直流单点电晕放电可听噪声时域特性实验研究

为了研究直流电晕放电产生的可听噪声时域特性,基于实验室搭建的电晕放电测试平台,获得了正负极性直流单点电晕放电产生的可听噪声的时域波形,并对放电产生的可听噪声的时域特性进行了分析。同时,基于该实验平台,也获得了可听噪声脉冲与电晕电流脉冲在时间上的关联特性。实验结果表明:直流电晕放电产生的可听噪声时域波形具有双极性脉冲性质,正极性电晕放电产生的噪声脉冲幅值和脉冲上升时间比负极性电晕放电产生的噪声的相应值大;在时域上可听噪声脉冲与电晕电流脉冲具有一一对应关系。结合实验结果与正负极性电晕放电通道的发展过程,定性地解释了正负极性电晕放电噪声特性的差异及电晕放电噪声与电晕电流在时间上存在一一对应的原因。     

直流单点电晕放电无线电干扰和可听噪声时域关联特性分析

当导线周围发生电晕放电时,会伴随空间电荷的运动,进而产生无线电干扰和可听噪声等电晕放电效应。本文基于实验室搭建的可听噪声和无线电干扰时域测量平台,实现了对正极性单点电晕放电产生的可听噪声和无线电干扰时域波形的同时采集;然后借助可听噪声和无线电干扰脉冲在时域上的一一对应关系,对测量信号的背景干扰进行剔除;最后对去噪后的可听噪声及无线电干扰时域波形参数进行了分析,获得了可听噪声和无线电干扰脉冲峰值及持续时间的关联关系。分析结果表明:提出的可听噪声脉冲波形模拟方法可以只测量无线电干扰波形就得到可听噪声脉冲波形。对比模拟波形与测量波形,得到的总声压级误差小于3d B(A),验证了方法的有效性。研究结果为电晕放电可听噪声的测试和预测提供了一种新的思路。     

实验室内交流导线电晕噪声的频谱特性研究

交流电晕放电产生的可听噪声主要由宽频噪声分量与纯音分量组成,为了对可听噪声频谱特性进行深入研究,基于实验室内交流电晕放电可听噪声的时域测试平台,获取交流导线电晕放电产生的可听噪声时域波形,提出了将测量得到的可听噪声分为脉冲簇噪声、空间离子往复迁移噪声和背景噪声3个部分,并采用基于小波变换的噪声提取方法对各部分分量进行了分离。在此基础上,获得了交流电压调制和离子迁移运动对导线纯音分量的不同作用机理以及纯音分量的变化规律。研究结果表明在电压调制作用下周期出现的脉冲簇噪声和空间离子往复迁移噪声共同形成了纯音分量,而离子迁移运动的作用大于电压调制作用,且纯音分量随着电压的升高明显升高,对于总声压级的贡献也不断增加。此外,结合了放电过程中的空间离子的运动特性,对可听噪声的频谱特性进行了定性分析。     

交流单点电晕放电可听噪声纯音分量的产生机理

交流电晕放电产生的可听噪声除了具有宽频噪声分量外,还具有明显的纯音分量。为了研究纯音分量的产生机理,在实验室搭建交流单点电晕放电可听噪声时域测试平台,获得交流电晕放电可听噪声的时域波形,采用相关系数法在时域上对背景噪声进行剔除。在此基础上,对可听噪声的频谱特性进行分析,揭示了交流电晕放电可听噪声纯音分量的产生机理。研究结果表明,交流电晕放电可听噪声的纯音分量主要是由于交流电压对可听噪声脉冲簇的周期性调制作用产生的,借助于周期性方波信号,对交流电压的调制作用进行了详细说明。此外,还结合交流电晕放电空间电荷的发展过程及电压的周期性变化对空间电荷的影响,对纯音分量的产生机理进行了定性解释。     

基于可听噪声时域测量的正极性单点电晕放电声压级分析

为了使可听噪声的时域结果直接应用于噪声评价中,根据声级计的基本原理和直流电晕放电产生可听噪声的随机性特点,叙述了将可听噪声时域测量结果转化为声压级的方法,即采用功率谱分析方法来计算可听噪声声压的有效值,同时实现对噪声信号进行时间计权、A计权及倍频分析等,从而实现了由时域数据获得频域声压级的目的。基于实验室内搭建的单点电晕放电可听噪声测试平台,获得了单点电晕放电产生的可听噪声的时域波形,将该方法与Labview噪声分析工具箱的分析结果进行对比,验证了本文方法的正确性。最后对单点电晕放电产生可听噪声的频域特性及声压级特性进行了分析。研究结果表明,单点直流电晕放电产生的可听噪声的声压级在可听的频率范围内(20 Hz~20 k Hz),随着电压增加而有所增加;电晕噪声在高频段(1 k Hz以上)内的A计权声压级相对较大。研究方法和所得结论可为对电晕放电产生可听噪声特性的深入研究奠定基础。     

直流电晕放电无线电干扰随机时域计算模型研究

直流输电线路电晕放电过程中会在空间中产生随机的无线电干扰脉冲信号,目前针对电晕放电无线电干扰的测量与预测计算主要基于频域方法,并未反映出无线电干扰的时域随机脉冲特征。为此,该文在实验室搭建了直流单根导线电晕放电无线电干扰时域测量平台,采用鞭形天线实现了对正极性直流导线电晕放电无线电干扰时域特性的测量,结合无线电干扰脉冲波形特征,分析获得了脉冲波形参数（幅值、重复频率、上升时间、持续时间）的统计特性。基于统计特性,结合无线电干扰双指数函数脉冲波形建立了高压直流单根导线电晕放电无线电干扰随机时域计算模型,模型中包括随机脉冲信号产生、脉冲衰减、场强信号计算及场强信号重构,将该模型产生的无线电干扰时域波形准峰值响应值与不同测量结果进行对比,结果表明计算误差小于2dB,验证了所提模型的有效性。     

特高压电晕笼内正负极性导线的可听噪声频谱特性规律研究

为深入研究特高压直流线路正负极导线的电晕放电机制和电晕可听噪声特性规律,基于国家电网公司特高压直流试验基地的电晕笼,对6?720 mm2导线的可听噪声频谱进行了测试和分析。利用电晕笼中间网的可拆卸功能,对电晕笼内正极、负极、正负双极导线的可听噪声进行测试,分别得出了不同电压下正极噪声、负极噪声、临近正负极导线位置的噪声频谱特性规律,并进行了对比和分析。还分析了考虑背景噪声时,在不同导线表面电场强度下电晕可听噪声A声级与其8 kHz分量的稳定性。利用曾提出的8 kHz分量法来对正极噪声、负极噪声、临近正负极导线的双极噪声在不同导线表面电场强度下的噪声特性进行了分析,得出了8 kHz分量法可适用于正极噪声和双极噪声的结论。     

直流电压下尖板电晕放电及其声特性试验分析

为分析特高压输电线路电晕放电产生可听噪声的机理,开展了直流电压作用下单点电晕放电的试验分析,测量并分析了脉冲放电产生的声压信号及其特征。采用尖-板电极研究了单点直流电晕放电的幅频特性,获得了不同电压(0～35kV)、不同间隙(6～8cm)及不同极性下的放电电流波形及放电图片。研究表明,直流电晕放电由一系列单个的放电脉冲组成,脉冲上升沿与脉宽主要分别集中在10ns、30ns附近;单个放电脉冲的幅值、重复率随直流电压的增加而增加,放电重复性随直流电压的增加而变差,且放电有一定的随机性。根据尖板直流电晕放电的特点,搭建脉冲放电回路来模拟不同条件的电晕放电,以实现电晕放电参数的可控性。利用传声器在消声室测量了单次脉冲放电产生的可听噪声,初步获得了放电电压和声压之间的关联特征:随着放电电压增加,声压线性增加。     

不同海拔高度交流电晕电流脉冲特性实验研究

不同海拔高度下交流电晕特性的变化规律是高海拔地区线路设计的基础。文章利用可移动式小电晕笼和高频电流测量系统在20m-4320m范围内的5个海拔高度点进行实验,采集了1mm直径细铜丝在不同施加电压下的电晕电流脉冲、无线电干扰和可听噪声水平数据;通过对实测数据的统计分析及拟合,得到了海拔高度对电晕电流脉冲特性的影响规律,并分析了不同海拔高度下电晕电流同无线电干扰和可听噪声水平的关联关系。研究表明,随着海拔高度增加,交流电晕电流脉冲的幅值增大,幅值概率分布逐渐分散,一个周期内交流电晕电流脉冲的数量增加,脉冲形成时间变得更加均匀;将电晕电流有效值作为中间变量,研究海拔高度对交流线路电晕效应的影响,得到电晕电流有效值与导线施加电压呈线性函数关系,该线性函数的斜率k、截距b均为海拔高度h的三次函数;无线电干扰和可听噪声水平均与电晕电流有效值呈对数增长关系,其中可听噪声与电流有效值的函数关系随海拔高度变化而改变。     

尖端电晕放电辐射特性实验分析

为了更好地分析电晕放电辐射信号的特征,笔者利用尖端电晕放电模拟测试系统采集了电晕放电辐射信号数据,研究分析了信号在时域和频域的一些特性。分析结果表明,电晕放电辐射信号首脉冲的方向随放电电压的极性不同而相反,在不同极性放电电压下,放电辐射信号的时域特征差别比较明显,但频谱分布基本一致,放电能量主要集中在50～100MHz之间,频率范围主要在150MHz以下。     

邻近直流导线时交流电晕电流脉冲特性试验

本文搭建交直流并行线路电晕放电试验平台,研究邻近直流电压时交流单点电晕放电下的电晕电流脉冲特性。并对交流电晕电流脉冲的分布模式、重复频率以及波形等特征参数进行统计分析。试验结果表明,邻近的正极性直流电压会促进交流负半周电晕放电而抑制交流正半周电晕放电,邻近的负极性直流电压作用正好相反。直流电压对交流负半周电晕电流脉冲波形参数无明显影响,而正半周电晕电流脉冲的幅值会随负极性直流电压的增加有所升高。同时发现,随着交流电压幅值的升高,促使其正半周发生电晕放电所需要的负极性直流电压幅值也相应地升高,并基于电晕放电的发展过程中电离强度的计算提出种子电子的缺失是造成该现象的原因。最后,在电晕放电离子云模型基础上,提出脉冲序列发展的过程中电离区域电场强度恒定不变的假设,从而对邻近直流电压影响下的交流电晕电流脉冲波形参数特性给出了合理的解释。     

重复方波上升时间对变频电机耐电晕寿命影响研究

为研究重复方波电压上升时间对变频电机绝缘耐电晕寿命的影响规律,搭建了具有不同重复脉冲电压上升时间的耐电晕测试系统。根据IEC TS 60034-18-42,分别测试了Ⅰ类和Ⅱ类电机绝缘模型在不同重复方波电压上升时间下的耐电晕寿命,并对比了相同幅值和频率下正弦电压测试结果。结果表明:脉冲电压上升时间对匝间绝缘耐电晕寿命及局部放电时域和频域统计特性的影响显著。因此,根据相关标准测试变频电机的耐电晕寿命时,应考虑上升时间对电机耐电晕寿命的影响。     

大雨环境下雨滴对线路电晕特性的影响

除了导线表面的状态和成分,导线附近大气状况也是引起导线电晕特性变化的重要因素。可听噪声、无线电干扰是反映电晕特性变化的重要参数。通过自制淋雨装置,在小型电晕笼中对单根LGJ-400/50型实际输电导线进行干燥和淋雨情况下的电晕实验,并利用无线电干扰接收机和声级计检测电晕放电情况。实验结果显示,同等电压下LGJ-400/50型导线在大雨状况下,可听噪声和无线电干扰值明显增加,在干燥时的电晕起始电压附近有最大差值;施加电压超过干燥时电晕起始电压后,随施加电压的增长,干燥和淋雨情况下的可听噪声和无线电干扰值差值均减小。     

导线表面污秽对正极性单电晕点可听噪声频谱特性的影响

为了深入研究在正极性电压下导线表面污秽对可听噪声频谱特性的影响,在实验室搭建了基于电晕笼的单电晕点可听噪声测量实验平台。分别测量了单电晕点表面附着氯化钠、高岭土、碳粉等不同种污秽下的可听噪声频谱特性,并且对不同表面状态下单电晕点在不同电压下的可听噪声频谱进行了长期的统计。结果表明:随电压增加,干净单电晕点的可听噪声不同频率分量的变化有较大差异。相对于干净导线,污秽对单电晕点噪声频率1 k Hz分量的影响较小,对噪声频率1 k Hz分量影响较大。对噪声高频分量的影响主要由于电子及离子在高场强下,运动速度较快,所含的能量较大,从而引起其周围空气强烈震动,产生高频噪声。     

基于经验小波变换的电晕电流降噪方法

随着电压等级升高和输电距离增加,在特高压直流输电线路上因电晕电流引起的电能损失和环境问题更加严重。深入分析电晕电流特性,对抑制电晕效应、实现长距离高效输电具有重要意义。电晕电流的复杂性导致时域和频域特性分析面临诸多困难,因此提出了基于经验小波变换的电晕电流降噪方法。首先,针对超长实测电晕电流数据,提出分段经验小波变换;其次,根据电晕电流的复杂频谱特性,提出了改进的频谱极大值搜索方法;最后,结合分段经验小波变换的分解结果,重构出了降噪后的电晕电流。实验结果表明,提出方法可以有效地抑制不同电压等级下实测电晕电流中的多种噪声成分,实现超长电晕数据的高效降噪处理,为电晕电流特性研究提供了崭新方法,为准确计算电能损失、探索电晕放电规律提供理论和技术支撑。     

正弦和重复方波电压下变频电机绝缘局部放电特性对比

为对比研究正弦和重复脉冲电压下变频电机绝缘的局部放电特性,基于超高频测试技术搭建了两种电压条件下电机绝缘的局部放电测试平台。利用该平台,分别在正弦及200 ns上升时间的重复脉冲电压下,对低压变频电机漆包绝缘单点放电模型进行了局部放电测试,对比分析了正弦和重复脉冲电压下的局部放电单个脉冲的时频幅值、相位分布及频域能量分布、多个脉冲的统计谱图等特性,研究结果发现:对于相同峰峰值和频率的重复方波和正弦电压,重复方波电压下变频电机绝缘局部放电幅值及耐电晕寿命分别约为正弦电压下的10倍及1/3,且相位、时频域统计特性存在明显差异,在基于国际电工委员会标准对变频电机绝缘系统进行评估时,必须依据重复方波脉冲对放电特性及耐电晕寿命影响规律,重新考虑局部放电测试及耐电晕系统的设计。     

空气温度对电晕笼中导线直流电晕特性的影响

为研究空气温度对导线直流电晕特性的影响,建立了导线直流电晕特性测试系统,定义了导线的起晕电压,在人工气候室内,测量了不同空气温度下电晕笼中导线的起晕电压、电晕电流、可听噪声水平等特征量,获得了空气温度对导线电晕特性的影响规律。试验结果表明:导线的起晕电压随空气温度的升高大致呈线性下降趋势;导线电晕电流在起晕后随空气温度的升高大致呈线性上升趋势;负极性导线电晕可听噪声水平随空气温度的升高而上升,且电压越高上升幅度越大;由于赫姆斯坦辉光过程的存在,正极性导线电晕可听噪声水平的空气温度修正系数在不同的电压时有不同的表现,并据此对我国特高压直流输电线路的工程设计提出了建议。     

电晕线串并联的脉冲电晕放电特性

在线板结构脉冲电晕放电试验模型上 ,测试了不同长度电晕线串并联时的 ns脉冲电晕放电伏安特性 ,研究了电晕线串并联时脉冲电晕放电的不同特点。研究表明 ns脉冲电晕放电伏安特性呈指数函数上升趋势 ,串联电晕线的电晕电流随其长度的增长为自然对数函数上升趋势 ,并联电晕线的电晕电流随其长度的增长为线形函数上升趋势。根据研究 ,实际设计脉冲电晕放电反应器时 ,为提高反应器效率 ,多根电晕线应并联而不宜串联 ,且电晕线不宜过长     

湿度对电晕笼中导线直流电晕特性的影响

为研究湿度对导线直流电晕特性的影响,建立了导线电晕特性测试系统。在人工气候室内,测量了不同湿度下电晕笼中导线的起晕电压和电晕可听噪声水平等特征量,获得了湿度对导线电晕特性的影响规律,并对我国特高压直流输电线路工程的设计提出了建议。     

寄生电感对SiC MOSFET开关损耗测量的影响

双脉冲测试是评估器件动态特性的重要手段.测试电路的寄生参数将对测试结果产生直接影响.基于双脉冲测试平台,研究并评估寄生电感对碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)开关损耗测量的影响.首先,用低感电阻替换测试电路中的续流二极管,通过对母线电容放电状态下的电压和电流波形进行高阶多项式拟合,计算得到双脉冲测试电路主回路的寄生参数.其次,通过调整主回路跳线接口处的空心小电感感值,获得不同主回路寄生电感值的双脉冲测试电路.最后,对比分析了不同电压电流测试条件下寄生电感对开关损耗测量的影响.研究结果表明:随着主回路寄生电感的增大,在开通阶段漏源电压下降变快,开通损耗随之减小;而在关断阶段漏源电压过冲增大,关断损耗随之增大,总开关损耗几乎不变.