低气压下流注放电特性的研究

流注的产生和传播是空气间隙击穿中一个重要的物理过程,研究低气压下流注的产生和传播过程有助于理解空气间隙的击穿放电,对高海拔地区输电线路及输变电设备的设计和运行有着重要的意义。在可调节气压湿度的有机玻璃罐中,利用“三电极”结构,应用光电倍增管测量了不同气压湿度下,流注传播概率和平均传播速度随平板间电场强度的变化。通过数据拟合得到了流注稳态传播电场和相对空气密度以及湿度之间的经验公式。建立流体模型,对流注传播的动力学特性进行了仿真计算,得到的流注稳态传播电场及平均传播速度和实验测量得到的结果吻合得很好。结果表明：流注的传播场强随湿度、气压的增大而增大;在相同的电场强度下,流注平均传播速度随湿度、气压的增大而减小。利用仿真计算模型计算得到流注传播过程中的各个参数,分析了流注传播动力学特性随气压湿度变化的机制。     

正极性雷电冲击电压下流注起始特性研究

流注是长空气间隙放电的主要过程,其起始特性具有重要的理论价值与广泛的工程应用。以往对直流电压作用下流注起始特性的研究较多,对冲击电压特别是电压上升率较大的雷电冲击电压下流注起始特性研究很少。采用基于光电集成技术的高压侧电流测量系统与空间电场测量系统,对1 m棒–板间隙在正极性雷电冲击电压下流注起始特性进行研究,提出了新的流注起始观测手段,获得不同半径棒电极、不同电压上升率下的流注起始电压与场强,拟合得到考虑电压变化率的流注起始场强判据,并验证了所提出判据的广泛适用性。另外,还对正极性雷电冲击电压作用下流注起始时延的变化规律进行研究,定量测量了流注的起始时延,为研究流注起始时延的概率分布奠定基础。     

正极性雷电冲击电压下流注起始时延特性

流注起始时延特性,体现冲击电压作用下流注起始的随机特性,是流注起始特性的重要组成部分.研究流注起始时延特性有助于揭示长空气间隙放电机制.基于实验数据,认为有效自由电子形成的统计时延是流注起始时延的主要部分;从有效自由电子形成过程出发,通过理论推导,引入概率密度函数描述流注起始时延;并用大量实验数据进行统计分析.结果表明流注起始时延服从瑞利分布;瑞利分布的均值即为起始时延的均值,其方差即为起始时延的分散性.瑞利分布的特征参数具有明显的物理含义,可以很好地解释流注起始时延的变化规律.在正极性雷电冲击电压作用下,电压变化率在80～240kV/μs、棒电极半径在0.5～2.5 cm范围内,瑞利分布的特征参数在0.6～2.5之间.     

温度梯度对直流电压极性反转过程中瞬态电场的影响

高压电缆运行中由于导体发热而引起绝缘由内到外形成温度梯度。直流电压下温度梯度的存在必然会影响电荷的注入和迁移、加剧了位于绝缘层外表面的电荷积聚和场强畸变,降低绝缘击穿强度,也造成了电缆在断电或电压极性反转时的早期破坏。为此,基于电声脉冲(PEA)法,测量了聚乙烯板状试样在不同温度梯度场、50kV/mm直流电场协同作用下加压和极性反转过程中的空间电荷分布和最大瞬态场强。结果表明:温度梯度场-直流电场协同作用下,最大稳态电场出现在试样低温侧;而温度梯度场-电压极性反转协同作用下,最大瞬态电场却出现在高温侧。     

低气压下的直流电弧特性

低气压下绝缘子污闪放电过程中局部电弧存在飘离绝缘子表面形成空气间隙电弧的现象。为研究低气压下沿面电弧和空气间隙电弧特性并确定二者的差异,利用三角形玻璃平板和铜球电极在人工气候室分别测试了低气压沿面直流电弧和空气间隙直流电弧特性。结果表明:随着气压降低,沿面直流电弧和空气间隙直流电弧的E-I特性明显下降;同等条件下,单位长度沿面直流电弧电压高于单位长度空气间隙直流电弧电压;泄漏电流为0·1~0·5A时,空气间隙直流电弧和沿面直流电弧的E-I特性均可按幂指数或线性表示;空气间隙直流电弧特性受气压的影响程度较沿面直流电弧特性大。研究结果为进一步揭示低气压下绝缘子串直流污闪放电机理打下了基础。     

直流电压的极性变换电路

本文主要介绍采用集成电路芯片将正电压变换为负电压的主要原理，并给出几种实用电路。     

极性反转时换流压器绝缘电场特性研究

本文基于界面空间电荷的观点，分析了极性反转时换流变压器绝缘电场的过渡过程和分布特征，并通过算例说明了多介质绝缘中极性反转电场的特殊性。     

绝缘纸特性和极性反转对油纸绝缘空间电荷效应的影响

油纸绝缘系统的空间电荷效应将畸变绝缘介质内部的电场,进一步影响其老化和击穿等电气特性。在直流电场、复合电场及极性反转等复杂工况下,换流变压器内绝缘系统的空间电荷效应将更为突出。基于双极性电荷输运模型,通过数值模拟方法探究绝缘材料厚度、老化状态和极性反转等关键因素对空间电荷效应的影响。研究表明,绝缘纸厚度的变化不改变空间电荷密度曲线中正/负电荷区的极性偏移特性,但厚度变小缩短或消除了零电荷区;绝缘纸老化程度的加深,其电荷陷阱及深陷阱数目均会增多,这一方面加强了空间电荷效应的极性偏移,另一方面使得正电荷区呈变小趋势,从而使绝缘纸内电场畸变加剧;极性反转工况下,绝缘纸中陷阱电荷的脱陷或复合均需一定的时间滞后,使得净空间电荷密度曲线的负/正电荷区呈现初值不对称和沿介质厚度方向分布均不对称的特征,致使绝缘纸内部电场畸变愈发严重。研究结果可以为换流变压器油纸绝缘设计与防护提供参考。     

低气压放电等离子体负伏—安特性的研究

本文根据放电理论分析了低气压放电正柱区出现负伏－安特性的原因与特性。 文章主要从三个方面进行了研究：①放电从电子扩散向双机性扩散转变；②在放电过 程中气体粒子被升温；③放电空间出现的逐级电离，并指明相应的放电状态，为放电 灯外电路镇流器的设计提供了理论依据。     

直流电场下聚合物空间电荷分布的极性效应

挤压型高压电缆用聚合物材料在直流电场作用下,空间电荷的分布具有极性效应。为了揭示引起极性效应的物理机制,该文引入双极电荷传输模型,考虑了双极性电荷的复合、俘获、脱陷等传输过程以及电极表面电荷的注入。通过参数化分析,辨别影响阴极和阳极空间电荷与电场非对称分布的主要物理参数。然后利用该模型仿真了均匀直流电场下聚丙烯空间电荷和电场分布,并与实验结果进行了比较。结果表明:聚丙烯空间电荷的非对称分布主要由迁移率和脱阱势垒决定,聚丙烯电场的非对称分布主要由迁移率和注入势垒决定,可为聚合物材料的调控提供理论依据。     

低气压下航空线缆的局部放电特性

为实现飞机电气化,电源电压等级不断升高,多电飞机电气系统中线缆绝缘发生局部放电（PD）的风险随之增加。该文通过设置线缆对接地金属板放电、线缆对线缆架放电和线缆与线缆间放电三种典型模型,全面探究了航空线缆在低气压以及典型工作频率下的局部放电特性。试验结果表明,三种放电模型的局部放电起始电压（PDIV）都随着气压的下降而降低,50kPa以上时线缆与线缆间放电模型的PDIV高出其他模型的2倍以上。电压频率的增大将显著增加模型的放电重复率,10kPa下的线缆对线缆架放电影响效果最为明显。相同工况下,不同放电模型局部放电相位分析（PRPD）谱图的相位宽度及“极性效应”强弱存在差异,这些特征有助于放电模型类型的识别,也将为航空线缆设计与故障诊断提供借鉴和参考。     

冲击电压下SF_6棒-板间隙放电极性效应的反转现象

电压等级较高的系统中,由特快速暂态过电压(VFTO)引起的气体绝缘组合电器设备(GIS)绝缘事故日益严重。为给GIS绝缘结构的优化设计提供参考,研制了陡前沿冲击实验装置,并利用其研究了SF6棒–板间隙在VFTO和雷电冲击(LI)作用下的绝缘特性。结果表明稍不均匀和极不均匀电场下,SF6间隙放电均存在极性效应。稍不均匀电场下,正极性VFTO与雷电冲击50%放电电压均高于负极性。极不均匀电场中,随着气压增加雷电冲击下SF6放电出现了极性反转现象:气压较低时,负极性雷电冲击放电电压高于正极性;当气压高于某临界气压时,正极性雷电冲击放电电压高于负极性。出现极性反转的临界气压值与间隙电场不均匀系数相关,随电场不均匀度增加而减小。极不均匀场中,VFTO作用下,负极性50%放电电压较正极性高,但在较低气压时,会出现负极性VFTO放电电压低于正极性的现象。分析表明,极性效应反转是由不同极性电压下SF6间隙中空间电荷迁移和扩散的差异而形成的。     

低气压覆冰条件下直流绝缘子的极性效应

在人工气候室内模拟不同气候条件,试验研究了 XZP- 160 瓷绝缘子、FC160P/C170DC玻璃绝缘子和 10kV直流合成绝缘子的放电过程及闪络特性。结果表明:瓷和玻璃绝缘子直流覆冰闪络的极性效应明显;而合成绝缘子的极性效应与覆冰状况有关。     

低气压氩气空心阴极放电自脉冲特性

为了进一步提高空心阴极放电的稳定性,揭示空心阴极放电自脉冲现象的形成机理,利用柱型空心阴极放电装置,在低气压氩气环境下研究了空心阴极放电的自脉冲现象。测量得到了放电的伏安特性曲线、放电发光图像、自脉冲电流和电压的时间演化特性,以及气压、电流、外部限流电阻等对自脉冲的影响。研究结果表明,自脉冲放电出现在空心阴极放电的负阻特性阶段,并具有稳定的频率(几kHz到几十kHz);自脉冲的形成时间<10μs,而衰减时间为几十μs,其频率随平均电流的增加而线性增大。此外,外部串联限流电阻对自脉冲产生范围有重要影响,随着外加电阻值的升高,能够产生自脉冲的上限平均电流升高,下限平均电流降低,但是不会对自脉冲产生机理产生影响。     

油纸绝缘直流极性反转试验及局部放电测量

对油纸绝缘缺陷模型在极性反转过程中局部放电特征图谱以及空间电荷特性进行了研究,实现了对油纸绝缘极性反转过程中局部放电信号和空间电荷的测量。     

低气压下长间隙交直流放电特性研究

为研究低气压下交、直流长间隙放电特性,利用自主研制的低气压放电腔体对0.5~60 kPa气压范围内200~600 mm棒-板间隙进行交流、正极性直流和负极性直流放电实验,得到不同电压形式下的击穿电压U与气压P的关系曲线,并对曲线特征及其产生原因进行分析。研究结果表明:交流、正极性直流以及负极性直流电压下的U-P曲线差异显著,在2~4 kPa范围内直流电压下的极性效应发生反转,随气压升高直流击穿电压幅值由U_(DC(-))U_(DC(+))变为U_(DC(+))U_(DC(-)),P≤2 kPa时负极性直流电压下板电极表面形成的电离层是造成极性效应反转的原因;由于特定气压范围内交流电压下击穿前重复发展的局部流注放电对空间电荷密度影响显著,U_(AC)-P曲线存在饱和区。研究结果可为低气压下长空气间隙放电特性研究提供参考。     

低气压下开关柜空气间隙工频放电特性

开关柜内裸露的导体之间易形成各种空气间隙,其工频放电特性对开关柜的绝缘性能有很大的影响。为得到开关柜内不同空气间隙类型在高海拔下的工频放电特性及其影响因素,以40.5 kV开关柜母线室存在的4种典型的空气间隙及棒-板间隙为研究对象,在人工气候实验室进行了海拔232~3000 m下的低气压工频放电特性试验。结果表明:开关柜内不同空气间隙类型的放电电压U明显不同,放电电压U随气压P下降的趋势也不同;在开关柜空气间隙海拔校正时,湿度h对间隙放电电压的影响较小,仅简单考虑气压是可行的;开关柜空气间隙的电场分布比棒-板间隙更不均匀,其放电电压U可能比棒-板间隙更低;此外,开关柜空气间隙在间隙距离d小于400 mm时放电电压U与距离d呈非线性关系。     

高空低气压电晕放电特性模拟试验研究

电晕放电对飞行器的运行安全造成严重威胁。为了解高空低气压环境下电晕放电特性,建立了由真空泵、真空计、密闭气罐、高压静电源、动态电位测试仪等组成的高空低气压电晕放电模拟试验系统。采用针–板电极结构模型进行了低气压环境下电晕放电模拟试验,并结合气体放电理论,从微观粒子运动角度对试验结果进行理论分析。结果表明:在5~30 k Pa范围内,随着气压的降低,起晕电压近似呈线性降低,Trichel脉冲幅值、上升沿时间以及重复频率逐渐增大,但脉冲持续时间基本不变,约为600 ns。该研究结论可为研究飞行器的电晕放电特性提供参考。     

交流与直流电压比例对油纸绝缘内部气隙放电特性影响分析

为实现换流变压器故障诊断,研究交流与直流电压比例对油纸绝缘放电特性的影响对换流变压器的故障诊断判据选取具有实际工程意义。因此该文搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘气隙缺陷局部放电测量平台,通过多次试验得到了局部放电特征与交直流复合比例的试验关系;另外建立了油纸绝缘气隙缺陷的物理模型,从理论上分析了比例与放电特征关系的仿真结果。试验测量和理论仿真结果相同:随着交流和直流叠加电压中直流成分的增大,脉冲重复率和放电量不断减小;交流时的放电起始电压低于交直流复合电压作用时的起始电压,而且直流比例越高,起始电压越高;随着交流中直流成分的增加,放电起始相位从交流正负半周过零点附近向负半周期峰值附近移动,换流变压器不同位置的绝缘问题应该采用不同的诊断依据。