交流电压下聚合物材料表面的电荷分布特性

采用Pockels电光效应原理,对大气条件交流电压下聚合物绝缘材料的表面电荷分布进行了研究。实验以聚苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)和聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)为样品,在针板电极上施加幅值5kV、频率20Hz的正弦交流电压,施加电压分别从正半波开始和从负半波开始,采用高速CCD摄像机纪录1个周期内2种聚合物材料在沿面放电过程中表面电荷分布的变化。实验结果表明,材料表面电荷分布的极性效应非常明显,负电荷分布半径要小于正电荷分布。材料特性也显著影响电荷分布,随着施加电压的升高,PET表面正流注通道逐步延伸,呈弯曲状分支分布,而PVDF表面正流注通道的形成明显要快,并呈现规则的轮辐状分布。分析认为,这与不同材料的禁带宽度、表面层电离能、介电常数和厚度等的差异都有很大关系。     

直流GIL中盆式绝缘子表面电荷分布特性研究

绝缘材料的表面电荷是诱发沿面闪络的重要原因。为了研究气体绝缘输电线路(gasinsulatedmetal-enclosed transmissionline,GIL)中盆式绝缘子表面电荷的积聚特性,搭建了一套高气压下绝缘材料表面电荷实验与测量系统,实现了密闭腔体内绝缘子表面电位的全自动测量。所设计的同轴圆柱电极结构模拟了实际的GIL,用静电探头法测量了直流电压下0.5MPaSF6气体中缩比型盆式绝缘子表面电位分布。根据表面电位分布,应用高分辨率的电荷反演算法计算了绝缘子表面实际的电荷密度分布,算法中考虑了静电探头的影响。实验结果表明,表面电荷分布可分为两类不同的形态,第一类为沿中心电极对称分布的同极性电荷,第二类为条纹状分布的异极性电荷以及点状分布的单极性电荷。分析认为气体电导、绝缘子表面电导以及绝缘子体积电导分别对不同形态的电荷分布起主导作用。表面粗糙处理可以抑制第二类电荷积聚,无法抑制第一类电荷积聚,研究结果可为直流GIL的设计优化提供参考依据。     

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.     

振荡冲击及交流电压下绝缘子表面金属微粒放电特性研究

近年来由于绝缘子沿面放电引起的绝缘故障较为多见,冲击耐压及冲击下局部放电检测是绝缘考核和诊断的有效手段。文中采用IEC 60060-3推荐的振荡型雷电及操作冲击和工频交流电压,针对110 k V气体绝缘组合开关设备(GIS)真型绝缘子金属微粒缺陷模型进行了局部放电特性研究。在工频交流(AC)电压下,局部放电起始电压和闪络电压的差值小于2种振荡型冲击电压,其随气压增大而增加;在冲击电压下,局部放电大多发生在振荡周期的上升沿处,在电压波谷处会出现相反极性的局部放电脉冲;金属颗粒位置对放电量、放电重复率等影响较大。结论表明,相比于工频交流电压,GIS绝缘子表面金属颗粒缺陷在外施电压为振荡型冲击电压时易产生局部放电,说明了振荡型冲击电压局部放电检测具有较高缺陷检出能力。     

直流GIL盆式绝缘子的表面电荷分布

直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission line,GIL)盆式绝缘子的稳态电场按介质电导率分布,在长期直流电压作用下,绝缘子表面会积聚电荷,引起局部电场畸变,威胁设备的安全运行。因此有必要对直流盆式绝缘子表面电荷积聚现象进行研究,掌握准确的电荷测量技术、电荷反演计算方法和绝缘子表面电荷积聚特性,为提高盆式绝缘子的绝缘水平提供参考。文中研制了一套新型盆式绝缘子表面电荷测量装置,能够控制探头以等距垂直姿态对绝缘子曲面进行扫描式测量;采用同心圆环电极对静电容探头进行了标度,获得其空间响应函数,并基于矩阵的Cholesky分解法对绝缘子表面电荷分布进行了反演计算。实验研究了不同直流电压作用下,±200 kV直流盆式绝缘子表面电荷积聚和消散特性,并根据实验和仿真计算结果,提出了不同条件下适用的表面电荷分布模型。文中对深入认识直流盆式绝缘子的表面电荷积聚现象、完善电荷积聚机理具有重要意义。     

特高压直流GIL盆式绝缘子表面电荷分布特性仿真研究

为了满足大容量长距离输电的要求,近年来,中国加快特高压直流输电工程的建设,对气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission lines,GIL)的需求日益迫切。限制直流GIL实际投运的关键壁垒之一是绝缘子表面积聚的电荷会增加沿面闪络电压降低的概率,故研究特高压直流GIL盆式绝缘子表面电荷分布特性存在必要性。因此,基于SF_6气体中正负离子的输运方程,利用COMSOL Multiphysics建立了真型特高压直流GIL盆式绝缘子表面电荷积聚模型,分别研究了电压幅值和电压极性对绝缘子表面电荷分布特性的影响规律以及气固界面电荷对GIL试验单元空间电场分布的影响规律。从仿真结果可知,正负电荷在盆式绝缘子内外侧均有分布,但分布特性存在一定的差异,外施电压为-800 kV时,最大正负电荷密度分别出现在绝缘子的外表面和内表面,数值分别为+19.64μC·m~(-2)和-22.93μC·m~(-2);表面电荷的积聚程度和高场强区域面积均与电压幅值呈正相关;仿真结果还表明绝缘子沿面耐受电压具有极性效应,即负极性直流耐受电压较低。     

交流电压下绝缘子表面电荷对闪络电压影响的主导因素

表面电荷积聚是造成绝缘子沿面绝缘强度下降的一个重要原因,影响着电力系统的安全可靠运行.为此采用试验和仿真相结合的方法,通过在绝缘子表面预置电荷的方式,区分电荷消散初期和消散一段时间以后2种情况进行闪络试验,研究交流电压作用下电荷存在对闪络电压影响中起主导作用的因素.结果表明,该主导因素随电荷消散过程发生变化:在电荷消散...     

直流叠加交流电压下交联聚乙烯中电树枝特性研究

电树枝在直流电压和交流电压下具有明显不同的引发和生长特性。为了研究直流电缆系统中直流成分和交流成分对电树枝特性的影响,该文研究了直流叠加交流电压情况下电树枝的引发和生长特性。研究结果表明,交流分量的引入极大地降低了电树枝的引发电压,并使得电树枝的生长速度较单纯直流电压下大大增加。直流叠加交流复合电压下电树枝的引发主要受交流分量的影响,而直流电压对其影响较小。负极性直流偏置电压下,电树枝主要为双结构的松枝状树枝,生长速度较慢,且直流电压的增大并未对其生长速度造成明显影响;而正极性偏置电压下,电树枝分支较少,生长速度较快,生长速度随着电压的增大而迅速增加。实验结果表明直流电缆系统中若存在较大的交流分量,将对直流电缆系统的绝缘安全构成较大威胁。     

直流电压下GIS盆式绝缘子表面电荷及电场分布特性仿真研究

GIS中盆式绝缘子表面在外施直流电压时会积聚大量电荷使得沿面闪络电压大幅降低,从而引发一系列电气设备故障。基于上述问题,文中分析了盆式绝缘子表面电荷的来源与传导途径,采用有限元仿真计算方法构建了二维轴对称仿真模型以及设定相关参数,研究了电压极性、不同电压幅值以及电压极性反转对盆式绝缘子表面电荷分布的影响。结果表明,在直流电压下,凹面主要积聚与外施直流电压极性相反的电荷,凸面主要积聚与直流电压极性相同的电荷,且凹面积聚的电荷密度更大;在极性反转后-100 kV直流电压下,盆式绝缘子表面原先积聚的电荷密度呈现先增大后逐渐减小的趋势,随后转换极性并达到饱和,电场在靠近高压端以及盆式绝缘子沿面0～20 mm处的畸变程度较为明显。电场在盆式绝缘子表面电荷极性发生变化前出现峰值,相比较电荷达到饱和状态,此时盆式绝缘子凹面最大场强增加46%,凸面最大场强增加5.4%。该研究可为直流电压下盆式绝缘子表面电荷分布特性提供指导。     

交流电压下聚合物绝缘材料电致发光特性

设计了绝缘材料电致发光现象研究所用的实验装置,以低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)和聚四氟乙烯(PTFE)三种聚合物绝缘材料为样品,研究了交流电压下聚合物材料表面电致发光的时域和相域特性,同时探讨了不同电极材料(铜、铝)以及在材料表面溅射金膜电极对聚合物表面电致发光现象的影响.实验结果显示,不同聚合物材料的电致发光起始电压和发光强度各不相同,但有相似的时域和相域特性曲线,阶升/降电压下的发光曲线均表现出类似于磁滞回线的现象;同时发现不同电极材料下以及溅射金膜电极后的材料的电致发光也表现出不同的发光起始电压和强度.认为电极与材料的接触势垒和材料内部空间电荷影响着材料的电致发光特性.     

真空中绝缘子表面电荷分布的测量

介绍静电场探头测量电介质表面电荷的原理 ,并研制了一套在线测量真空中绝缘子表面电荷分布的测量系统 ,经校验和实用表明它线性特性很好 ,完全满足真空中绝缘子表面带电测量的要求 ,还能研究通常情况下绝缘材料 (器件 )的表面带电状况。     

交流电压下油纸绝缘针板放电特性

为探究油纸绝缘针板放电发展过程和老化对放电特性的影响,在实验室条件下,通过油纸绝缘130℃加速热老化试验,以绝缘纸板聚合度为表征老化程度的特征参量,得到了不同老化阶段的油纸绝缘样品。基于脉冲电流法,测量了交流电压下不同老化状态油纸绝缘针板模型局部放电信号,分析了从起始至预击穿过程中局部放电相位分布模式的幅值分布H(q,φ)谱图,并讨论了油纸绝缘老化对局部放电H(q,φ)谱图、放电量、放电次数和统计参数的影响。研究结果表明:针板电极局部放电H(q,φ)谱图中放电分布在正、负峰值附近,工频正半周的脉冲幅值、个数均分别大于负半周,且正半周的H(q,φ)谱图放电随电压升高呈现"倒V型";平均放电量-相位分布Hqave(φ)正半周的偏斜度Sk+随电压的升高呈下降趋势,且在油纸绝缘样品达到预击穿阶段Sk+变为负值,因此Sk+可用于评估油纸绝缘针板电极模型下的缺陷发展状态;随着油纸绝缘的老化,导致油中老化产物增多,进一步畸变了场强,老化后的油纸绝缘样品正半周局部放电次数明显增多,平均放电量、最大视在放电量增大。     

交流电压下交联聚乙烯绝缘直流分量的测量

根据ＸＬＰＥ电缆绝缘水树形成机理,在实验室条件下,设计了测量直流分量的检测系统,对试样进行了交流电压下的直流分量的测量,所得的实验结果,对水树的实验研究有一定参考价值。     

GIS中盆式绝缘子表面放电特性研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在电力系统中占有重要地位,盆式绝缘子是GIS内部重要的部件,文章主要对其表面的放电特性进行了研究和探索。主要采用紫外成像技术、超声波检测技术和脉冲电流法对其整个放电过程进行了检测,通过对所得数据进行分析,得到了如下结论:①紫外光子数表现出了"饱和"特性,当电压增加到68 kV之后,继续增加电压,紫外光子数增加不明显;②在盆式绝缘子缺陷处,随着放电的加剧,带电粒子的碰撞更加激烈,发热增加,导致局部区域的体积急剧膨胀,压力增大导致超声信号不断增强。整个研究为后续GIS局部放电方面的研究提供了一定的参考。     

GIS绝缘子表面固定金属颗粒放电特性研究

为研究气体绝缘开关设备中绝缘子表面固定金属颗粒的放电特性,在实验室建立了一套220kV电压等级的GIS局部放电检测平台,模拟GIS绝缘子表面固定金属颗粒放电模型,应用紫外成像技术、超声波检测技术和脉冲电流法对整个放电过程进行了检测。试验结果表明:光学检测法灵敏度很高,通过紫外光子数可以直观的反映放电的剧烈程度和放电位置;绝缘子表面固定金属颗粒的形状对放电剧烈程度有较大影响;在绝缘子缺陷处,随着放电的加剧,局部区域瞬间受热而膨胀,体积的剧烈变化引起了介质密度的瞬间变化,从而导致超声波信号不断增强。     

高压直流GIS 中绝缘子的表面电荷积聚的研究

研究绝缘子表面电荷积聚及其抑制措施，是开发用于直流输电的气体绝缘开关装置(GIS)的一项关键技术。文中设计了一种性能优良的新型电容探头，研究了外施直流电压极性、幅值和作用时间对表面电荷积聚的影响。研究表明，当外施电压的幅值和作用时间增加时，绝缘子表面电荷密度的平均值增加，绝缘子表面电荷分布则与外施电压的极性密切相关。文中还对绝缘子表面电荷积聚的抑制措施进行了分析、讨论。     

表层非线性电导盆式绝缘子表面电荷分布与沿面放电特性

盆式绝缘子表面电荷积聚是影响直流气体绝缘输电管道(direct current gas insulated transmission line,DC-GIL)电场分布与沿面闪络的重要因素,因此探究绝缘子表面电荷积聚机理并提出调控方法,进而改善绝缘子沿面电场分布具有重要意义。该文搭建缩尺直流GIL绝缘子试验平台,研究不同Si C质量分数(23.1%、37.5%、47.4%)的非线性电导涂层对直流电压、金属微粒附着和极性反转工况下盆式绝缘子表面电荷分布与沿面闪络特性的影响规律。结果表明：环氧基Al₂O₃绝缘子的表面电荷极性取决于气固侧电流密度博弈结果,具有显著的场强依赖特性;非线性电导涂层可以自适应调控直流GIL绝缘子的表面电荷与沿面电场分布,显著提高不同工况下的沿面闪络电压。该文的研究结果为高可靠性直流GIL绝缘子的研发提供了一种潜在的解决方案。     

交流电压下GIS中导电微粒的模式识别方法研究

气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)内部自由导电微粒是影响GIS运行可靠性的重要因素。为了实现GIS内部导电微粒的在线识别,为GIS设备的局部放电严重程度和危险度评估提供理论依据,建立了一套GIS设备局部放电缺陷的试验平台。利用模式识别的方法,在试验过程中采集不同导电微粒的超声波信号,通过对信号的分析和处理,提取出特征,将所提取的不同种类的导电微粒的特征输入到极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)中,通过训练和测试,最终的模型识别正确率能够达到92.58%。该方法为今后GIS设备内部自由导电微粒的识别带来了新思路。