安全性的问题。对多波段静态RCS测量设备总体布局设计和高架升降塔的设计具有参考借鉴意义。     

直流GIL盆式绝缘子的表面电荷分布

直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission line,GIL)盆式绝缘子的稳态电场按介质电导率分布,在长期直流电压作用下,绝缘子表面会积聚电荷,引起局部电场畸变,威胁设备的安全运行。因此有必要对直流盆式绝缘子表面电荷积聚现象进行研究,掌握准确的电荷测量技术、电荷反演计算方法和绝缘子表面电荷积聚特性,为提高盆式绝缘子的绝缘水平提供参考。文中研制了一套新型盆式绝缘子表面电荷测量装置,能够控制探头以等距垂直姿态对绝缘子曲面进行扫描式测量;采用同心圆环电极对静电容探头进行了标度,获得其空间响应函数,并基于矩阵的Cholesky分解法对绝缘子表面电荷分布进行了反演计算。实验研究了不同直流电压作用下,±200 kV直流盆式绝缘子表面电荷积聚和消散特性,并根据实验和仿真计算结果,提出了不同条件下适用的表面电荷分布模型。文中对深入认识直流盆式绝缘子的表面电荷积聚现象、完善电荷积聚机理具有重要意义。     

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。