高功率二极管真空绝缘结构设计与实验

介绍了二极管真空绝缘中真空沿面闪络理论、绝缘结构设计要点以及沿面闪络域值估算方法,提出二极管结构优化设计的思路和方法,通过数值计算对一种高功率二极管真空绝缘设计进行了优化,一方面降低了三相点的电场强度和绝缘体沿面电场强度,另一方面提高了绝缘体表面的沿面击穿场强,从而大大改善了二极管绝缘体的绝缘性能,延长其使用寿命。实验结果表明优化后的二极管绝缘结构满足设计指标,在正常工作电压下未发生击穿现象。     

优化绝缘结构提高有机材料真空沿面闪络特性的研究

从绝缘结构优化考虑提出了一种新的B/MB3层有机绝缘结构,通过控制B层介电常数来提高绝缘子的真空沿面闪络性能.以聚乙烯为研究对象,制备了B/A/B 3层有机绝缘结构,即聚乙烯基复合材料(炭黑半导电母料和聚乙烯)/聚乙烯/聚乙烯基复合材料的绝缘结构.通过实验发现,当B层介电常数在一定范围内变化,聚乙烯的真空沿面闪络性能得到了显著提高.同时采用数值仿真方法模拟了这种3层结构的电场分布,仿真结果表明这种结构通过改变B层介电常数调控绝缘子的电场分布可以有效地减小电极/绝缘予/真空3结合点处的电场强度,从而抑制了真空沿面闪络的发生.     

真空中典型沿面绝缘结构的电场分析

在高电压作用下,由复合绝缘介质构成的沿面绝缘结构的耐电强度远低于其绝缘材料自身的击穿场强,这一现象与其电场的分布特点密切相关。笔者针对真空中平行平板、平面和棒-板电极系统等多种典型沿面绝缘结构的电场分布进行了仿真计算,探讨了电极-介质结合处的间隙、圆台形绝缘子的圆锥角角度、平面电极的高度以及绝缘子介电常数等因素对电场分布的影响。仿真结果表明,接触间隙的存在导致局部电场的加强和电场方向的变化,间隙宽度越大、高度越小,间隙处电场畸变越大;圆锥角越大,绝缘子的介电常数越大,场强畸变也越大。该分析结果有利于真空中沿面绝缘结构的设计。     

冲击电压下真空中固体沿面闪络的试验研究

在分析真空中沿面闪络放电机理的基础上,综述了真空中绝缘子表面闪络的各种主要影响因素。选用尼龙材料在真空条件下施加冲击电压,采用平面平行电极,开展沿面闪络试验。试验结果表明,当气压在3×10－3 Pa到9.4×10－2 Pa范围内时,绝缘材料闪络电压在8~12 kV波动;气压在2×10－1 Pa变化到4.5×10－1 Pa时,绝缘材料闪络电压骤降。由此可见,在3×10－3Pa到4.5×10－1 Pa范围内,随着气压的变化,闪络电压先有一个小的波动,后下降再上升的变化趋势。该结果为相关的研究工作提供了试验数据。     

基于陶瓷-金属焊接的强流二极管绝缘结构设计

应用氧化铝陶瓷作为强流二极管中的绝缘体,实现金属化连接,是器件保真空的基础。为了提高强流二极管陶瓷界面的耐压强度,应用ANSYS有限元程序计算了陶瓷真空界面的电场分布,并根据沿面闪络理论和径向绝缘设计思想,结合具体封接工艺,提出了一种适合小尺寸陶瓷板的套封结构。数值模拟显示,该结构在400kV外加电压下,陶瓷沿面最大场强≤70kV/cm,阴极三结合点场强<30kV/cm;在水介质单线长脉冲加速器上对二极管进行了耐压测试,所设计的绝缘结构能够稳定耐受420kV、200ns脉冲电压,与理论计算比较相符。     

真空中绝缘子的沿面闪络现象

阐述了影响真空中绝缘子沿面闪络的主要因素及其规律;介绍了有关真空中绝缘子沿面闪络机理的研究现状、主要假说及今后的研究方向和趋势。     

架空输电线路防鸟粪闪络绝缘护套的配置方案研究

通过研究空气间隙长度分别为0、5、10、15 cm时,护套的耐受电压与护套厚度的关系,以及护套表面状态为干燥、潮湿、污秽时,护套长度对沿面放电发展的影响。结果表明：绝缘护套-空气组合间隙的击穿电压随间隙长度和厚度的增大呈非线性增大,且间隙长度和厚度越大,击穿电压增加速度越大。绝缘护套的沿面闪络电场强度在污秽状态下会显著降低,该状态下护套表面平均闪络电场强度为1.2 kV/cm。基于上述研究得到了防鸟粪闪络绝缘护套的配置方法,即由线路电压等级确定护套的厚度,由极限沿面闪络距离确定包覆长度,并得出110 kV输电线路中,厚度和长度的推荐值分别为6 mm和60 cm;220 kV输电线路中,厚度和长度的推荐值分别为8 mm和110 cm。     

氟硅烷修饰的纳米复合光固化涂层提升绝缘真空闪络特性

表面氟化被认为是提高绝缘真空沿面闪络电压的有效措施之一,然而由于材料表面形貌和元素的影响难以解耦,两者各自作用机制及抑制效果尚不清楚。为此通过在绝缘表面涂敷光固化涂层,利用涂层中氧化铝纳米片的排列堆积,构建不同粗糙度的表面形貌。进一步通过无机填料的表面氟硅烷修饰,利用固化过程的表面偏析现象在涂层表面引入氟代烃长链作为氟化层。通过闪络电压及表面电荷特性分析等表征手段,探究了表面形貌及元素组成对于介质表面耐电特性的影响。结果表明:氧化铝纳米片的排列堆积可改变表面形貌,增大粗糙度。颗粒表面偶联的氟碳链可在固化过程偏析,形成氟化层;在冲击电压作用下,粗糙的表面形貌是表面电荷积聚减少、闪络电压提高的主导因素;在高粗糙度条件下,氟化层的存在可以吸附更多能量较低的内二次电子,降低二次电子发射系数,进一步提高闪络电压。综合分析形貌及氟化层的影响后,提出了考虑体外真空侧二次电子倍增过程与体内电子输运的理论模型,该模型与表面电荷积聚特性具有良好的一致性。     

高温对配电线路带电作业用绝缘毯沿面闪络特性的影响

带电作业是提高配电网可靠性和提升服务质量的重要技术手段,绝缘毯是带电作业中保护作业人员安全的主要遮蔽用具之一.为研究高温对绝缘毯绝缘性能的影响,选择橡胶和树脂绝缘毯为研究对象,开展了不同温度和闪络间距下的沿面闪络特性试验.试验结果表明:随着温度的升高,橡胶和树脂绝缘毯的泄漏电流峰值均有所增大,且在40～80℃时增长幅度更大;当闪络间距为3～5cm、温度为20和80℃时,树脂绝缘毯的绝缘性能更优,其闪络场强分别为7.02、6.33kV/cm;橡胶和树脂绝缘毯的沿面闪络电压均随温度的升高呈线性规律下降,但由于树脂绝缘毯在60～80℃时发生了明显热变形,导致其在高温下的绝缘性能明显下降.因此,在实际带电作业中,应优选树脂绝缘毯,但需关注其高温下的热熔情况,防止其绝缘性能下降较大,危及作业人员安全.     

水分在环氧浸纸材料中的迁移特性及其对沿面绝缘特性的影响EI北大核心CSCD

目前,国内高压直流工程中的穿墙套管和换流变压器套管多采用环氧浸纸干式套管,环氧浸纸材料具有一定的吸水性,故亟需研究环氧浸纸材料受潮过程中的水分迁移规律以及受潮前后的直流沿面绝缘性能。该文通过交直流沿面闪络测试,获取表面涂漆与未涂漆的环氧浸纸试样受潮前后的沿面绝缘强度,通过微水含量测量分析环氧浸纸的水分迁移特性。结果表明:受潮前后涂漆试样交直流沿面闪络场强较无漆试样均至少提高2.9%;相对于无漆试样,涂漆后环氧浸纸材料吸水速率降低22.1%;由于聚酰胺的吸水性导致表面层湿度同样较高,较长时间受潮后涂漆试样沿面绝缘性能依旧明显下降。结果可为环氧浸纸芯体防潮及提升其沿面绝缘性能提供理论支撑。     

330kV全绝缘电力变压器的开发设计

采用量化设计方法、应用新型材料、成熟的工艺技术和多种有限元仿真分析手段,设计制造三相330k V全绝缘电力变压器。     

交流特高压线路冰闪故障分析及绝缘配置建议

覆冰闪络是造成重覆冰区输电线路跳闸故障的重要原因.在我国海拔比较高的地区,尤其是在水系流域发达、地形复杂的山区,冰闪事故发生率相对较高.该文根据已建特高压交流试验示范工程输电线路的覆冰闪络情况及科研单位的相关试验数据,总结了特高压交流试验示范工程覆冰闪络特性和防冰闪的技术要点,并根据覆冰闪络试验提出覆冰绝缘配置原则,为重覆冰区绝缘配置提供参考数据,从而推进重冰区特高压交流线路杆塔设计水平,提高特高压电网安全运行的可靠性.     

用于传导EMI仿真的二极管高频模型的研究

阐述了一种能够仿真PIN二极管传导EMI的高频模型。该模型全面考虑了二极管的正向恢复、端区复合以及空间电荷区边界移动效应,并且利用Saber的MAST语言得以实现。仿真和实验结果的比较也证明了该模型的正确性和准确性。     

快速功率二极管正反向恢复特性仿真研究

在国内外电力电子领域对功率二极管模型研究成果的基础上,利用计算机仿真技术,从数学物理模型和电路模型两方面,对快速功率二极管的反向恢复特性进行了较深入的研究,获得了可正确描述正反向恢复过程的功率二极管仿真模型.该模型克服了标准二极管模型完全忽视正向恢复效应,对二极管反向恢复现象的模拟也会产生错误振荡的缺陷,因此具有较好的现实意义.     

冷绝高温超导电缆绝缘层设计研究

通过对冷绝缘高温超导电缆绝缘层的设计、评测及研制工艺过程分析,总结了绝缘失效的原因及研制工艺的缺陷,提出绝缘层研制工艺优化改进的措施及操作方法,可为冷绝缘高温超导电缆的研究提供一定的参考。     

绝缘介质表面流注发展特性的机理研究

绝缘介质表面流注的发展是沿面闪络中的重要的物理过程,研究绝缘介质表面流注的发展特性有助于揭示沿面闪络的机理,对输电线路及电力设备的绝缘设计有着重要的意义。在“三电极”结构中,利用光电倍增管测量不同绝缘介质表面流注传播概率和传播速度随平板间电场强度的变化规律：绝缘介质表面流注传播所需的稳定传播场强大于流注在空气间隙中稳定传播的场强;同时,在高场强下,绝缘介质表面流注拥有“沿面分量”和“空气分量”2个分量,而流注在空气间隙中传播时不存在“沿面分量”,只有“空气分量”。此外,不同绝缘介质表面流注稳定传播场强和传播速度存在差异：沿面流注的稳定传播场强与介质的介电常数成正比;流注的传播速度与介质的介电常数的关系不太明显,主要与介质表面电荷附着效应和光致电子发射效应有关。     

线路避雷器的绝缘配合

为用线路避雷器降低输电线路的雷击跳闸率,分析计算了110~500kV有、无间隙线路避雷器的u-t特性曲线,比较了其保护裕度差异,总结出其技术要求,在绝缘配合原则下提出了如何增加线路避雷器保护裕度的建议;同时统计出我国线路避雷器的使用实况,提出了线路避雷器的安装和维护建议。     

涂抹RTV的绝缘介质表面流注传播特性的研究

近年来RTV涂料广泛应用于输电线路绝缘子上,用来提高绝缘子在污秽状态下的绝缘能力。在长期的运行中,RTV涂层在表面局部放电的作用下将逐步丧失憎水性,绝缘能力也将下降。RTV涂层沿面局部放电将加速RTV涂层的老化,因此,有必要深入研究RTV涂层表面局部放电特性。介质表面局部放电的过程包含电晕放电、流注放电和电弧放电。流注放电是物理过程最复杂的,因此,本文将着重研究RTV涂层的表面流注放电特性。在"三电极"结构中,利用3个光电倍增管测量洁净和涂抹RTV涂料的绝缘介质流注传播特性。发现涂抹RTV涂料的尼龙介质表面流注稳定传播场强增加;相同电场强度下,流注传播速度降低。此外,不同厂家的RTV涂料在流注传播特性上存在差异,有些涂料不利于流注的发展,因此,将造成不同的涂料应用于输电线路时表面局部放电状况也会存在差异。