气体火花间隙开关的自击穿性能研究

为了解气体火花间隙开关的自击穿性能,文中从自击穿实验角度着手,对电场不均匀度进行了仿真计算,测量了两电极气体火花间隙开关不同间隙距离下的自击穿电压,通过计算相对极差和变异系数来分析自击穿电压的稳定性并进行韦布尔检验。实验结果表明,自击穿电压随间隙距离的增大而增大并近似线性关系;间隙距离是影响自击穿电压稳定性的重要因素,自击穿电压的稳定性随间隙距离的增大而增大。从自击穿稳定性角度来看,可以适当增大气体火花间隙开关的电极之间间隙距离来增强自击穿电压稳定性。     

伪火花开关自放电电压特性与电压跌落过程实验研究

设计了典型参数下的伪火花放电开关,进行了空气介质下的电压特性实验,详细研究了气体压力,电极间隙距离,电极孔径和电极材料对伪火花开关耐受电压的影响;给出了伪火花开关放电电压与气压变化的关系曲线;测量了产生伪火花放电的气压范围和单间隙伪火花开关耐受电压的最大值,测得了伪火花放电与辉光放电的转折点气压,并对实验结果进行了理论分析。研究了伪火花开关电压跌落时间与放电电压的关系,首次将开关电压跌落过程分为暂态阶段和稳态阶段,讨论了放电电路参数,气体压力,开关结构和放电电压对电压跌落时间的影响。实验表明,在气压和开关结构不变的条件下,暂态过程时间由放电电压决定,电压越高,则所需时间就越短;稳态过程时间由放电电路参数决定,而与放电电压无关。最后讨论了真空洁净程度和开关加工与装配工艺对伪火花开关耐受电压的影响。     

航空等离子体点火器的射流特性

为了研究不同工作介质流量对等离子体点火器射流的影响,利用课题组建立的实验测量系统,实验研究了不同工作介质质量流量下等离子体射流点火器的气体击穿和维持电弧过程,并用相机记录了等离子体射流的动态变化过程。实验结果表明:等离子体点火器的工作过程分为3个阶段:击穿阶段、过渡阶段、稳定阶段;击穿阶段中,击穿电压随工作介质质量流量增大而先升高再下降再升高,工作介质质量流量为75.7 g/min和95.4 g/min时,击穿电压分别达到最大值和最小值;稳定阶段中,射流长度和平均电压随工作介质质量流量增大而先增大后减小;电弧分流周期与电压、电流周期几乎一致;电弧间分流周期随工作介质质量流量增大而减小。     

特高压气体绝缘开关设备的隔离开关残余电荷电压仿真分析

为研究特高压气体绝缘开关设备的隔离开关残余电荷电压特性及其仿真方法,首先分析了残余电荷电压的几种影响因素;并在真型试验平台上开展了大量试验研究,对气体绝缘开关设备隔离开关分闸空载短母线所产生的触头间隙重复击穿过程进行了分析。基于试验结果,采用一元线性回归法得到触头间隙的击穿特性表达式,并在此基础上得到了残余电荷电压统计特性的仿真方法。结果表明,触头间隙正、负极性击穿电压之比约为1.3:1;正极性击穿电场强度在22~26 k V/mm之间。减小隔离开关开断速度,增大正、负极性击穿电压之差,降低SF6绝缘耐受强度都可以降低高幅值残余电荷电压的出现概率。     

平板型DBD臭氧发生多参数影响研究

DBD放电特性主要由其放电参数评定,因此研究DBD臭氧发生器的放电参数对臭氧合成实际应用具有重要意义。文中主要研究峰值电压、放电频率和气体流量的变化对平板型DBD臭氧发生器放电特性及臭氧合成特性影响。并利用Q-V Lissajous图来计算臭氧发生器等效电容、放电间隙的折合场强、放电功率等放电参数,进而得出臭氧体积分数与产率的变化关系。实验结果表明:峰值电压从5 kV增大到9 kV,放电频率从5.5 kHz上升到8 kHz时,放电功率呈线性增大,放电间隙的折合场强和介质层等效电容逐渐增加,放电间隙等效电容逐渐减小,等效总电容、放电最小电压和击穿电压基本不变;臭氧体积分数随峰值电压增大先增大后减小,随放电频率的增大缓慢上升,而臭氧产率则均减小。气体流量从0.5 L/min变化到4.5 L/min时,放电参数基本不变,臭氧产率则随之增大。放电频率一定,峰值电压较高时,气体流量适当增加能促进臭氧的生成。     

雷电冲击下SF_6气体放电击穿电压分散性的实验研究

一般应用升降法进行冲击下SF_6气体放电击穿特性实验时,要求击穿电压的分散性小于3%,以保证测得数据的可靠性。但是在实验过程中发现,SF_6气体相对于其他气体而言,击穿电压的分散性普遍偏大,一些情况下甚至超过了5%,而国内外针对SF_6气体放电击穿电压的分散性仍缺乏系统的研究。为此,在正、负标准雷电冲击(LI)作用下,实验研究了SF_6气体放电击穿电压的分散性随电极尺寸、气压和间隙距离的变化规律。结果表明:当间隙距离d=33 mm,电极曲率半径r=40、15、8 mm时击穿电压的分散性随气压增长而均呈现减小趋势;正LI下击穿电压的分散性随电场不均匀系数的增大而呈现先下降后上升的"U"曲线趋势,负LI下击穿电压的分散性随电场不均匀系数的增大而呈现先上升后下降的倒"U"曲线趋势;当电极曲率半径r=8 mm,间隙距离d=7、15、33 mm时击穿电压的分散性随着气压的增长而均呈现下降趋势。由此可得结论:正、负LI下SF_6气体放电击穿电压的分散性随着间隙距离的增加而均呈现线性增大的趋势。     

介质阻挡放电产生低温等离子体除去NO_x的实验研究

低温等离子体技术对氮氧化物(NOx)及多种污染物实现同步净化已成为尾气净化方面的研究热点。为此,针对国内外大多数研究采用模拟气体放电的现状,以实际柴油机尾气中NOx为研究对象,采用介质阻挡放电技术,实验研究了电压幅值、电源频率、高压电极直径、反应器体积、放电间隙对NOx去除的影响。实验结果证明,采用该研究所建立的低温等离子体处理装置,柴油机尾气中的NOx的除去率随着电压幅值及其频率的增加先升高后降低,即出现一个最大值,随电压幅值的增加其能耗增加;NOx除去率随放电间隙的减小和高压电极直径的增加而升高,随着反应器体积增加而增加。该研究成果对低温等离子处理NOx装置的车载化应用有一定的指导意义。     

高速铁路中受电弓升弓过程弓网电弧电气特性

弓网电弧电气参数是高速铁路中弓网系统电接触特性的重要表征参量。为此,基于弓网电弧试验系统,研究了高速铁路中弓网电弧的伏安特性,分析了升弓过程中燃弧尖峰电压、燃弧时间和稳定燃弧电压的变化规律。测试了升弓过程中电弧电压,分析了其发展规律,利用气体电介质击穿理论和流注理论分析了弓网间隙击穿电压。对升弓过程中燃弧尖峰电压随弓网间隙距离的变化规律进行了曲线拟合。最后,研究了电流对电弧电压特性的影响。试验结果表明:弓网电弧伏安特性关于原点非对称;在受电弓连续升弓过程中,燃弧时间先增大后减小,燃弧尖峰电压与弓网间隙距离满足指数关系,拟合优度系数R0.97;电弧稳定燃弧电压随电流的增大而略有减小;燃弧尖峰电压变化斜率随电流的增大而增大。研究结果可为分析实际运行条件下的弓网电弧提供参考。     

人工盐雾环境下环氧树脂的绝缘特性

采用超声波盐雾发生器模拟沿海地区环境,在直流电场条件下测试了盐雾电导率对环氧树脂小绝缘间隙的绝缘特性的影响;借助单筒连续变倍视频显微镜观察实验前后试样表面状况,分析绝缘破坏过程。实验结果表明:盐雾液滴在环氧树脂表面的接触角随盐雾电导率的增大而减小;放电起始电压随盐雾电导率的增大而降低,随绝缘间隙的增大而升高;绝缘破坏电压随盐雾电导率的增大而降低,随绝缘间隙的增大而升高。     

臭氧发生器最佳放电间隙的确定及研究

利用Q-V李萨如图研究了臭氧发生器的等效电容特性,同时测量了不同电压、放电间隙下的注入功率,同样气隙下随着外加电压的增大,注入功率加大;而给定电压,增加气隙距离时,注入功率先增大后减小,存在一个最大值点;最大值点的位置随着外加电压的增高,向气隙距离增大方向偏移。以Manley功率公式为基础,理论上推导了注入功率随气隙距离的变化特性,与实验结果类似。随着注入功率的增大,臭氧产量也逐渐增大,不同电压、气隙距离下获得的臭氧产量曲线与功率曲线呈现相似的变化特性。臭氧产量越高,臭氧产率就越小,是一对不可调和的矛盾。     

电极材料及间隙距离对间隙型浪涌保护器保护特性的影响

针对空气间隙型浪涌保护器(surge protective device,SPD)存在的问题,在低气压条件下研究了电极材料及间隙距离对间隙型SPD保护特性的影响,研究内容包括直流电压击穿特性、电压保护水平和响应时间.实验电极分别由钨铜和石墨材料制作而成,圆形电极,直径10 mm,间隙距离1～5 mm,气压范围20～60...     

不同气压和电极间距对开关绝缘恢复的影响

为缩短脉冲加速器多脉冲运行时脉冲间隔以及提高重频运行时重复频率,利用多脉冲调制器研究了气体开关的重复频率特性以及在相同电极间距、不同气压下(0.5、1、1.5、2MPa)氮气气体开关的绝缘恢复特性。实验表明,随着气体压强的增加,气体的绝缘恢复时间变长,击穿电压恢复>90%的间隔时间,从50ms增加到78ms;开关间距的改变对绝缘恢复时间影响有限,不同间距(7.3,27.4mm)下其击穿电压恢复>90%时间约为50ms。最后针对相关文献给出的结果,对压强、电极间距对绝缘恢复的影响进行了分析讨论。     

介质阻挡放电等效电容的测量与分析

为深入理解放电机理并优化介质阻挡放电反应器设计,提高运行效率,介绍了通过Lissajous图形计算介质阻挡放电气隙等效电容Cg,电介质层等效电容Cd及负载电容的方法,通过实验研究了外加电压及气隙距离的变化对Cd、Cg和总电容C的影响。结果表明,给定介质厚度和电源频率时,随外加电压的增加,Cd逐渐增大,在相同的电压下,Cd随气隙距离的增加而减小;Cg随外加电压的增大而减小,在相同的电压下,Cg随气隙距离的增加也是减小的;C随外加电压先增大再减小,中间会达到一个最大值,相同电压下,随着气隙距离的增加,介质电容减小,而且,随着气隙距离加大,介质电容所能达到的峰值会减小。     

基于OH基团二级光谱的氩大气压等离子体射流温度诊断

为了应用OH基团的二级光谱来诊断大气压等离子体射流(APPJs)的温度,首先采用线性场电极结构产生了氩大气压等离子体射流,利用增强型电荷耦合器件(ICCD)和三光栅光谱仪,拍摄了200～900nm波长范围内氩APPJs的光谱,并对光谱进行了辨认及分析,结果表明,除了氩原子的2p-1s(帕邢符号)跃迁谱线外,还存在一些分子基团的一级和二级光栅光谱,且其二级光谱的分辨率远高于一级光谱,其中OH(其相应跃迁为A2∑+→X2П)自由基尤为明显。然后选择OH(A2∑+→X2П)自由基的二级光谱诊断了OH自由基的转动温度(近似为等离子体射流的温度),并探讨了该温度随外施电压幅值、气体体积流量的变化,结果表明,在其他实验条件(如管径、电极间距和电极宽度)给定的情况下,氩APPJs的温度随外施电压幅值和气体体积流量的增大而都呈现先下降后上升的趋势,当外施电压幅值为10kV、气体体积流量为4L/min时,温度达到最小值348K。上述结果将为氩AP-PJs的参数调节及应用提供重要的帮助。     

真空高压二极管的绝缘结构分析

为提高真空高压二极管中绝缘子的耐压能力,利用静电场有限元模拟、电磁PIC模拟及传统理论计算的方法,分析了计及实际环境中绝缘子与电极之间微小间隙存在时绝缘子几何形状、绝缘材料与电极接触方式、电极结构、特别是导引磁场及回流电子对绝缘子耐压能力的影响。研究表明,抑制阴极三结点处场增强效应、尽量避免电子轰击绝缘子表面以控制解吸附气体量、适当的绝缘表面处理有利于提高绝缘子耐压能力,可作为设计真空高压二极管绝缘子的基本原则,并给出了一些具体的建议。     

螺旋针-环结构等离子体射流放电过程分析

为降低气体的击穿和维持电压,设计一种螺旋针-环电极结构的等离子体射流装置,研究不同电压下的放电电压、电流波形。研究表明,氦气等离子体射流放电可以分为电晕放电、介质阻挡放电和射流放电三个阶段,并且可以通过放电电压、电流波形的特征进行区分。分析可知,射流管管径较大时,采用螺旋针状内电极结构可以减小电极间的平均气体间隙距离,从而降低气体的击穿和维持电压,使放电更加容易进行;电压反向过程中残留电荷使得合成电场得到加强,气体将"提前"发生放电;由于电极结构的不对称,气体在正半周期更容易发生放电,放电产生的电流脉冲数目更多,电流值更大;随着外加电压增大至14k V,放电最终过渡到丝状放电状态。     

±500kV换流站吊车施工安全距离研究

现有规程对±500 kV换流站内大型机具使用的安全距离均未做规定,而实际工作中经常需要在换流站内使用吊车、叉车等特种机具。为保证在换流站内使用吊车进行工作时的安全性,通过对母线,直流滤波器,套管,支柱绝缘子等典型设备电场状态的分析,选定最具代表性的设备表面为典型电极,模拟电极开展大量交、直流混合加压试验。实验应用了最严酷的试验条件,即在进行直流叠加操作冲击的复合电压放电特性试验时,对模拟作业间隙施加正极性直流电压叠加正极性操作冲击。在使用统计分析工具对试验数据进行分析的基础上得出每种情况下的最小安全作业间隙,进而推导出吊车在换流站施工的安全距离标准。     

Dielectric breakdown characteristics of cryogenic nitrogen gasabove liquid nitrogen

We measured the DC dielectric breakdown characteristics of cryogenic nitrogen gas above a liquid nitrogen surface for needle-to-plane and sphere-to-plane electrode configurations. Experimental results revealed that the DC breakdown voltage of cryogenic nitrogen gas increased, as the distance from the gap axis to the liquid nitrogen surface diminished, i.e. as the liquid nitrogen surface got closer to the gap. The breakdown voltage proved to be enhanced not only by the temperature drop of nitrogen gas due to the existence of liquid nitrogen, but also by an effect of vapor mist arising from vaporization of liquid nitrogen. For the quasi-uniform electrode configuration, the relation between breakdown voltage and the gas density times the gap spacing agreed well with the Paschen curve for nitrogen with both the temperature falling and the vapor-mist density considered. For the nonuniform needle electrode, positive breakdown voltage was higher than negative one; the polarity effect was interpreted in terms of the electric field relaxation at the tip of the positive needle resulting from partial discharges observed only for the positive needle     

气固两相体直流电晕放电特性实验研究

为了研究两相体放电的基础问题,即放电特点、规律及影响因素,实验研究了聚丙烯、聚乙烯、珍珠岩3种典型固体颗粒的气固两相体电晕放电伏安特性。通过循环落体式两相体放电装置和测量系统观察发现,气固两相体的电晕电流特性与空气中的电晕电流特性有明显的区别。气固两相体的电晕电流波形在正、负极性下均为高频率脉冲波形。且在相同电压下其电晕电流比空气中的要小。固体颗粒的介电常数及在空气中所占的体积比均对电晕电流有很明显的影响。固体颗粒介电常数和体积比越大,电晕电流越小(可<1μA)。电压极性的改变对气固两相体的电晕电流无影响。     

纳秒脉冲同轴结构固体绝缘介质尺寸优化分析

同轴电场沿径向分布不均匀,径向电场降落集中在内电极表面附近一定范围内.在内电极直径不变,外电极直径增加的情况下,内外电极距离大于一定阈值后,电场变化在经过一个快速减小的阶段后明显变缓;在仅仅增加内电极直径,固定内外电极距离,相应增加外电极直径的情况下,内电极直径少量增加大于一定阈值后,同轴电场变化类似地经过一个快速衰减阶段后明显趋于缓和.根据同轴电极结构内外电极间隙距离与内电极直径变化影响电场分布的阈值的存在,利用Ansys数值计算结合纳秒脉冲下同轴电场变压器油中有机玻璃和尼龙1010闪络特性的实验结果,提出同轴结构高功率脉冲功率装置绝缘结构优化概念,并且给出依据闪络距离与内电极直径变化闪络电压的经验公式.