直流电压下绝缘子附近球形导电微粒运动特性

为降低绝缘子附近的自由导电微粒对绝缘的危害,实验研究了球形导电微粒在不均匀电场中聚四氟乙烯(PTFE)绝缘子附近的运动特性,结果表明:绝缘子附近电场分布决定了微粒运动的特性。根据微粒初始位置的不同可以分为三种情况:微粒水平移动而后浮起;微粒直接浮起;微粒水平运动直至附着于绝缘子表面。不同外形绝缘子附近微粒运动特性不同,且绝缘子对微粒运动的影响范围也与绝缘子外形相关。     

交流电压下绝缘子附近导电微粒运动特性

在施加交流电压条件下,对楔形布置的电极间聚四氟乙烯(PTFE)绝缘子附近自由导电微粒运动进行了实验观察.通过对微粒运动过程进行摄像和记录微粒起始运动电压,讨论球形导电微粒和线形导电微粒的运动特性.对不同外形绝缘子附近导电微粒运动规律进行了分析,认为绝缘子的存在能够降低微粒运动起始电压,并且能够吸引部分球形导电微粒沿电极表面滚动到达绝缘子表面;当绝缘子表面与接地电极夹角为锐角时绝缘子附近的微粒运动起始电压会显著降低.对绝缘子存在情况下的楔形电极间电场进行计算,并对微粒运动规律做出了合理的解释.     

GIS中不均匀直流电场下球状自由导电微粒运动分析

针对气体绝缘系统(GIS)中自由导电微粒无害化的问题,研究导电微粒在GIS中不均匀电场作用下的运动规律,建立球状自由导电微粒在楔形不均匀电极系统中的受力模型,采用Runge-Kutta方法对微粒运动方程进行求解,并对球状自由导电微粒在不均匀直流电场中的运动轨迹进行仿真,同时考虑电压波动和电极表面粗糙等随机因素对微粒运动轨迹的影响。另外,研究了自由导电微粒的运动轨迹与施加电压、微粒初始位置、微粒和电极材料的性质及电极表面状况的关系。研究结果表明:在一定的电场条件下,微粒运动会处于一种谐振状态,而施加电压的幅值、波形以及电极表面的反射系数对微粒运动轨迹有显著影响     

直流电压下SF_6气体的沿面局部放电特性

以SF_6气体为绝缘介质的直流气体绝缘输电线路(gas insulated transmission lines,GIL)内部存在沿面缺陷,而局部放电信号蕴含了丰富的绝缘信息,因此针对直流电压下SF_6气体沿面局部放电特性研究具有重要意义。为此以沿面模型作为试验模型,搭建直流高压试验平台,利用脉冲电流法对直流电场下SF_6气体沿面放电过程中放电信号进行了统计,分析并提取沿面放电统计特征图谱的多个典型特征参数,研究局部放电起始特性与放电发展特性。研究表明:压强在0.1～0.6 MPa范围内,起始放电电压(partial discharge inception voltage,PDIV)具有极性效应,负极性PDIV更低,PDIV随着气压的增大而提高,PDIV对气压的敏感度随气压的升高而降低,放电稳定性随着气压的升高先降低后提高;当压强相同时,随着外施电压的提高,促进沿面放电发展,平均放电量和最大放电量不断增大,放电重复频率先升高后降低。根据放电特性的不同,将沿面放电过程分为4个阶段:初始电子主导放电阶段、电子崩主导放电阶段、流注发展阶段和临界击穿阶段;当外施场强一定时,提高压强会明显地抑制沿面放电发展,且抑制效果随着压强的提高而略有减弱。     

直流电压下SF_6气体中电极覆膜对金属微粒启举的影响机理

为研究直流电场下SF_6气体中低压电极覆膜对金属微粒启举的影响机理,搭建了实验平台并使用高速摄像机记录运动轨迹。实验结果表明,随着SF_6气体压力的增大,微粒启举场强升高,且启举后到达高压电极的时间缩短。基于图像处理获得了微粒的瞬时位移,结合运动力学方程和最小二乘法提出了启举时电荷量的计算方法,微粒电荷量的计算分析表明启举时的电荷量减小。建立了覆膜后金属微粒周围电场分布的理论模型,电场分析表明金属微粒与薄膜间的电场明显增大及表面电荷密度分布的改变,使得金属微粒受到向下的极化作用力。研究认为:电荷量减小和极化作用力向下综合导致金属微粒的启举场强提高;覆膜后局部放电是金属微粒的带电机理;SF_6气体压力增大使得金属微粒发生局部放电的起始场强升高,导致极化作用力增大,需要更高场强发生启举。     

GIL内金属微粒在直流电压下的运动特性分析

气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission line,GIL)以其输送容量大、占地面积小、传输损耗小等优点,在许多场合是替代电缆和架空线路的首选方案。但GIL内部的金属微粒会在电场的影响下发生起跳和运动,严重威胁了GIL的绝缘性能。为更好地捕获金属微粒,掌握GIL内金属微粒的受力和运动特性是十分有必要的。本文首先忽略了盆式绝缘子对GIL轴向场强的影响,分析了金属微粒在同轴圆柱间的受力和运动特性,使用金属微粒谐振频率表征金属微粒在直流电压下的活跃度,并分析了电压和微粒半径对金属微粒谐振频率的影响规律。然后考虑了盆式绝缘子对GIL轴向场强的影响,得到了金属微粒的几种典型的运动轨迹。最后给出了对于金属微粒陷阱布置的建议,认为在盆式绝缘子凸面侧下方布置金属微粒陷阱是必要的。     

直流电压下气体绝缘输电线路中微粒运动特性研究及微粒陷阱效能分析

气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)中设置微粒陷阱是最常用的微粒抑制措施,由于其真型试验需投入较高成本验证设计能效,目前多采用仿真技术手段进行辅助分析。该文针对直流电压下微粒陷阱结构设计,考虑微粒的受力及电荷变化机制,基于有限元法提出一种可以应用于实际结构中的球形微粒带电运动的仿真方法。建立320kV直流GIL管母线部分模型,在模型中分别设置四种不同类型的微粒陷阱,计算并分析不同陷阱的捕获率及其对微粒运动特性的影响。结果表明,该方法能够有效模拟直流电压下的微粒运动特性,上提式微粒陷阱的捕获能效优异,能够有效阻挡动能较大的入陷微粒,降低其逃逸的概率。该文仿真计算方法和研究结果适用于不同结构气体绝缘输电线路中不同类型微粒陷阱的捕获率分析,对开展工程上气体绝缘输电线路中微粒陷阱的选型及布置具有指导意义。     

直流电压下SF_6气体中电极覆膜后金属微粒启举场强的计算分析

电极覆膜是直流GIL中提高金属微粒启举场强的一种重要措施,研究覆膜后启举场强的计算能够为实际GIL覆膜选择提供理论支撑。Parekh启举场强计算模型未考虑薄膜相对介电常数、微粒与薄膜间发生局部放电时电子崩头部空间电荷的影响,且微粒受到的电场力计算公式与实际不符,对此进行了改进。基于改进模型获得了不同SF_6气体压力、薄膜材质及厚度组合下的计算结果,并开展实验验证了改进模型的准确性。考虑薄膜相对介电常数后微粒与薄膜间发生局部放电的场强降低,考虑空间电荷后微粒带电量会明显增加,从而提高了启举场强计算的精确度;此外,新的电场力计算公式更能揭示覆膜影响微粒受力的物理本质。分析表明:微粒带电量减少和受到向下的电场力是电极覆膜提高启举场强的两个原因。     

直流GIL中自由线形金属微粒的运动与放电特性

针对直流GIL中较常见且具有严重影响的自由线形金属微粒,搭建了贴合实际工况的封闭式同轴圆柱电极平台,同时使用高速相机和局放监测手段观测线形金属微粒的运动、局放与击穿行为。定量获得了微粒长度对站立与跳跃两种不同运动模式发生概率的影响;拍摄了站立线形微粒引起的电晕图像,同时监测、提取并统计微粒引起的局部放电情况;记录金属微粒引起的击穿图像,并基于流注理论分析了自由线形金属微粒引起的气隙击穿特性。研究表明:线形微粒的起动场强与微粒的长度基本无关,而与微粒的半径开方成正比,微粒越短,起动后越易达到跳跃运动状态,而微粒越长,越易保持站立状态;微粒引起的局部放电随着微粒长度的增大而更加剧烈;对于跳跃的自由线形微粒,其引起的微放电击穿间距随着微粒长度的增加而增加,击穿电压随着微粒长度的增加而降低。     

直流电压下SF_6中环氧复合绝缘的表面电荷积聚与衰减特性

为了研究直流电压下聚合物绝缘材料表面电荷的积聚和衰减特性,选择环氧复合绝缘材料为实验试品,采用对称平面压接电极,施加不同幅值的直流电压,利用静电探头测量了大气压SF_6气体中不同充电时间下绝缘材料的表面电位分布。实验结果表明:在直流电压作用下,环氧复合绝缘表面会发生同极性电荷积聚,电极中心线上表面电位呈钟形分布,表面电位的峰值和半峰值宽度随电压幅值增加不断增加。在相同幅值电压下,低幅值时(10 kV),正极性下表面电荷密度较负极性下高;高幅值时(10 kV),负极性下表面电荷密度较正极性下高。随充电时间增加,电极中心线表面电位仍然呈钟形分布,和外施电压同极性的表面电荷密度较高且分布较为集中。表面电位的衰减分为两个阶段,符合双指数函数规律,初期衰减快,后期衰减慢,正电荷衰减速度大于负电荷,电压幅值越高,起始电位衰减越快,衰减完全所需要的时间越长。结合实验结果,分析认为表面电荷主要通过表面电导衰减。     

直流电压下SF_6/N_2混合气体沿面局部放电特性

基于SF6的温室效应,以SF6/N2混合气体为绝缘介质在直流气体绝缘线路(GIL)中的应用受到广泛关注,而沿面缺陷是GIL常见缺陷之一,因此针对直流电压下SF6/N2混合气体沿面局部放电特性研究具有重要意义。该文利用脉冲电流法对放电信号进行提取,研究混合气体沿面局部起始放电特性和放电发展阶段的统计特征。研究表明:压强在0.1～0.8MPa范围内,起始放电电压(PDIV)随压强的增大而增大,最大放电量随压强的提高而下降,混合气体的协同效应随压强的增大更加明显;PDIV随SF6气体含量的增大而增大,PDIV的增速对SF6气体含量的敏感度下降,混合气体的协同效应随SF6气体含量的提高而降低。外施电场在PDIV～40kV范围内时,平均放电量在低压强区随外施电场的提高而增大;在高压强区随外施电场的提高基本保持不变,高压强区50%SF6混合气体的放电重复率高于低压强区,且随着放电发展有明显的抑制作用。沿面放电具有极性效应,负极性PDIV小于正极性PDIV。     

同轴场中SF_6及SF_6/N_2混合气体交流击穿特性及导电微粒的影响

本文介绍了在φ80/230同轴电场中SF_6和SF_6/N_2的绝缘特性,导电微粒杂质的运动特性和它对SF_6、SF_6/N_2混合气体击穿特性的影响;还介绍了气压和微粒尺寸、形状、材质对这些特性的影响,指出SF_6/N_2代替SF_6在工程上应用以含50～60%的SF_6为宜。     

不同类型自由金属微粒对SF_6绝缘特性的影响

SF_6是气体绝缘设备的最主要绝缘介质,自由金属微粒缺陷极易诱发其发生绝缘故障,不同金属元素微粒对SF_6绝缘性能的影响研究上存在空白,导致设备关键区域金属材料的选择以及微粒类型的识别等方面研究缺乏理论和实验支撑。为此,该文首次结合实验结果、机理分析和仿真计算对不同类型自由金属微粒对SF_6绝缘特性的影响进行了研究。结果表明:自由金属微粒会导致SF_6击穿电压出现明显的下降。随着微粒数的增多,击穿电压的下降程度降低;电极间距越小,自由金属微粒对气隙的影响就越大;相同微粒数下,铜和铝微粒对SF_6绝缘性能的影响相近且明显大于铁微粒。相关结论对SF_6绝缘设备内部不同自由金属微粒诱发绝缘故障的成因以及对金属微粒类型和数目的检测均具有指导作用。     

正负直流电压下SF_(6)电晕脉冲特性对比研究北大核心CSCD

为了研究直流电压下SF_(6)气体电晕脉冲特性,探明不同极性对脉冲阶段发展的影响,通过搭建针—板模型电晕脉冲平台进行了SF_(6)电晕放电实验。对常温常压下SF_(6)典型电晕脉冲波形进行了分析,对比了正负极性下脉冲特征参数的变化,同时研究了不同针—板间距下SF_(6)电晕脉冲阶段的变化过程,并对0.3 MPa气压下的脉冲阶段发展进行了验证。实验结果表明:正负极性下SF_(6)电晕脉冲特征参数基本相同,大致表现为上升时间3~4 ns,下降时间13~15 ns,脉冲宽度20~25 ns;正极性电晕脉冲阶段主要分为初始脉冲阶段、流注脉冲阶段、刷状脉冲阶段等3个主要过程;负极性电晕脉冲阶段主要分为流注脉冲增加阶段、流注脉冲减小阶段、刷状脉冲阶段等3个主要过程;随着针—板间距的增加,电晕脉冲阶段电流范围增加,且正极性中的刷状脉冲阶段和负极性中的流注脉冲减少阶段电流范围增加显著。     

导电微粒对SF_6中支撑绝缘子冲击闪络性能的影响

本文介绍了光滑和波纹状盘式支撑绝缘子表面有固定导电微粒时对冲击闪络的影响,比较了微粒的长度、位置、方向以及坐向的影响。研究不仅找到了对导电微粒敏感的区域,也证实了电场切线分量对闪络的重要作用。     

直流电压下GIS内金属微粒的局部放电特性研究

为了研究直流电压下气体绝缘金覆封闭开关设备GIS内金属微粒缺陷的局部放电特性,用直流发生器和一套局部放电检测系统搭建试验平台。试验数据分析表明：金属微粒在正极性电压下更容易起跳;依据电荷量示意图,跳动微粒的波形振荡剧烈,局部放电量大。     

存在固定导电微粒时SF_6中绝缘界面在陡波下的闪络特性

研究了SF_6气体中绝缘子表面具有固定金属导电微粒时,在不同短波头冲击电压作用下的闪络特性,同时研究了电晕起始电压和SF_6气压对闪络电压的影响。研究表明,极不均匀场中SF_6绝缘固体介质表面在陡波作用下的闪络特性不同于气体间隙,其原因可能是位移电流的作用。     

直流SF_6装置中支撑绝缘子冲击闪络特性的研究——导电微粒的影响

作者所进行的研究表明,绝缘子表面存在导电微粒时,其对冲击闪络水平的影响不仅与微拉所在位置、方向等直接有关,而且具有不同的放电特性。场强分析还证明了场强切线分量对沿面闪络发展的重要性。存在导电微粒时,由先期施加直流高压产生的静电积聚对支撑绝缘子冲击闪络水平的影响也有类似的极性效应。研究还证明,波纹状表面盘形绝缘子在导电微粒作用下,其电气性能仍然优于光滑表面绝缘子。文章在进行试验研究的基础上,提出了设计用于直流输电SF_6支撑绝缘子的原则性意见。