220kV GIS中断路器关合空载变压器所产生VFTO辐射电场的测量与波形特征分析

为研究变电站中开关动作所产生瞬态辐射场的波形特征,利用变电站停电检修的机会对220k V GIS中三相断路器操作所产生的VFTO辐射电场进行了测量与分析。首先针对变电站内复杂的电磁环境,研制了一套宽频带、抗电磁干扰能力强且传输距离远的光纤电场测量系统;然后选取了数个具有代表意义的测点,对断路器闭合空载变压器时所产生的VFTO辐射电场进行了测量;取得测量结果后,分别从时域和频域进行了波形特征与分布规律的分析。经分析可知:断路器对空载变压器的闭合操作可以在变电站中产生VFTO辐射场,脉冲电场的幅值可达7k V/m,前沿可达5ns,前沿陡度可达1.2(k V/m)/ns,该辐射场对工作在GIS中的电子设备具有潜在的威胁,因此需要研究VFTO辐射场的波形特征。研究结果表明:VFTO辐射电场一般为间隔数ms的脉冲群,每个脉冲为振荡衰减波且具有多个特征频率,按照不同特征频率的波形成分衰减速度的不同,可以将脉冲在时域上分为三个时期。     

高精度时间间隔测量系统

在时间同步系统中时间间隔的测量是非常关键的部分,为了满足时间同步系统的需求,介绍了一种脉冲计数法和数字插入法相结合的时间间隔测量系统。该系统基于专用时间-数字转换芯片TDC-GP1、CPLD和单片机,能够实现纳秒级的时间间隔测量。设计中采用了两片专用时间-数字转换芯片,双芯片的设计使其测量精度可达到1ns。经过测试,系统的分辨率为125ps,精度为1ns,最大可测量1ns～999s的时间间隔。该系统具有体积小、精度高、使用灵活等优点,能够广泛的应用到不同的时间同步系统中。     

适用于PEA空间电荷测量系统的高压脉冲发生器设计

电声脉冲法(PEA)是一种目前较为流行的空间电荷分布测量技术,使用该法的一个前提条件是必须产生一个高压脉冲。阐述了电声脉冲法(PEA)测量电介质中空间电荷的原理,并分析了高压脉冲波形对测量信号的影响。在分析传统高压脉冲发生器的基础上,介绍了一台新型带相位检测的高压脉冲发生器,从而使PEA空间电荷测量系统能够适合交流电压下的电缆绝缘测试,该发生器能够形成50 ns、100 ns和200 ns的5 kV陡脉冲电压信号。     

特高压GIS变电站VFTO波形衰减仿真研究

为研究特高压GIS变电站VFTO计算中波形衰减程度与实测相差较大的原因,首先介绍了我国某特高压变电站VFTO实测波形的产生方式和波形特征;其次对VFTO波形的衰减因素,如弧道电阻、盆式绝缘子、GIS弯管和GIS套管的模型进行了分析。在可能产生的电磁泄漏或辐射等损耗的基础上改进了原有IEC推荐模型。最终建立了GIS变电站的整体仿真模型。通过对实测波形的等值转换,将仿真条件与实测波形进行统一后,获得不同模型下的仿真波形特征。结果表明考虑所研究的波形衰减因素后,仿真波形的衰减程度与实测更加吻合,验证了所提出模型的合理性。     

重频高压ns脉冲电源关断保护电路的设计及应用

由于重频ns脉冲电介质击穿试验中持续时间过长的大幅值短路电流会对设备造成损害,因此设计了一种用于高压ns脉冲电源的关断保护电路。试验时根据电流的变化来判断击穿的发生并作为触发信号,关断保护电路将示波器的触发反馈信号转换成脉冲控制信号来实现击穿后电源的自动关停。将所设计的电路用于重频ns脉冲PTFE击穿试验中,验证了电路的有效性。利用该关断保护电路和示波器组成的测量系统测量了重频高压ns脉冲条件下PTFE击穿的电压电流波形和重频耐受时间,测得重频耐受时间204ms。结果表明该测量系统误差为22μs,可以满足40kHz重复频率以下的ns脉冲固体击穿试验的要求。     

基于FPGA的多通道高分辨率时间数字转换系统设计

设计了一种FPGA实现的基于多相位时钟脉冲计数的多通道高分辨率时间数字转换系统。利用多时钟脉冲计数技术,实现数倍于计数时钟频率的计时分辨率,同时实现简便、资源占用少、利于大规模扩展通道数的高精度时间测量需求。尤其适用于阵列光电探测器的激光脉冲飞行时间测量系统。设计实现了64通道、计时分辨率1.25 ns的系统并进行了实验验证。结果表明此系统测量结果标准差优于1 ns,计时分辨率仍有进一步提高的潜力。     

基于PEA的测试信号处理的研究现状

国内外普遍采用电声脉冲法(PEA)来测量固体电介质中空间电荷的分布。但受固体介质的声学特性和系统频带响应的影响,所测信号的波形会产生畸变,一方面,信号幅值产生衰减,波形脉宽展宽;另一方面,信号产生过冲,严重影响对空间电荷形成机理及分布的判断。针对引起波形畸变的两个主要因素:介质的衰减和色散及测量系统的频带响应引起的非线性相位失真和损耗,综述了国内外关于不同固体电介质形状的空间电荷波形恢复的方法,对比了不同方法的恢复效果,并指出了基于PEA的波形恢复的发展方向和要求。     

不同脉冲电流下水中铜丝电爆炸特性的实验研究

开展了微秒尺度不同脉冲电流下水中金属铜丝电爆炸光辐射与冲击波特性研究。在相同的储能与放电模式下,使用不同上升速率的脉冲电流驱动相同规格的金属丝产生电爆炸,并测量放电过程中的负载电压、回路电流、光辐射强度、时间积分光谱与冲击波压力波形,据此计算了负载沉积能量并重建了冲击波波形。实验结果表明,电流上升速率对电爆炸过程存在显著影响,在500J系统储能、平均上升速率为66.1A/ns与7.7A/ns的脉冲电流作用下负载在电压峰值时刻的沉积能量分别为18.6eV/atom与10.3eV/atom,冲击波峰值压力分别为7.6MPa与7.0MPa。此外,光强–时间曲线表明光辐射峰值出现在放电中后期并持续几十微秒。总体而言,更快电流上升速率下的水中铜丝电爆炸将导致更多能量在电压峰值前沉积,伴随更强的光辐射,并产生具有更高压力峰值且衰减更快的冲击波。本研究对水中金属丝电爆炸伴随效应的研究及其工业应用具有一定参考意义。     

计及套管导体辐射损耗的VFTO计算方法

特高压交流试验基地特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)试验回路研究发现,计算得到的VFTO单次击穿波形的衰减时间超过了实测值,对于通过仿真计算提取VFTO标准波形的半波时间取值影响较大,需要开展损耗机制的研究。对于CIGRE推荐模型和现有文献中对套管处辐射损耗的考虑不足,首先分析了套管导体电流分布的行波模式,推导了辐射电阻和平均特征阻抗的计算公式,建立了计及辐射损耗的套管传输线模型;然后针对辐射电阻这一频变参数问题,提出了VFTO频域计算方法;最后对VFTO试验回路的计算发现,套管导体的辐射电阻在波形主频处远大于电弧电阻和GIS母线电阻,同时计算波形的衰减时间更接近实测波形,因此验证了所提出的计算方法的合理性。     

电晕电流及其辐射信号特性的研究

为得到电晕放电辐射场的时域和频域特征,采用针板结构首先对电晕电流及其辐射场进行了理论分析,然后在此基础上对电晕电流及其辐射信号进行了实验研究。实验表明,电晕电流脉冲波形具有明显的极性效应:①负极性下先发生电晕放电,但正极性放电发生时,脉冲幅值比负极性时大;②负电晕电流脉冲波形的上升时间小于正电晕电流。实验结构不同,电晕放电辐射场的特征不同:利用第①种实验结构得到的放电波形的上升时间为十几个ns,频率分布范围集中在20～100MHz;利用第②种实验结构得到的放电波形的上升时间为几个ns,频率在200～600MHz。该结论对于下一步研究空中带高压物体的电晕放电辐射信号特征具有参考价值。     

电磁脉冲模拟器用纳秒脉冲源的研制

随着电磁武器的发展,电磁脉冲及其防护技术再次成为关注的焦点。简要介绍了核电磁脉冲模拟器的标准电场波形和脉冲源的组成及其基本原理,论述了脉冲分压器的设计。分析显示,所研制的新型电阻分压器可以减少响应时间和上升时间3ns以上。实验结果表明,该分压器可以用于上升时间为1ns以上脉冲的测量。研制的脉冲源的输出脉冲满足设计要求,峰值电压高于26kV,上升时间小于2.8ns,下降时间约55ns。     

Pulsed electrical breakdown in liquid helium in the μs range

Information about breakdown time-lags under pulsed voltage stress is prerequisite to the insulation design of superconducting devices. Experiments have been carried out using a pulse generator which provides a step voltage with 200 ns rise time and a long decay time constant of more than 1 ms. The present experiments may bridge the information gap between time lag measurements in the ns range using extremely high field strengths, and existing data found with usual lightning impulse voltage. The test device is described in the paper, and some typical results are discussed in detail     

核电磁脉冲模拟器的分析和设计

从理论上分析了核电磁脉冲中的工作原理,仿真分析了峰化电容器、主开关和引线电感,阻尼电阻和主开关导通时间对输出脉冲前沿和脉宽的影响.实验最后利用峰化电容谐振充电、冷阴极撬棒管导通放电来研制出核电磁脉冲源.在实验工作空间获得前沿为10 ns、脉宽为200 ns、场强达到50kV/m的强电磁环境,适用于GJB151A-97中...     

直流电晕电流时域脉冲特性的统计分析

为了研究直流正负电晕电流时域脉冲的特性,基于实验室开发的高频电晕电流高压端测量系统,开展了不同条件下直流正负电晕的线板放电实验。基于大量实验数据,统计、对比了正、负极性电晕脉冲的幅值、上升时间、半波时间和重复频率等特征参数随导线电压及导线半径变化的规律。实验结果表明：导线电压对单个正、负脉冲波形的影响较小,主要影响脉冲的重复频率;负脉冲的上升时间平均值为20~30 ns,半波时间的平均值为90~110 ns;正脉冲的上升时间平均值为40~50 ns,半波时间的平均值为140~160 ns;随着导线电压的升高,正、负脉冲重复频率均迅速增大,但相同电压下,正脉冲的重复频率显著小于负脉冲的重复频率,负脉冲重复频率约为正脉冲的15~25倍。     

Influence of doping concentration on the power performance of diode-pumped continuous-wave Tm/sup 3+/:YAlO/sub 3/ lasers

We investigated the effect of thulium ion concentration on the continuous-wave (CW) power performance of diode single-end-pumped thulium-doped YAlO/sub 3/ (Tm:YAP) lasers. Three samples with 1.5%, 3%, and 4% Tm/sup 3+/ concentration were examined at 18/spl deg/C. Lifetime and fluorescence measurements were further performed to assess the strength of cross relaxation and nonradiative decay. Our results showed that in single-end-pumped configurations, the best CW power performance was obtained with the 1.5% Tm:YAP sample, and laser performance of the samples degraded monotonically with increasing Tm/sup 3+/ concentration. By using 9.5 W of incident pump power at 797 nm, a maximum of 1430 mW of output power was obtained with the 1.5% Tm:YAP sample and 2% output coupler. We discuss how the effects of cross relaxation, reabsorption, nonradiative decay, and internal heating vary with increasing concentration. Spectroscopic measurements and rate-equation analysis suggest that cross relaxation should already be effective in samples with 1.5% Tm/sup 3+/ ion concentration and doping concentrations larger than 4% will lead to degradation in power performance due to higher nonradiative decay rates and larger reabsorption losses.     

纳秒级不同脉宽的信号对电容分压器的影响

为选择和设计适用的电容分压器以完善测量系统 ,先简析了电容分压器测量不同脉宽信号的不同结果 ,再研制了自积分模式电容分压器 (分压比为 1370 ,方波脉冲响应时间 0 .6 5ns)来测量脉宽分别为 10 0和 10ns的信号 ,实验结果与理论分析一致。     

Ce3+:LiCaAlF6 crystal for high-gain orhigh-peak-power amplification of ultraviolet femtosecond pulses and newpotential ultraviolet gain medium: Ce3+:LiSr0.8Ca0.2AlF6

To develop high-peak-power ultrashort pulse laser systems in the ultraviolet region, a large Ce³⁺:LiCaAlF₆ (Ce:LiCAF) crystal, a tunable ultraviolet laser medium with large saturation fluence and broad gain spectrum width, was grown successfully with a diameter of more than 70 mm. To demonstrate high small signal gain, a four-pass confocal amplifier with 60 dB gain and 54 μJ output energy was constructed. Chirped pulse amplification (CPA) in the ultraviolet region was demonstrated using Ce:LiCAF for higher energy extraction. A modified bow-tie-style four-pass amplifier pumped by 100-mJ 266-nm 10-Hz pulses from a Q-switched Nd:YAG laser had 370-times gain and delivered 6-mJ 290-nm pulses. After dispersion compensation, the output pulses can be compressed down to 115 fs. This is the first ultraviolet, all-solid-state high-peak-power CPA laser system using ultraviolet gain media, and this demonstration shows further scalability of the Ce:LiCAF CPA system. Additionally, a new gain medium, Ce³⁺ :LiSr_0.8Ca_0.2AlF₆, with longer fluorescence lifetime and sufficient gain spectrum width over 18 nm was grown to upgrade this system as a candidate for a final power amplifier gain module     

激光触发变压器型脉冲调制器的实验研究

本文设计了一台激光触发变压器型脉冲调制器并开展了单次及1Hz重频实验研究。该调制器由水介质同轴脉冲形成线、激光触发开关、脉冲变压器、假负载等组成。在调制器主开关导通电压为-795k V时,激光到达开关25ns后调制器主开关导通,在负载上得到了电压-402k V、电流26k A、脉冲宽度128ns的准方波高功率电脉冲。当调制器主开关分别为氮气、六氟化硫时对调制器激光触发气体开关的延时、抖动特性进行了实验研究,266nm激光触发时,氮气具有较小的延时和抖动;同时对自击穿和激光触发两种情况下负载电压的前沿特性进行了对比,最后对实验结果进行了分析。     

一种用于测量快前沿高压脉冲的电阻分压器

分析了电阻分压器中电感和对地电容对分压器响应特性的影响,在此基础上研制了一种用于测量快前沿高压脉冲的同轴型电阻分压器,介绍了分压器的制作过程,对其进行了方波响应标定,并应用于实验测量中。实验结果表明,该电阻分压器能满足测量要求,可用于幅值10kV左右、ns前沿的短脉冲测量。     

GIS电缆终端局放检测中电晕干扰特性的研究

架空线电晕对于变电站内的GIS(Gas Insulated Switchgear,气体绝缘组合电气设备)电缆终端局部放电检测干扰严重,为排除高频电流传感器耦合到的其他干扰信号,本文首先提出聚类分析法,以信号峰值、上升时间、下降时间、最大频率作为数据矩阵的变量,结果表明聚类分析法能够有效将高频电流信号进行分类,便于提取架空线电晕放电信号。其次,重点研究了电晕干扰信号的上升时间、极性特征、频谱特征和相间干扰,结果表明,电晕干扰表现为密集的脉冲形式,电晕脉冲的上升时间为25~175ns,下降时间为85~230ns,具有相对集中和对称分布的特点,电晕脉冲具有明显的极性特征,正负脉冲的上升下降时间变化趋势不同,同时正脉冲宽度略低于负脉冲宽度。电晕脉冲的频率为1.25~2.5MHz,电晕脉冲具有相间干扰的特性,被干扰相的幅值降低、频率增大、上升时间降低。