冲击电压下SF_6间隙临界半径现象形成机理

为探究冲击电压下SF_6气体放电特性和机理,研制了陡前沿冲击试验装置。固定电极间距,研究了电极曲率半径对SF_6间隙击穿特性的影响。结果表明:冲击电压下,SF_6间隙放电呈现出长空气间隙中所谓的"临界半径"效应,即随电极曲率半径减小,间隙50%击穿电压减小,曲率半径小于"临界半径"Rcr时,击穿电压基本不变;Rcr不仅随气压减小而增加,也随波头时间减小而增加;气压一定,负极性VFTO和雷电冲击下的临界半径值分别较正极性VFTO和雷电冲击下的大;正、负极性VFTO下临界半径分别较正、负极性雷电冲击下的大;负极性电压下,临界半径在物理上更接近于丝状流注区域,正极性电压下,临界半径更接近于均匀流注区域。"临界半径"现象与SF_6气体中流注–先驱–先导放电发展过程相关,因此提出了先导击穿的临界电荷判据来对临界半径现象进行了解释。     

注入空间电荷对SF_6气体中尖—板间隙正冲击击穿电压的影响

在充SF_6或N_2的尖—板间隙中注入适量正空间电荷能使正极性冲击击穿电压提高,而注入负空间电荷则使正冲击击穿电压降低。用这一实验结果可以解释以前发现的含氯添加气体使尖—板间隙中SF_6的正冲击击穿电压提高的实验现象。     

正极性振荡型冲击电压下带尖刺SF_6间隙击穿过程的数学模型构建

对GIS进行振荡冲击耐压试验有助于发现GIS的内部缺陷故障。对于GIS中较为常见的高压导杆尖刺缺陷,其在正极性振荡冲击电压下的击穿电压较低,但相应的击穿过程尚不是很明确。因此,该文基于SF_6气体击穿的物理过程建立一种正极性振荡冲击电压下SF_6绝缘间隙击穿过程的数学模型,对SF_6绝缘间隙的放电过程进行数值计算。数学模型通过有效电子的产生、流注起始、先导发展3个部分定量描述间隙的放电过程,并考虑空间电荷的影响,阐述先导逐级发展的特性。通过在实体GIS上开展击穿试验,验证模型的准确性。该文所建立的模型可用于对正极性振荡冲击电压下SF_6气体绝缘间隙的击穿过程进行数学描述,并对击穿特性进行定量计算。     

SF_6/空气混合气体用于C—GIS的研究

实验表明,在SF_6中加入10％的空气可明显提高在极不均匀电场中的雷电冲击击穿电压。因此在气体绝缘开关柜中采用混合比为90/10的SF_6/空气混合气体,可望使开关柜尺寸进一步缩小。     

雷电冲击下SF_6气体放电击穿电压分散性的实验研究

一般应用升降法进行冲击下SF_6气体放电击穿特性实验时,要求击穿电压的分散性小于3%,以保证测得数据的可靠性。但是在实验过程中发现,SF_6气体相对于其他气体而言,击穿电压的分散性普遍偏大,一些情况下甚至超过了5%,而国内外针对SF_6气体放电击穿电压的分散性仍缺乏系统的研究。为此,在正、负标准雷电冲击(LI)作用下,实验研究了SF_6气体放电击穿电压的分散性随电极尺寸、气压和间隙距离的变化规律。结果表明:当间隙距离d=33 mm,电极曲率半径r=40、15、8 mm时击穿电压的分散性随气压增长而均呈现减小趋势;正LI下击穿电压的分散性随电场不均匀系数的增大而呈现先下降后上升的"U"曲线趋势,负LI下击穿电压的分散性随电场不均匀系数的增大而呈现先上升后下降的倒"U"曲线趋势;当电极曲率半径r=8 mm,间隙距离d=7、15、33 mm时击穿电压的分散性随着气压的增长而均呈现下降趋势。由此可得结论:正、负LI下SF_6气体放电击穿电压的分散性随着间隙距离的增加而均呈现线性增大的趋势。     

冲击电压作用下SF_6绝缘特性计算方法

设计了一种计算SF_6绝缘特性的方法。可用它计算在不均匀间隙中,各种波头的冲击电压下、不同的SF_6气压时,SF_6的最小击穿电压。     

管道母线(GIL)中SF_6/N_2混合气体绝缘性能的研究

文中首先对GIL中SF_6/N_2混合气体的绝缘性能进行了计算,重点关注了SF_6体积分数配比以及气体压力对绝缘能力的影响,并且研究了高落差下是否出现气体分层从而对混合气体的绝缘能力产生影响。其次,利用试验装置,对SF_6/N_2混合气体在不同配比和压力下的雷电击穿电压进行了测量,并且对比分析了试验结果与计算结果的差异。计算结果表明SF_6/N_2混合气体绝缘强度随SF_6气体体积分数增加而提高,但SF_6体积分数达到10%后,混合气体的击穿电压呈现出饱和的趋势;在高落差下,SF_6和N_2的混合比随高度的变化很微小;GIL样机的雷电冲击试验结果验证了击穿电压计算结果的正确性。     

尖—平板间隙中SF_6—人造空气的正极性冲击击穿特性

介绍了尖—平板间隙SF_6—人造空气的正极性冲击击穿电压特性.实验和分析表明:在SF_6—N_2—O_2混合气体中,各气体组分之间存在正协同作用,且这种协同作用与冲击电压的波头时间有关.     

密闭空间中温度对SF_6/N_2混合气体工频击穿电压的影响规律

气体绝缘组合电器会遇到不同的环境温度,为优化SF_6/N_2混合气体设备的设计,研究SF_6/N_2混合气体在工频电压下的击穿电压随温度的变化规律,并分析温度对气体绝缘性能的影响机理。首先分析SF6气体中的电子崩发展过程,发现温度降低导致SF6的附着反应减弱,从而降低其绝缘性能。为验证理论分析,通过试验得到-50℃、-35℃、-18℃、20℃四个温度下,稍不均匀和极不均匀电场中SF_6/N_2混合气体的工频击穿电压。发现在稍不均匀电场中,从20℃降低到-50℃时,SF_6/N_2混合气体的击穿电压降低约10%,在极不均匀电场中降低约12%。与SF_6的试验结果对比发现,稍不均匀电场中SF6的击穿电压随温度下降更显著,但极不均匀电场中SF_6/N_2混合气体的击穿电压随温度下降更明显。考虑导体温升,进一步对比了100℃高温下的情况,发现在-50℃至100℃温度范围内,SF_6/N_2混合气体的工频击穿电压随温度升高呈非线性增大趋势,试验现象验证了理论分析。为补偿极寒条件下SF_6/N_2混合气体的绝缘性能,应适当提高混合气体充气密度或提高SF_6比例。     

不均匀电场SF_6/N_2混合气体击穿特性的实验研究

文中对SF_6/N_2混合气体在不均匀场下的击穿特性展开研究,通过测量棒—板电极在不同电极间距、混合比、压强下的正、负极性击穿电压值,分析电场不均匀度及气体压强对SF_6/N_2混合气体极性效应的影响。研究结果表明:在0.1 MPa时,击穿电压随着电极间距的增大而增大,N_2负极性的击穿电压高于正极性的击穿电压,在电极间距为12 mm时,负极性击穿电压是正极性击穿电压的1.71倍,而SF_6气体与N_2极性效应相反,表现为正极性的击穿电压略高于负极性的击穿电压;电极间距为4 mm时,随气体压强的升高负极性击穿电压增大,正极性的击穿电压出现饱和效应甚至出现击穿电压跌落现象,SF_6气体体积分数为20%时,0.4 MPa下的正极性击穿电压是0.35 MPa的91.3%。SF_6/N_2混合气体的极性效应随着混合气体中SF_6气体所占比例的下降发生极性反转现象。     

Impulse partial discharge and breakdown characteristics of rod-plane gaps in N/sub 2//SF/sub 6/ gas mixtures

Impulse partial discharge (PD) and breakdown (BD) characteristics of rod-plane gaps in N/sub 2//SF/sub 6/ gas mixtures were investigated for different gap geometry, gas pressure and SF/sub 6/ gas content. Experimental results revealed that the 50% probability breakdown voltage increased with gas pressure, which agreed with the theoretical values with consideration of discharge time lag for impulse voltage application. For the calculation of discharge inception voltage, the volume-time theory was successfully applied to the N/sub 2//SF/sub 6/ gas mixture. Furthermore, impulse PD light emission image was observed together with PD current pulse and light intensity waveforms. The long discharge with stepwise propagation and double-peak PD pulses could be observed, which corresponded to the streamer/leader transition leading to breakdown.     

SF_6气体在交流叠加冲击电压下的放电特性

介绍了SF_6气体中球—球电极和同心球电极在交流叠加冲击电压下的放电特性,并给出了影响叠加波放电特性的几种因素和试验结果。     

Impulse partial discharge characteristics and their mechanisms under non-uniform electric field in N/sub 2//SF/sub 6/ gas mixtures

We have investigated impulse partial discharge (PD) and breakdown (BD) characteristics of a needle-plane gap in N/sub 2//SF/sub 6/ gas mixtures under positive lightning impulse voltage application, and discussed their physical mechanisms. The 50% probability PD inception voltage (PDIV/sub 50/), leader discharge onset voltage (LOV) and BD voltage (BDV/sub 50/) were measured and analyzed as a function of gas pressure and SF/sub 6/ content. Experimental results revealed the stepwise propagation process of the impulse PD and enabled us to classify the impulse PD in N/sub 2//SF/sub 6/ gas mixtures into two types, the streamer discharge and the leader discharge. We also discussed the impulse PD propagation mechanisms in terms of PD parameters such as propagation length, time interval and current pulse magnitude, and suggested a sequential relationship in the PD propagation process under non-uniform electric field.     

SF_6混合气体负离子稳定性对冲击击穿机理的影响

在利用辅助电极的负直流电晕放电向枫不均匀场间隙注入负离子电荷条件下,测试了SF_6及其混合气体的正雷电冲击击穿电压。依据实验结果,分析了SF_6混合气体负离子的稳定性对冲击击穿机理的影响。     

SF_6气体间隙低概率冲击击穿电压的计算

根据对SF_6气体极不均匀场间隙异常放电的分析,提出了由三条界限线,即流注击穿线、低概率冲击击穿线和电晕起始线组成的估算间隙低概率冲击击穿电压的方法;击穿电压的计算值和实验测量值的比较表明,计算给出的是稍偏严的结果.     

特快速瞬态过电压和雷电冲击作用下特高压GIS绝缘特性

随着电压等级的提高,气体绝缘开关设备(GIS)的额定雷电冲击(LI)耐受电压和特快速瞬态过电压(VF-TO)水平的差异越来越小,由VFTO引起的绝缘事故也日益严重。为研究特高压GIS在VFTO下的绝缘耐受水平,设计了VFTO模拟产生装置,研究了不同气压下SF6棒-板和球-板间隙在VFTO和雷电冲击下的绝缘特性。实验结果表明:稍不均匀电场间隙在VFTO下的击穿电压高于雷电波;对于高气压下棒-板间隙,负极性VFTO下的击穿电压和伏-秒特性曲线位于雷电波之下;雷电冲击下棒-板间隙极性效应在一定的气压下会出现反转现象。分析表明:在不同冲击波前和振荡波尾的VFTO和雷电波作用下SF6气体间隙击穿特性的差异与放电过程中空间电荷行为的差异有关。     

空间电荷对SF_6气体正雷电冲击击穿的作用

利用两种实验方法对比测试了预注入单极性空间电荷时,SF_6气体极不均匀场间隙正雷电冲击击穿特性。分析表明;直流叠加冲击电压法不适用于观察空间电荷的作用,而切换直流/冲击电压法能有效地反映空间电荷对冲击击穿的作用。     

Toepler's spark law in a GIS with compressed SF/sub 6/-N/sub 2/ mixture

This paper deals with the experimental measurements and analysis of the formative time lags to breakdown and an estimation of the Toepler's constant for gas gaps, under the application of 50 Hz AC voltage. The experiments were carried out in a 145 kV gas insulated system (GIS) bus duct with pure N/sub 2/, pure SF/sub 6/ and SF/sub 6/-N/sub 2/ mixture as insulating media. The formative time lags to breakdown in the gas gaps were measured using a fast response capacitive sensor. Toepler's spark law has been used to explain the breakdown phenomenon in the GIS and the values of Toepler's constant (k/sub t/), which gives an estimation of the formative time lags, were determined. Results show that the formative time lags vary inversely with gas pressure and the gas mixture concentrations for two gaps studied (0.46 mm and 0.61 mm). In the case of another gap (0.20 mm), the variation in the formative time lags with pressure as well as SE, concentration in the mixture has been found to be negligibly small between gas mixtures, although significant variation can be seen between pure SF/sub 6/ and pure N/sub 2/. Toepler's constant, k/sub t/, increases with gas pressure as well as SF/sub 6/ concentration in the mixture for the gaps studied. Hence, k/sub t/ is a function of the gas pressure and the concentrations of SF/sub 6/ in the gas mixture for the above-mentioned gaps.     

振荡冲击电压下SF_6极不均匀场间隙的放电特性

根据IEC 60060-3所规定的振荡冲击电压波形,研究了在正极性振荡雷电冲击电压和振荡操作冲击电压下SF6气体极不均匀场间隙的放电特性,包括SF6压强(P)和50%起晕电压(UP50)关系、SF6压强(P)和50%击穿电压(UB50)关系等。并且比较了振荡雷电冲击和标准波雷电冲击下SF6气体极不均匀场间隙的放电特性的异同。结果表明,振荡型冲击电压因其振荡特性,使SF6极不均匀场间隙的放电次数增加,这有利用发现GIS中存在的例如导电尖刺等电极缺陷;等波头的振荡冲击波和双指数冲击波作用下SF6极不均匀场间隙的有着相似的放电特性,这对振荡型冲击波替代双指数波在较高等级的GIS现场耐压试验中的运用有重要的指导意义。