变压器油击穿电压与电场分布关联性的量化研究

为研究不同电极间隙下变压器油击穿电压与电场分布的关联性,设计了5种不同的电极,在控制变压器油中其他影响因素不变的情况下进行击穿电压试验,与现有国家标准进行对比,验证了试验结果的有效性。通过仿真得到电极间隙中变压器油的电场分布云图,定义了电极间隙内场强超过90%最大场强的变压器油的体积(V_(90))和电极表面场强超过90%最大场强的面积(S90)两个分布特征量来描述电极间隙中变压器油的电场分布,提出了高场强区域在油中的纵深程度和在电极表面上的横向宽度两个概念。结果表明:对于相同的油样和电极间隙,当纵深程度和横向宽度越大时,油样发生击穿的可能性越大,定性解释了等距离下标准板-板电极的击穿电压低于标准球-球电极的击穿电压的现象。在特定电极结构类型下变压器油击穿电压与纵深程度和横向宽度存在近似线性关系,为研究变压器油的击穿特性提供了新的思路。     

电场均匀性对细水雾短空气间隙工频放电特性的影响

细水雾是一种绝缘性能较高的消防技术.利用球-球间隙模拟稍不均匀电场,利用棒-板间隙模拟不均匀电场,开展细水雾在球-球和棒-板短间隙下的工频放电特性及仿真分析研究.研究发现,球-球间隙下,细水雾雾滴产生的电场畸变影响大于细水雾雾滴在电场荷电的影响,细水雾球隙击穿电压总小于空气球隙击穿电压.当间隙距离为2～8cm时,细水雾...     

含有电位悬浮导体的组合空气间隙放电特性实验研究

为研究交流电压下含有电位悬浮导体的组合空气间隙放电特性,文中以棒—板组合空气间隙模型为研究对象,实验研究了悬浮导体的空间位置对组合间隙放电过程的影响。研究表明,悬浮导体位于高压电极或接地电极附近,短间隙在较低电压下首先被电弧短接,随着电压继续增加,整个间隙完成击穿;悬浮导体位于间隙中部,电压达到临界值时,多个间隙几乎同时击穿。电场仿真表明,悬浮导体引起的空间电场畸变是影响组合间隙放电过程的主要原因。在此基础上,通过实验进一步研究了悬浮导体长度、位置,高压电极和接地电极形状对击穿电压的影响。研究结果对深入理解含有电位悬浮导体的空气间隙放电机理以及击穿特性具有一定的参考价值。     

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。     

高湿条件下空气间隙放电规律的试验研究

湿度是影响电力系统外绝缘的一个重要因素,但国内外相关研究较少涉及到湿度较高的情况。笔者在人工气候室开展球间隙放电试验,研究湿度(尤其是高湿条件下)与间隙放电电压的关系。研究结果表明,在湿度较低(80%以下)条件下,空气间隙放电电压随相对湿度的增加而增加;而在湿度较高(80%以上)条件下,有无凝露对放电电压的影响较大,无凝露时随着相对湿度的增加放电电压略有下降,但在湿度较高且球表面出现凝露时,间隙放电电压严重降低,甚至降低到一半。笔者利用ANSYS计算了球表面有无凝露时的球间隙电场分布,结果表明,凝露畸变了原有球间隙电场,使得最大场强增大到原电场的两倍,造成间隙放电电压严重降低,与气候实验室的结论一致。     

高湿条件下空气间隙放电规律的试验研究

湿度是影响电力系统外绝缘的一个重要因素,但国内外相关研究较少涉及到湿度较高的情况。笔者在人工气候室开展球间隙放电试验,研究湿度(尤其是高湿条件下)与间隙放电电压的关系。研究结果表明,在湿度较低(80%以下)条件下,空气间隙放电电压随相对湿度的增加而增加;而在湿度较高(80%以上)条件下,有无凝露对放电电压的影响较大,无凝露时随着相对湿度的增加放电电压略有下降,但在湿度较高且球表面出现凝露时,间隙放电电压严重降低,甚至降低到一半。笔者利用ANSYS计算了球表面有无凝露时的球间隙电场分布,结果表明,凝露畸变了原有球间隙电场,使得最大场强增大到原电场的两倍,造成间隙放电电压严重降低,与气候实验室的结论一致。     

棒-板长空气间隙击穿电场稳态条件的仿真

为推动以放电理论为基础的高电压与外绝缘学科从半物理到物理研究方向的发展,基于有限元数值计算方法,对棒-板长空气间隙的电晕云模型进行了仿真研究。结果表明:带电离子和外加电压同时影响空间电场分布,空气分子的电离率α对电场分布影响较大,附着率η、结合率β、解离率γ对电场影响较小;不同电晕云长度对空间电场分布的影响都具有相同规律性;空气相对湿度对击穿电压影响较大,空气湿度越小,空气越容易击穿;正极性棒-板长空气间隙击穿的电场条件为:放电起始后,电晕头部最高场强达到11.0kV/cm,电晕云内部最低场强达到3.0kV/cm,在该条件下对应的击穿电压计算值与实验值误差<11%。以上计算结果可为超特高压外绝缘的设计提供可靠的理论依据。     

基于支持向量机的棒-板空气间隙击穿电压预测方法及其应用

空气间隙的击穿电压与放电起始前的电场分布特征存在多维非线性关系。为了实现空气间隙的击穿电压预测,以电场特征集作为输入,以间隙在加载电压下是否击穿作为输出,采用支持向量分类机建立击穿电压预测模型。针对极不均匀电场空气间隙的击穿特性受电晕影响的问题,提出两种修正方法:通过增加受电晕影响的训练样本数据,提高预测模型的泛化性能;或基于"电晕云"的思想进行二次电场计算及特征量提取,对预测模型的输入特征进行修正。采用修正后的模型对极不均匀电场下棒-板间隙的工频击穿电压及棒-板长空气间隙的操作冲击放电电压进行预测,预测值与试验值吻合良好。该方法有利于减少试验次数,降低试验成本。     

淋雨对短空气间隙操作冲击放电影响的实验研究

为研究降雨条件下空气间隙的操作冲击放电特性,通过实验对比研究获得了干燥和淋雨条件下间隙距离为10～60 cm球-板、棒-板间隙正极性操作冲击放电曲线。研究表明淋雨造成球-板间隙正极性操作冲击击穿电压降低幅度大于棒-板间隙;雨量大小对棒-板间隙击穿电压的影响不明显;雨量为0.5～3.9mm/min时,直径10cm球电极间隙距离30cm,操作冲击击穿电压较干燥条件降低15.8%～32.6%;雨水电导率为100～2000μS/cm时,击穿电压随电导率的增加而降低,但随着间隙距离的增加,球-板、棒-板间隙操作冲击击穿电压降低幅度减弱,且雨水电导率对球-板间隙操作冲击击穿电压的影响更为明显;雨水的存在会使放电时延较干燥时有变短趋势,使间隙在波前击穿的几率增大,且雨水通道会影响放电的发展路径。     

基于电场特征量和SVM的空气间隙击穿电压预测

空气间隙的击穿电压是高压输变电工程外绝缘设计的重要依据。该文提出了一种基于电场特征量和支持向量机(support vector machine,SVM)的空气间隙击穿电压预测方法。根据静电场计算结果,从整个区域、放电通道、电极表面和最短路径4个方面提取电场值,经过处理后构成表征间隙结构的电场特征量集合,作为SVM的输入参量;以间隙是否击穿(回归问题转换成2分类问题)作为SVM的输出参量,建立了空气间隙击穿电压的预测模型。采用该模型对球隙、棒–板、球–板、球–板–球短间隙的工频击穿电压和球–板长间隙的正极性操作冲击50%放电电压进行了预测,预测值与试验值吻合,验证了模型的有效性。该方法为输变电工程间隙击穿电压的获取提供了一条可能的新途径。     

棒尖端外形对低气压下棒-板间隙直流放电特性影响研究

为研究棒尖端外形对低气压下棒-板间隙直流放电特性的影响,利用低气压放电试验平台在2~20 k Pa气压下对锥尖头、半球头以及平头3种棒电极在100~300 mm间隙内进行直流电压放电试验,并通过仿真对不同棒尖端的放电特性试验结果进行验证。结果表明:棒尖端外形会对低气压下棒-板间隙的放电电压产生影响,击穿电压幅值从小到大依次为:锥尖头、半球头、平头;锥尖头棒和平头棒尖端存在局部电场极不均匀点,而半球头棒尖端电场分布较为均匀;随着气压的上升,棒-板间隙的U50%-P曲线呈稳定上升趋势。     

非均匀直流电场气固混合体流化床击穿特性

试验研究了电压极性、固相物介电常数、固相物占空比等对非均匀电场中流化床状态气固混合体直流击穿电压的影响 ,计算了存在固体颗粒物时电极间隙中的电场分布 ,并定性分析了放电现象。结果表明 :固体颗粒物的存在使电场发生畸变 ;气固混合体在非均匀电场中的直流击穿特性也具有正极性击穿电压低于负极性的“极性效应” ,固相物介电常数较大的混合体容易击穿     

用电花图法研究正冲击流注发展规律

本文叙述了用电花图法研究棒—板间隙在正冲出电压下的流注发展规律。在所研究的间隙形状和电压波形下,求出流注发展长度L。与间隙上所加电压U之间的函数关系式L_s=f(U);取得了流注发展的统计临界外场强判据;找出了流注电压与间隙击穿电压之间的关系;应用上述结果所建立的公式,可以预测间隙击穿电压。本文还采用电荷模拟法计算棒—板间隙的外加场强,给出了各种间距下的场强分布曲线;     

乙丙橡胶绝缘的表面击穿与沿面放电特性

为了探究乙丙橡胶绝缘的表面击穿特性和沿面放电行为,选择板–板电极、棒–环电极和针–板电极3种典型的电极结构来模拟不同电场分布,分别测量并分析了3种电极下外施交流和负极性直流电压时乙丙橡胶的表面击穿电压和击穿痕迹。在外施交流电压下,测量了不同电压下的沿面放电,分析了沿面放电起始和发展过程。试验结果表明:电场分布越均匀,表面击穿电压越大;板–板电极下的起始放电电压与电极间距成正相关性,而棒–环电极和针–板电极下的起始放电与起晕电压相关,其值在1.9~2.4 k V之间;在不同电场分布和放电阶段,发生的放电类型和放电谱图也有所差别,而且在沿面放电前期,放电脉冲幅值较小,约为1.2 V;但是在沿面放电后期,放电比较分散,放电脉冲幅值较大,最高可达43 V。据此可以对沿面放电发展的严重程度进行判断。     

操作冲击电压下长空气间隙击穿电压特性研究

基于现有长间隙放电理论和静电场方法,建立流注-先导放电数值仿真模型,并采用该模型研究操作冲击下长空气间隙放电特性.在绝缘设计中,一般参考棒-板间隙击穿电压来确定其他电极结构击穿电压.同时,实验结果表明棒-板间隙的正极性操作冲击击穿电压低于负极性操作冲击击穿电压.因此,通过建立操作冲击下棒-板长空气间隙模型,研究其击穿电...     

大气条件对气隙放电电压的影响及神经网络在放电电压预测中的应用

为研究大气条件对气隙放电电压的影响,使用全自动放电监测装置,对放置在自然环境中的球-球电极放电进行监测并记录实时放电电压及大气参数,并进行了分析。结合监测结果及有限元仿真,提出使用BP神经网络对无凝露放电电压进行预测。对监测结果的分析得到结论包括:自然环境中气隙放电电压随温度的升高而降低,随气压的升高而升高;所进行监测尚不能判断相对湿度、风速、辐照度对放电电压的影响;发现放电电压存在明显低于正常水平的情况,多发生在湿度高、风速低、辐照度小的条件下;气隙放电电压降低是由于电极表面凝露导致电场畸变造成的。ANSYS仿真表明,露珠位置、大小及分布的不同导致在同一大气条件下放电电压相差很大,因此无法对凝露情况下的空气间隙放电电压进行准确预测,但通过改进神经网络对空气间隙放电电压是否下降进行预测的准确率为80.7%。     

用电花图法研究正冲击流注发展规律

本文叙述了用电花图法研究棒——板间隙在正冲击电压下的流注发展规律。取得了在所研究的间隙形状和电压波形下流注发展的统计临界外场强判据;找出了流注电压与击穿电压之间的关系;应用上述结果所建立的公式,可以预测击穿电压。 为了进行外加场强的计算,文中还简介了用模拟电荷法计算棒——板间隙场强的方法。     

鸟粪导致交流输电线路塔窗-导线空气间隙放电的特性研究

为减少鸟粪导致的塔窗-导线空气间隙放电事故的发生,依据鸟粪电导率、粘度等参数配置鸟粪模拟液,完成了鸟粪影响下的模拟塔窗-导线空气间隙交流放电特性的试验研究;并结合电流场理论,采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立了简化的塔窗-导线电极击穿模型。结果表明,当大鸟在杆塔横担处排便时,其粪便会使得塔窗-导线间隙的击穿电压降低约75%;这是因为鸟粪落下的瞬间,鸟粪通道末端与导线高压端两端之间的空气间隙的电场强度大大增加,使空间电场发生严重畸变,进而可能导致间隙击穿放电。     

雾霾模拟环境下棒-板间隙交流放电特性研究*

目前国内外学者对雾中棒-板间隙交流放电特性做了大量研究,但往往忽略了灰霾颗粒的影响,且尚未深入研究雾与雾霾环境下棒-板间隙交流放电特性的区别,因此设计了雾霾模拟装置对棒-板间隙进行交流放电特性研究.在纯雾、纯灰霾及雾霾三种环境下进行棒-板间隙的交流放电试验,比较了棒-板间隙交流放电特性的区别,分析了雾霾颗粒对棒-板间隙交流放电特性的影响机理.结果表明:该模拟装置能模拟自然雾霾;纯雾环境下,棒-板间隙击穿电压随雾浓度呈先增后降的趋势;纯灰霾环境下,灰霾颗粒粒径小于10μm时的击穿电压低于干燥空气击穿电压,颗粒粒径大于10μm时的击穿电压高于干燥空气击穿电压,在粒径相同的条件下,击穿电压与灰霾浓度及成分都相关;雾霾环境下,间隙击穿电压高于干燥空气击穿电压,低于纯雾条件下间隙击穿电压,与雾霾粒径大小呈负相关,不同雾霾浓度下的间隙击穿电压会因雾霾成分而变化.     

正极性雷电冲击电压下空间电荷电场测量研究

很多绝缘问题本质上都与电场相关,电场测量是高电压领域的重要研究手段。空间电荷导致电场畸变是流注理论的基础,因此定量测量空间电荷的泊松电场对于研究空气间隙的放电机制有重要意义。利用光电集成电场传感器测量了1m棒–板间隙未发生放电条件下各点的轴向电场,并与数值仿真结果进行对比,验证了电场传感器进行定量测量的可靠性;对3种电极条件下1m棒–板间隙空间电荷区域外部轴线上各点的电场时域波形进行测量,将空间电荷形成的泊松电场与外加电压形成的拉普拉斯电场分开,定量测量了不同电压幅值下、不同空间位置的泊松电场幅值与变化规律。研究结果为建立并验证空间电荷模型奠定了基础。