大电流放电条件下气体火花开关电性能研究

针对钼、钨铜合金和钨3种主电极材料的气体火花开关,进行大电流放电实验,研究气体火花开关电性能随放电次数的变化规律。结果表明,随放电次数增多,气体火花开关的击穿电压呈现逐渐下降趋势,下限工作电压逐渐升高;实验后开关电极表面形成了大量裂纹、烧蚀坑和突起等烧蚀特征。对比3种开关可知,在多次放电过程中钨开关的电性能较稳定,开关工作寿命最长;钼开关电性能参数波动较大,且开关在实验后期失效,开关寿命最短;钨铜合金开关的下限工作电压值偏高,且波动较大,击穿电压较稳定,开关寿命较长。因此可优先选用具有优异抗烧蚀性能的钨作为长寿命气体火花开关电极材料。     

大电流条件下气体火花开关电极烧蚀的研究进展

气体火花开关在各类脉冲功率装置中应用广泛,但放电产生的热等离子体将对电极材料产生烧蚀,烧蚀产物(金属蒸汽、液滴等)也会对开关绝缘造成污染,影响开关工作特性、缩短开关寿命,因而受到特别关注。在过去几十年间,国内外学者针对电极烧蚀机理及其影响因素开展了广泛研究,得到了常见电极材料在不同放电条件下的烧蚀特征;近年来,随着材料科学与诊断技术的进步,电极烧蚀研究集中在新型电极材料与烧蚀表征两方面。为此回顾了不同实验条件下电极烧蚀现象的相关研究,描述了电极烧蚀的基本特征,归纳了影响烧蚀的主要因素,介绍了电极与绝缘子表面烧蚀形貌的测试方法,介绍了电极烧蚀产物表征与分析的实验方法,论述了电极烧蚀对开关工作特性的影响规律。最后,分析并提出了电极烧蚀的一般评估方法,指出了电极烧蚀研究的热点问题和发展方向,对今后继续深入开展该领域的研究工作具有一定借鉴意义。     

一种大电流三电极气体火花开关的工作特性

根据强流电子加速器的需要,研制了一种大电流三电极气体火花开关。开关采用防污染设计,将开关电极与金属腔体一体化,并采用金属挡板对绝缘封盖进行防污保护,从最大程度上减小了开关工作时对绝缘支撑物的污染,提高了开关寿命,并且对开关工作特性进行了实验研究。研究结果表明:当开关工作气压为0.10、0.15、0.20和0.25MPa时,其可控工作电压范围分别为25%～94%、38%～86%、40%～88%和44%～88%,具有可控工作电压范围宽的优点;当开关工作气压为0.25MPa、工作电压为40kV、欠压比为88%时,开关时延为50ns,抖动为1.28ns且分散性<3%,该开关已成功用于强流电子加速器系统且运行稳定可靠。     

气体绝缘隔离开关开合母线转换电流试验的分析

隔离开关作为电力系统中的重要设备,其开合母线转换电流能力是该设备的重要选型参数。因此,隔离开关开合母线转换电流试验是必要的。文中结合相关标准,不仅对隔离开关开合母线转换电流的机理进行了论述,而且给出了在实验室进行该试验的试验原理;提出了GIS中气体绝缘隔离开关开合母线转换电流试验新的试验方法及试验回路。通过仿真分析及型式试验验证,该方法能够满足气体绝缘隔离开关开合母线转换电流试验的要求,试验参数符合标准GB 1985—2014及IEC 62271-102—2013的相关规定。     

气体火花开关电极材料的冲击电流侵蚀特性

气体火花开关是脉冲功率技术中常用的开关装置 ,其性能对整个脉冲功率装置有较大影响。本文利用扫描电子显微镜对七种金属系合金材料在冲击大电流侵蚀后的表面形貌进行了分析 ;研究了金属材料的组织、成分等因素对金属材料脉冲电流侵蚀性能的影响 ;并结合物质结构、热点爆炸等理论 ,提出了一种新的表征金属材料抗侵蚀性能的公式     

真空灭弧室开断大电流后的绝缘劣化

通过实验研究了三种不同触头材料的真空灭弧室在作大电流开断操作后冲击耐压水平的下降情况后发现,随着开断电流的增大,弧后冲击耐压水平逐渐降低.当开断电流接近真空灭弧室的极限开断电流时,冲击绝缘水平有较大幅度的下降;采用工频电压作用下的高压火花老炼处理,可以使尚未达到电寿命极限的真空灭弧室的冲击耐压水平基本得到恢复.     

用于气体绝缘开关的新型空心线圈电流互感器

新型空心线圈电流互感器具有无磁饱和及动态范围宽等优点，与传统的电流互感器相比有着明显的优势。文中介绍了一种可用于220kV气体绝缘开关(GIS)的新型空心线圈电流互感器，互感器以Rogowski线圈为传感头，以FPGA为核心构成数字变换器，采用数字积分技术还原被测电流波形。文中给出了空心线圈电流互感器的原理、结构及实验结果。温度及电磁兼容等试验表明，该互感器性能稳定，满足电子式电流互感器标准(IEC60044—8)精度(0．2级)要求。     

SF6气体绝缘电流互感器绝缘试验实例分析

1引言近年来,SF6气体绝缘互感器优越性逐渐被电力部门所认可,国内的制造技术已较为成熟。从试验得知,SF6气体的绝缘性能高于油纸绝缘,且气体绝缘互感器的制造工艺过程相对简便,但有关零部件的加工与装配状况对产品绝缘性能的影响很大。本文就笔者在研制开发110kV、220kV气体绝缘电流互感器过程中因产品零部件的制造及装置偏差对绝缘产生的影响进行了分析。     

气体火花开关高温气体冷却的三维模拟

高温气体的冷却是影响气体火花开关重复运行的主要因素。为解决高温气体冷却研究采用一维或二维模型且不考虑气体导热系数、定压比热、粘性系数随温度变化的影响引起的计算不精确,三维数值模拟及理论分析了气体开关导通后开关通道内的高温气体冷却。结果表明,气体导热系数越大、定压比热越小、粘性系数越小、气体冷却速度越快;用得出的上述参数随温度变化的拟合公式对氮气、氢气气体开关中高温气体冷却三维模拟证明了氢气的冷却速度明显好于氮气。     

气体火花开关电极的烧蚀研究

为分析气体火花开关的电极烧蚀问题 ,首先用尼康ECLIPSEME6 0 0P型显微镜实验研究了开关放电后电极表面的微观形貌和侵蚀特征 ,结果表明电极烧蚀的典型图象大致有 3种 :弧坑、突起、裂纹 ;电极烧蚀机理的定性分析表明电极表面烧蚀的图象可用热爆炸力、磁流体动力、热应力等学说解释     

多级多通道低电感火花气体开关

简述了几种多级多通道低电感火花气体开关 ,分析了该类气体开关的设计原则 ,提出了一种中间电极采用不锈钢弹簧、触发电极位于主放电通道之外的同轴状气体开关的设计思想 ,初步试验表明 ,设计可行 ,开关电感较小。     

气体火花开关电极的溅射特性

电极烧蚀和颗粒溅射是影响气体火花开关绝缘性能和工作可靠性的主要因素之一,为进一步研究其电极烧蚀及颗粒溅射特性。利用充气式真空动态平台开展不同材料(Mo、WCu)电极间的大电流放电实验并利用扫描电镜进行分析。结果表明:无论作为阳极还是阴极,WCu在前500次放电过程中都比Mo更早出现烧蚀痕迹,甚至首次放电即产生4μm溅射颗粒;50次放电后,阴阳极间开始出现相互颗粒溅射,且分布范围随放电次数增加逐步扩大到距阴极孔边缘1 mm左右的区域。这表明采用电极烧蚀率作为衡量材料的耐烧蚀性能的单一指标是存在缺陷的,其无法排除电极间溅射颗粒质量的影响,而溅射颗粒由于其分布广、易脱落等特点成为影响开关绝缘性能的关键因素。     

气体火花开关电极烧蚀形貌研究

开展了不同放电条件下气体火花开关单次放电实验,研究发现表面电极材料喷溅程度随着峰值电流和传递电荷量增大而逐渐变大,电极表面形成的烧蚀坑熔融化越明显,凹坑直径越大。分别采用钼和钨作为开关电极材料,研究多次放电过程中气体火花开关电极烧蚀形貌的变化规律和电极烧蚀率。结果表明,Mo和W开关的电极烧蚀率分别为9.0×10-6g·C-1和5.0×10-6g·C-1。在放电过程中,烧蚀区域由电极中心扩宽至边缘,表面粗糙度逐渐增大,中心区烧蚀严重。Mo电极表面呈现大量宽裂纹以及少量粒径达30μm的突起颗粒;W电极表面形成的凹坑较小,裂纹较窄,突起颗粒较小。对比两种开关电极,Mo开关电极烧蚀率较大(9.0×10-6g·C-1),烧蚀较严重,表面呈明显熔融态;而W开关电极烧蚀率较小(5.0×10-6g·C-1),表面整体较平整。因此在长寿命应用等场合,可优先选用W作为电极材料,以减少电极烧蚀程度。     

安全可靠的气体绝缘开关设计

发配电系统的可靠性和安全性由以下３个因素决定：①相关系统的质量;②系统对内部和外部故障的敏感度;③系统的检修频度和时间。本文讨论了发配电系统中高压气体绝缘开关（ＨＶＧＩＳ）的安全性和可靠性的要求,以及相应的设计原则,并用以检验ＥＬＩＮＨｏｌｅｃ高压Ｌ－ＳＥＰ气体绝缘开关的设计方法。     

气体绝缘开关柜用绝缘子沿面绝缘特性研究

为了解决气体绝缘开关柜中绝缘子出现的沿面闪络问题,建立了绝缘子三维电场仿真分析模型,利用Ansys计算了不同伞裙间距结构下绝缘子的电场分布,并研究了绝缘子内部微间隙对绝缘子表面及伞裙电场的影响。结果表明:绝缘子伞裙之间间距和伞裙长度之比应大于1:3,伞裙之间间距太小,易造成伞裙间气体电场畸变。绝缘子伞裙附件处的间隙会造成间隙内部及相邻伞裙沿面气体电场畸变,且间隙越大,电场畸变越严重,但对不相邻伞裙的电场没有明显影响,研究结果为带伞裙的绝缘子优化设计提供参考。     

36kV气体绝缘负荷开关绝缘设计优化

正结构小型化与高压绝缘水平的提高是高压开关设计中的重要组成部分,以36kV SF_6负荷开关的绝缘设计为例,采用有限元分析软件对开关气室内部触头和灭弧栅等进行了设计优化,产品通过了IEC标准中36kV开关的绝缘水平测试。随着经济的发展,开关站对减小占地面积及对开关的可靠性要求越来越高,对金属封闭开关设备结构小型化要求日益明显。同时随着智能电网的发展,一二次融合,对封闭金属开关的绝缘设计提出了更高的要求,因此实现结构小型化和高压绝缘水平的提高是高压电器设计中的重要组成部分。     

直流气体绝缘开关装置绝缘设计的探讨

根据目前国际上关于直流气体绝缘开关装置的研究动态,对直流气体绝缘开关装置绝缘结构的设计进行探讨.认为对自由金属微粒和表面电荷积聚的抑制是直流气体绝缘开关装置绝缘设计的重点.对日本±500 kV直流气体绝缘开关装置在抑制金属微粒方面的研究结果进行介绍.同时对绝缘子表面电荷积聚问题及其抑制方法进行讨论.