表面电荷积聚对绝缘子沿面闪络影响的研究

通过对典型绝缘子表面电荷分布特点的分析，研究了表面电荷与放电起始间的关系。研究表明在表面电荷作用下绝缘子沿面闪络起始电压会发生变化。对110kV三相共箱式GIS绝缘子的闪络实验表明，表面电荷可使绝缘子沿面闪络电压下降23．4％。对位移电流作用下的绝缘子沿面闪络先导发展模型进行改进，补充了表面电荷对该模型的影响。指出表面电荷产生的附加电场会影响流注电晕内部正负电荷的分离速度及放电的进一步发展。     

温度和正极性电压对直流GIL盆式绝缘子表面电荷积聚的影响

直流GIL盆式绝缘子表面电荷积聚是导致绝缘子沿面闪络电压降低的主要因素。为此基于不同温度和正极性电压研究了直流GIL盆式绝缘子的表面电荷积聚特性。在绝缘气体电流密度与场强、绝缘子固体电导率与温度的非线性关系基础上,建立了绝缘子表面电荷积聚时变数学模型;通过该模型研究了不同温度下盆式绝缘子表面电荷积聚特性,以及绝缘子表面电荷积聚在不同正极性电压下的主导机制。研究结果表明:电压和温度是表面电荷积聚中气体电导和固体电导平衡的主要影响因素之一;1 kV直流电压作用时绝缘子气体侧电导占主导地位,而且表面电荷密度随温度升高而减小;400 kV直流电压作用时绝缘子固体侧电导占主导地位,而且表面电荷密度随温度升高而增大。另外研究了在400 kV电压下表面电荷积聚对绝缘子表面切向电场的影响,结果表明绝缘子上下表面的最大切向电场强度随着表面电荷积聚从初始到稳态的过程而逐步增加,而且温度越高,稳态时的最大切向电场强度越大。因此表面电荷积聚是使绝缘子沿面电场强度增大的主要因素之一,温度加剧了表面电荷积聚的程度,从而致使表面切向电场强度进一步增大。     

表面电荷积聚对冲击电压下绝缘子沿面放电的影响

绝缘子的表面缺陷会导致表面电荷积聚，使绝缘子表面的电场发生畸变，影响冲击电压下绝缘子的沿面放电。研究了表面电荷对绝缘子沿面放电进程的影响，发现表面电荷积聚可以降低绝缘子沿面放电的起始电压。外施冲击电压的极性与绝缘子表面电荷极性是否相同会影响绝缘子的电晕起始时刻、由流注向先导的转变时间间隔和流注电晕电流。表面电荷对GIS支撑绝缘子的50％冲击闪络电压和伏秒特性也有一定的影响。     

绝缘子表面电场及电荷的测量

绝缘子表面电荷积聚及其引起的表面电场分布畸变是导致绝缘子表面闪络电压低的主要原因.对绝缘子表面电场及电荷分布进行测量有助于正确地设计绝缘子.为此,在阅读大量相关文献及进行技术调研的基础上,结合作者目前正在进行的研究,对绝缘子表面电场及电荷的测量技术进行了综述.首先简要分析了绝缘子表面电荷的来源(场致发射、局部放电、固体...     

高压直流GIL中盆式绝缘子表面电荷积聚与消散的实验研究

研究直流电压下绝缘子表面电荷积聚及其抑制措施,是开发直流气体绝缘管道输电线路(GIL)的一项关键技术。因此建立了一套盆式绝缘子表面电荷测量系统,采用静电探头法,在空气中对施加了直流电压后的环氧树脂盆式绝缘子进行了表面电位的测量,研究了不同极性、不同幅值电压以及极性反转情况下表面电荷的积聚现象,并对表面电荷的消散进行了测量。实验结果表明:绝缘子表面电荷分布与所施电压极性密切相关;在0.5 MPa空气中,随着施加电压幅值(+40~+70 kV)增加,绝缘子表面电荷急剧增加(负电位最大处从-200 V增加到-3 000 V);在0.5 MPa空气中,先后施加+70 kV及-40 kV电压,绝缘子局部表面电荷激增现象明显(正电位最大处由500 V增大到超过2 500 V);在0.1 MPa空气中施加+40 kV电压,在0~300 min内,绝缘子表面电荷消散近似指数衰减过程,时间常数约为104 s数量级。     

直流电压下GIS盆式绝缘子表面电荷及电场分布特性仿真研究

GIS中盆式绝缘子表面在外施直流电压时会积聚大量电荷使得沿面闪络电压大幅降低,从而引发一系列电气设备故障。基于上述问题,文中分析了盆式绝缘子表面电荷的来源与传导途径,采用有限元仿真计算方法构建了二维轴对称仿真模型以及设定相关参数,研究了电压极性、不同电压幅值以及电压极性反转对盆式绝缘子表面电荷分布的影响。结果表明,在直流电压下,凹面主要积聚与外施直流电压极性相反的电荷,凸面主要积聚与直流电压极性相同的电荷,且凹面积聚的电荷密度更大;在极性反转后-100 kV直流电压下,盆式绝缘子表面原先积聚的电荷密度呈现先增大后逐渐减小的趋势,随后转换极性并达到饱和,电场在靠近高压端以及盆式绝缘子沿面0～20 mm处的畸变程度较为明显。电场在盆式绝缘子表面电荷极性发生变化前出现峰值,相比较电荷达到饱和状态,此时盆式绝缘子凹面最大场强增加46%,凸面最大场强增加5.4%。该研究可为直流电压下盆式绝缘子表面电荷分布特性提供指导。     

圆台形绝缘子的表面电荷密度反演算法

直流气体绝缘输电线路(GIL)中盆式绝缘子的表面电荷是诱发沿面闪络的重要原因,如何准确地测量和计算表面电荷分布仍然是一个重要的研究课题。基于多点测量技术,研究了绝缘子表面电荷密度和电场分布的反演计算方法,评估了测量系统的空间分辨率,并在计算中考虑了静电探头的影响。采用信噪比(SNR)和峰值均方根误差(PMSE)估计了该反演方法的准确度。在0.1 MPa SF6气体中,采用静电探头法测量了直流电压下金属微粒附着的缩比盆式绝缘子的表面电位分布,并计算得到了绝缘子表面电荷密度分布。结果表明,电荷密度分布图中可以清晰地发现金属微粒的位置,算法的空间分辨率和电荷分辨率分别为2.0mm和0.95p C/(mm~2·mV)。电荷密度分布和电位分布存在较大差异,电位分布不能用来代替实际的电荷密度分布。该算法可应用于旋转对称结构绝缘材料的表面电荷密度计算,可为直流GIL绝缘子表面电荷分布特性研究提供理论指导。     

GIS中支撑绝缘子的表面电荷积聚

阐述GIS中支撑绝缘子表面电荷积聚对沿面闪络特性的影响及其闪络机理,分析表面电荷的来源及影响电荷积聚的因素,并介绍利用电容探头测量绝缘子表面电荷分布的方法.     

测量绝缘子表面电荷用的新型电容探头

介绍静电场探头测量电介质表面电荷的原理,并研制了一套在线测量真空中绝缘子表面电荷分布的测量系统,经校验和实用表明它线性特性很好,完全满足真空中绝缘子表面带电测量的要求,还能研究通常情况下绝缘材料(器件)的表面带电状况。     

直流电压下盆式绝缘子表面电荷积聚效应的仿真

为了研究直流电压下盆式绝缘子表面电荷的积聚效应,建立了GIL线路中所应用的盆式绝缘子的仿真模型,采用有限元分析法,应用Maxwell 2D软件进行仿真分析:分析了处于直流高压作用下的盆式绝缘子在表面不同位置产生不同性质、不同量的电荷时电场发生的改变。从仿真结果可知,盆式绝缘子内表面不同位置积聚电荷时,对原电场的影响不同;积聚电荷的极性不同时,对原电场的影响也不同,且电荷积聚到一定程度时,可能导致绝缘性能的下降。通过在仿真中逐渐减小所加电荷量的方法,可以找到不影响原电场分布的电荷极限值。     

Pockels效应表面电荷测量中电荷反演算法的研究

Poekels效应表面电荷测量技术以其特有的技术优势逐步用于表面放电和等离子体的研究,然而如何准确获取表面电荷分布仍然是一个重要的研究课题.对Pockels效应表面电荷测量技术中的表面电荷反演算法进行研究,采用二维傅里叶变换将测量信号和表面电荷的复杂关系转换到频域中进行计算,并采用维纳滤波算法进行信号处理.计算结果和传统算法的计算结果进行了对比,结果表明,改进算法在数值计算过程中考虑材料厚度、介电特性及不同位置电荷影响等因素,计算方法更为合理.该方法可用于不同材料表面电荷的测量计算.另外,算法中维纳滤波器是计算算法中关键的组成部分,对降低系统噪声,提高数值计算的稳定性能够起到很重要的作用.     

采用表面电位衰减法表征高压交联聚乙烯电缆绝缘中空间电荷的输运特性

空间电荷积聚是影响高压直流交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)电缆运行安全的重要原因,定量表征XLPE中空间电荷的输运特性,对抑制空间电荷积聚、提高电缆绝缘可靠性具有重要意义。采用厚200μm的XLPE薄膜为试样,通过表面电位衰减(surface potential decay,SPD)法测量其陷阱能级分布、载流子迁移率和体电导率。结果表明,电子陷阱能级深度分布在0.8～1.07eV,在1.01eV处存在陷阱密度中心;空穴陷阱能级深度分布在0.71～1.06eV,分别在0.89eV和1.01eV处存在陷阱密度中心。正、负电荷的迁移率分别为1.5×10-14 m2/(V.s)、1.7×10-15 m2/(V.s)。体电导率随场强降低而减小,逐渐达到稳定值约5×10-17 S/m。研究表明:交联剂过氧化二异丙苯受热分解形成的副产物苯乙酮和α-甲基苯乙烯,是导致浅能级空穴陷阱密度显著大于电子陷阱密度、从而使正电荷具有较高迁移率的主要原因。     

基于回声状态网络的接地网地表电位计算

现有基于地表电位的接地网故障诊断需要测量大量的现场数据,为在减少现场测试工作量的同时提高接地网地表电位分布计算的准确性,文中提出了基于回声状态网络的接地网地表电位计算方法。首先利用接地网地表电位计算结果对回声状态网络进行训练,然后根据接地网结构对其进行网孔划分,最后使用少量的现场测试数据输入到每个区域的回声状态网络模型来计算得到接地网的整体地表电位分布。计算结果与某接地网模型的试验结果表明,文中所提方法能得到特定网孔处的接地网地表电位分布计算模型,据此可得到较为准确的接地网地表电位分布,从而大幅减少了现场测试工作量。研究结果可为基于地表电位分布的变电站接地网故障诊断提供理论计算依据。     

固体绝缘材料空间及表面电荷测量方法

积聚电荷的测量对于研究高压绝缘材料介电及绝缘性能方面起着相当重要的作用。近年来,国内外学者对固体绝缘材料内部及表面电荷测量方法进行了大量的研究,并取得了一些有意义的进展。本文对积聚在固体绝缘介质中的空间电荷和表面电荷的测量方法以及需要解决的问题进行综述。     

测量绝缘子表面电荷用的新型电容探头

用新型电容探头对直流电压下绝缘子表面电荷进行了测量 ,得到了圆柱型绝缘子的表面电荷分布图。实验研究表明新型电容探头具有分辨率高、电荷泄漏少等优点     

真空中绝缘子表面电荷分布的测量

介绍静电场探头测量电介质表面电荷的原理 ,并研制了一套在线测量真空中绝缘子表面电荷分布的测量系统 ,经校验和实用表明它线性特性很好 ,完全满足真空中绝缘子表面带电测量的要求 ,还能研究通常情况下绝缘材料 (器件 )的表面带电状况。     

真空环境下介质表面电荷分布的测量方法

对比分析了真空中介质表面电荷分布测量中三类较实用的方法:表面电位法、静电容探头法、普克尔斯效应反射法,阐述了真空中介质表面电荷测量方法的研究新成果,最后提出了这一领域留待解决的新问题。     

电容探头法测量绝缘子表面电荷的标度算法

气体绝缘开关装置中,表面电荷积聚会降低绝缘子的沿面闪络电压。为了改善气体绝缘开关装置的绝缘设计,需要对绝缘子表面电荷分布进行准确测量。采用传统的标度方法无法准确的求得绝缘子表面电荷密度。目前可能的解决办法有两种:①结合电场数值计算理论进行多点标度;②采用二维傅立叶变换及数字图像处理技术来解决该问题。通过对两种标度算法的综述及分析比较,认为第①种标度算法可以实现对任意结构的绝缘子表面电荷分布进行标度,但存在标度耗时过长的缺点;而第②种标度算法可以极大地缩短标度计算耗时,但其应用条件比较苛刻。但相对于传统的标度方法,这两种标度方法能较为准确的求出绝缘子表面电荷的分布。     

基于电声脉冲法的空间电荷测量装置

为了从微观角度分析绝缘材料老化和击穿的原因,研制了一套基于电声脉冲法(PEA)直接测量聚合物中空间电荷分布的试验装置。分析了电声脉冲法测量空间电荷的原理;设计了一种基于测试系传递函数的陡脉冲(幅值600V,脉宽10ns),以消除由系统硬件引起的过冲;讨论了各种干扰对测量结果的影响,设计了前置宽带高频小信号放大电路(增益34dB,带宽340MHz)和压电传感器。试验表明,该测量装置的分辨率可达到30μm,输出波形能直接反映试样中空间电荷分布,避免了复杂的数学处理,并以此装置实测了变频电机绝缘用聚酰亚胺膜中空间电荷的分布。     

基于等温表面电位衰减法的直流电缆用低密度聚乙烯和交联聚乙烯陷阱电荷分布特性

空间电荷积聚是影响直流电缆安全运行的重要原因,定量表征直流电缆用聚乙烯材料内陷阱电荷的分布特性并分析其内部陷阱产生的根源,对抑制空间电荷积聚、加强直流电缆安全可靠运行具有重要意义。为此,采用直流电晕充电法对低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)和交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)薄膜试样进行了充电,以模拟直流加压时电荷的注入过程。通过考虑材料内入陷电荷的出陷规律,建立了1个等温表面电位衰减(isothermal surface potential decay,ISPD)模型。通过分析LDPE和XLPE薄膜试样的ISPD数据,获得了其内部陷阱电荷的分布特性,并进一步分析了LDPE与XLPE形态学特性和添加剂对陷阱形成的影响。结果表明:LDPE和XLPE中分别存在2个陷阱中心,即浅陷阱中心和深陷阱中心;LDPE中与XLPE中空穴深陷阱电荷密度都高于空穴浅陷阱电荷,即2者空穴陷阱电荷主要以深陷阱为主;XLPE中空穴浅陷阱电荷与空穴深陷阱电荷之间的数量差距减少,XLPE中空穴浅陷阱高于LDPE中空穴浅陷阱。交联副产物对XLPE内部陷阱的形成产生重要影响,且添加剂形成的空穴类型陷阱的深度并不完全相同。