基于分区涂覆的圆盘绝缘子表面电荷抑制试验分析

环氧绝缘子作为气体绝缘开关GIS(gas insulated switchgear)设备的关键部件，起到电气绝缘和机械支撑的作用。积聚在绝缘子上的表面电荷是诱发沿面闪络事故的原因之一，研究表面电荷的抑制方法对于保障GIS安全运行具有重要意义。以制备缩比尺寸圆盘绝缘子为研究对象，在负直流电压下观测表面电荷的积聚特性。选取不同种类的纳米颗粒分别制备高、低电导率和非线性电导率的环氧基纳米复合材料涂层，研究涂料电导率、涂覆方式对绝缘子表面电荷积聚特性的影响。结果表明，采用分区涂覆可以显著抑制绝缘子非平面区的电荷积聚和地电极处的电荷注入，从而使表面电荷密度降低，为抑制绝缘子表面电荷积聚提供了一种新的途径。     

蒙脱土/碳化硅微纳米复合体系防电晕漆的研究

针对研制的碳化硅-蒙脱土/环氧树脂微纳米复合非线性防电晕材料,探讨了碳化硅含量和有机化蒙脱土含量对防晕材料介电性能的影响,试验研究了不同电场下所研制防晕材料表面电阻率的变化规律,计算了防晕材料的非线性系数和初始电阻率。研究结果表明:随着碳化硅粒径和碳化硅含量的增加,防电晕漆的表面电阻率降低而非线性系数升高,当碳化硅与胶粘剂重量比超过3:1时,防电晕漆表面电阻率和非线性系数的变化趋于平缓;纳米有机化蒙脱土的添加能有效提高Si C防电晕材料的非线性特性,降低高电场强下材料的损耗和表面温度。     

非线性电导涂层对直流GIL绝缘子空间/表面电荷和沿面电场的调控研究

空间/表面电荷积聚是导致直流GIL绝缘子沿面闪络电压降低的潜在原因,涂敷非线性电导涂层是提升沿面绝缘性能的有效方法。本文建立了电场依赖性非线性电导涂层对绝缘子空间/表面电荷及沿面电场调控的数学模型,综合考虑了绝缘气体电流密度以及绝缘子固体电导率与电场强度的非线性关系,通过该模型研究了温度梯度分布下绝缘子内部电荷的分布规律,以及非线性电导涂层对绝缘子表面电荷积聚的影响机制。结果表明：非线性电导涂层对空间电荷消散有明显的促进作用,高压电极附近的同极性电荷主导了表面电荷分布;由于表面电荷分布和切向电场的改善,绝缘子的沿面闪络性能得到提高;在绝缘子与涂层界面之间会积聚正电荷,并从高压电极向地电极逐步递减。     

碳化硅/有机化蒙脱土/环氧树脂微纳米复合防电晕材料性能研究

制备了碳化硅/有机化蒙脱土/环氧树脂微纳米复合非线性防电晕材料,实验分析了复合材料中碳化硅和有机化蒙脱土的含量对材料介电性能的影响,并对应用该复合防电晕材料的线棒进行试验,测试了线棒的耐电晕性能以及防晕区表面温度.结果表明:一定含量的纳米有机化蒙脱土的加入能有效提高SiC防电晕复合材料的非线性特性,降低线棒防晕区域表面温度,提高耐电晕性能.     

直流GIL绝缘子表面电荷抑制方法的研究进展

绝缘子表面电荷的积聚是造成大型输电设备如直流气体绝缘输电线路(gas insulated transmission lines,GIL)绝缘性能下降的重要因素,研究如何有效抑制绝缘子表面电荷积聚具有重要的工程意义。而通过材料改性调控和抑制表面电荷积聚是目前较为普遍和有效的思路。该文从绝缘子表面改性、掺杂改性和其他改性3个主要的改性策略入手,综述了近年来通过材料改性调控表面电荷的最新研究进展,并对每种方法的优势和不足进行分析。最后,该文对未来通过材料改性来调控表面电荷积聚的研究方向进行展望。     

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。     

气体绝缘组合电器中微米量级金属粉尘运动和放电特征

金属微粒是气体绝缘组合电器(GIS)绝缘安全的主要威胁之一,对金属微粒的研究集中在毫米量级尺寸,而动静触头摩擦掉落污染物在微米量级,因此需要针对微粒量级金属粉尘的运动行为和放电特性展开研究。该文搭建了126kV GIS 2∶1缩比试验平台,记录了粉尘运动影像、绝缘子表面和腔体底面的附着图像,测试了粉尘跳动和吸附阶段脉冲电流信号。研究结果表明:金属粉尘在径向跳动外,轴向和切向也有扩散运动,数分钟后,粉尘停止运动,在腔体内形成吸附。在绝缘子表面吸附统计中,纵向分布比较均匀,径向分布中,绝缘子表面外侧区域粉尘分布略高于内侧,总体上均匀分布。腔壁底面的金属粉尘分布量与电场强度呈负相关,弱电场区更容易吸附和聚集粉尘。粉尘跳动阶段可以测到放电图谱,而停止运动吸附后,1.83U_0下72h内测试不到放电信号。分析了库仑力F_q与气体阻力F_v是粉尘运动的主导因素,范德瓦尔斯力是粉尘吸附腔壁的原因,而绝缘子表面的吸附则是镜像力和范德瓦尔斯力的共同作用。     

低密度聚乙烯/纳米蒙脱土复合材料的水树枝生长特性

低密度聚乙烯是高压电力电缆的主要绝缘材料,水树枝生长特性与聚乙烯高压电力电缆绝缘击穿具有紧密联系。采用熔融插层复合法制备了一种低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料;设计制作了纳米复合材料的水树枝老化试样及试验装置,在试验中观测了试样的水树枝生长长度,并对试样的水树枝引发率进行了统计,分析了低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的吸水率对水树枝生长的影响;采用差示扫描热法分析了试样的结晶度和晶粒尺寸均匀性,通过分析低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的结晶行为,说明了纳米蒙脱土对纳米复合材料中水树枝的抑制机理。试验与分析结果表明:掺杂质量分数为3%的纳米蒙脱土粒子能够有效地提高低密度聚乙烯的结晶度,使晶粒尺寸分布均匀,吸水率减小,延缓水树枝在低密度聚乙烯中的引发与生长。     

低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的电树枝生长特性

绝缘材料的电树枝生长特性分析是评估其绝缘性能的重要方法之一。采用熔融插层复合法制备了一种低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料,设计制作了纳米复合材料的电树枝生长试样及实验系统,在实验中观测了恒定电压下试样中电树枝生长过程及电树枝形态,测量了试样中电树枝的生长速度与扩散系数,分析了电树枝的局部放电统计特性。通过分析低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的结晶行为,说明了纳米蒙脱土对该纳米复合材料中电树枝的抑制机制。实验与分析结果表明:纳米蒙脱土粒子有效提高了低密度聚乙烯的结晶度并减小了晶粒尺寸。同时,纳米蒙脱土粒子有利于降低纳米复合材料电树枝局部放电量与放电重复率,延缓了电树枝的引发与生长。     

直流气体绝缘开关装置绝缘设计的探讨

根据目前国际上关于直流气体绝缘开关装置的研究动态,对直流气体绝缘开关装置绝缘结构的设计进行探讨.认为对自由金属微粒和表面电荷积聚的抑制是直流气体绝缘开关装置绝缘设计的重点.对日本±500 kV直流气体绝缘开关装置在抑制金属微粒方面的研究结果进行介绍.同时对绝缘子表面电荷积聚问题及其抑制方法进行讨论.     

不同温度下弹跳金属微粒对圆盘绝缘子表面电荷积聚的影响

气体绝缘开关设备(GIS)和输电线路(GIL)中的金属微粒在电场作用下可弹跳至绝缘子附近,加剧表面电荷积聚,严重时会引发沿面闪络事故。选取126 kV圆盘绝缘子为试样,设计了同轴电极系统,采用Kelvin型静电探头研究了不同温度下（23、40、60℃）弹跳金属微粒对绝缘子表面电荷积聚特性的影响。结果表明：在室温下,绝缘...     

碳化硅表面改性对固体绝缘介质表面电荷聚散特性的影响研究

为了揭示涂覆碳化硅对固体绝缘介质表面电荷聚散特性的影响机制,本研究建立了基于静电探头的固体绝缘表面电荷的测量实验平台,通过对表面涂覆碳化硅的PMMA试样进行测定,获取了不同条件下固体绝缘介质的表面电荷分布特性。结果表明:涂覆碳化硅对绝缘材料表面电荷积聚的影响较小,而当碳化硅含量超过45%时,绝缘材料表面电荷消散速率明显加快,且由于碳化硅体积电导率与外加电场存在非线性关系,阈值电场随着涂覆碳化硅含量增加而降低,在涂覆较高含量碳化硅后,固体绝缘材料因积聚一定量的表面电荷使其表面等效电导率明显提升,表面电荷消散速率加快,对固体绝缘介质表面积聚的电荷起到了调控作用。     

基于X射线短时照射的高压直流GIS/GIL绝缘子表面电荷主动消散方法

直流气体绝缘开关装置及气体绝缘输电管道(GIS/GIL)绝缘子长期运行过程中会积聚大量表面电荷,易引起绝缘子异常闪络。近年来国内外学者开展了大量卓有成效的工作,深刻揭示了绝缘子表面电荷的积聚和消散机理,但GIS/GIL不打开罐体条件下,绝缘子表面电荷的快速消散问题一直没有解决。该文首次提出基于X射线短时照射的绝缘子表面电荷主动消散新方法,试验研究发现X射线照射30s即能使空气中绝缘子表面电荷几乎完全消散。对基于X射线照射的绝缘子表面电荷消散机理进行了探讨,认为X射线可能通过促进气体侧电荷沿传导及绝缘子表面电荷脱陷而实现其快速消散。由于X射线能够穿透GIS/GIL金属罐体,相关实验结果为GIS/GIL不打开罐体条件下实现绝缘子表面电荷快速消散提供了可能途径,对进一步推进直流GIS/GIL工程化具有重要意义。     

碳化硅改性超疏水涂层协同增强直流沿面闪络性能及机理研究

超疏水涂层在能源电力装备防湿/污闪络方面具有潜在的应用前景，但其表面在直流电场下易积聚电荷，导致电场畸变，诱发沿面闪络。该文研制了一种兼具优异憎水性和电荷消散特性的碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层，研究了其沿面闪络特性和机理。结果表明，填充碳化硅质量分数为40%的氟碳树脂超疏水涂层沿面闪络性能最佳，与室温硫化（RTV）硅橡胶涂层相比，其干闪和湿闪电压分别提升了62.1%和90.6%。研究发现，填充40%碳化硅的氟碳树脂超疏水涂层表面以浅陷阱为主，被捕获的载流子易于脱陷，有效提升了涂层的沿面干闪电压；同时，该超疏水涂层表面粘附功低，水滴易被电场驱离，可形成较大干区，显著提升了涂层的湿闪电压。因此，碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表现出良好的憎水性能、电荷消散特性和直流沿面闪络性能，对提升高湿环境中能源电力装备的绝缘性能具有重要参考价值。     

振动诱发金属微粒弹跳对圆盘绝缘子表面电荷积聚的影响

绝缘子上积聚的表面电荷是影响直流GIS/GIL绝缘性能的关键因素,金属微粒对表面电荷的积聚具有重要影响。在GIS/GIL的运行过程中,设备振动诱发金属微粒弹跳从而改变电荷的积聚行为,威胁设备的绝缘安全。因此,研究振动诱发的金属微粒弹跳对表面电荷积聚的影响具有重要意义。本文以126 kV圆盘绝缘子为试样,搭建了非周期振动发生装置,测量了振动条件下线形金属微粒的运动轨迹及绝缘子表面电荷的积聚情况,分析了启举方式和微粒最终位置对绝缘子表面电荷积聚的影响。结果表明：微粒以先滚动后启举的方式比直接启举的方式导致表面电荷积聚更明显,并且微粒最终静止在交界区比静止在平面区积聚更多电荷。     

±200 kV直流盆式绝缘子的研制

盆式绝缘子是气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)设备研制的核心元件,直流电压下绝缘子长期承受单极性直流电场作用,其表面会积聚大量电荷,导致固-气界面处局部电场畸变,极易引发绝缘子沿面闪络,降低设备的绝缘水平.本研究借鉴直流绝缘子的相关研究成果,通过合理控制绝缘子表面场强及提高绝缘材料的电阻率实现对表面电荷积聚的抑制,借助仿真手段指导结构优化设计,完成了绝缘子浇注并通过交直流应力下的介电试验及力学性能试验,验证了设计的正确性.     

输电管道中环氧树脂绝缘子氟化改性研究现状

气体绝缘金属封闭输电线路在长期运行过程中,其环氧树脂绝缘子表面电荷积聚导致气固界面电场畸变,严重威胁系统安全稳定运行。表面氟化处理是聚合物绝缘材料表层分子调控的重要手段之一,以其工艺简单、技术成熟和成本低廉等优势为绝缘子表面改性提供了可行的思路。为此主要基于国内外研究成果,从调控介电参数、抑制表面电荷以及提升闪络电压3个方面,分析表面氟化改性的作用机理,综述了氟化处理用于环氧树脂绝缘子表面改性的研究进展,多篇文献结果显示环氧树脂复合材料经过氟化处理后电气性能得到明显提升。最后,提出了研究中存在的问题及氟化技术的应用前景。     

特高压GIS盆式绝缘子沿面闪络特性研究综述

盆式绝缘子是GIS最薄弱的绝缘环节。文中统计了GIS故障缺陷类型,对GIS故障发生率进行了计算。针对盆式绝缘子沿面闪络特性影响因素进行了系统分析,包括金属颗粒、绝缘子表面缺陷、表面电荷等。探讨了金属颗粒荷电和受力情况、运动特性及其抑制措施。对盆式绝缘子表面缺陷类型、演化过程及其检测方法进行了探索。直流电压下,GIS盆式绝缘子表面极易积聚大量电荷,文中对相关作用机理、测量方法和动态过程进行了总结。详细阐述了轮廓优化,介电涂层和功能梯度材料等提高沿面闪络电压方法的特点和应用范围,对各种方法的优缺点进行了讨论和比较。结合中国在建的特高压输电工程,对GIS/GIL盆式绝缘子设计提出了一些参考性建议。     

直流气体绝缘金属封闭输电线路中绝缘子的表面电荷积聚研究

直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated transmission line,GIL)在特殊环境下可替代部分架空输电线路或电缆,从而提高输电走廊选择的灵活性。严重影响直流GIL绝缘水平的关键因素之一是沿支撑绝缘子表面的电荷积聚现象。通过建立一个板板电极系统来模拟GIL中同轴圆柱结构的电场分布,研究直流下GIL中绝缘子电荷积聚的机制,绝缘子的形状、SF6的电导率对表面电荷积聚的影响,以及电荷积聚对绝缘子沿面电场分布的影响。结果表明,聚四氟乙烯绝缘子的表面电导率比体积电导率受电场的影响更大;初始时沿面法向场强小的绝缘子的电荷积聚能得到明显抑制;SF6的电导率与绝缘子表面电导率的比值影响积聚电荷的极性。     

直流GIL中线形金属微粒对柱式绝缘子表面电荷积聚的影响

针对直流气体绝缘金属封闭输电线路中导电微粒污染问题,研究其对柱式绝缘子表面电荷积聚的影响。首先基于麦克斯韦方程组理论,对绝缘子表面电荷的积聚情况进行分析;并进一步纳入微粒污染以及气体侧空间离子的产生、复合、迁移、扩散等作用,建立了微粒污染情况下包含气体侧微观机制的绝缘子表面电荷积聚模型,利用COMSOL软件对不同极性下绝缘子表面附着微粒以及绝缘子附近存在悬浮微粒两种情况分别进行了求解分析。此外,结合前人实验研究的数据证明了仿真方法与结果的有效性和正确性。结果表明:附着绝缘子表面的导电微粒可引起表面电荷的积聚激增,其中附着在中间部位的微粒引起的电荷激增量更为显著,且微粒两端积聚电荷的电性相反;悬浮微粒对表面电荷积聚的影响较小,当悬浮微粒距绝缘子表面垂直距离超过4倍微粒直径时,其对绝缘子表面电荷的影响可以忽略。