聚合物绝缘空间电荷动力学的理论模型与数值仿真研究进展

强电场下聚合物空间电荷动力学过程的物理机制、实验观测及其与电气绝缘特性的关联是高电压绝缘领域的研究热点之一。目前,空间电荷测量技术的信号质量、空间分辨率与测量速度难以满足实际工程需求,而空间电荷动力学数值仿真能提供实验难以获得的数据以及发现规律,判定起主导作用的经典电导模型,有助于揭示绝缘老化机理、指导产品设计、预测服役寿命。该文首先介绍聚合物绝缘空间电荷动力学的基本理论和数学方程的一般形式,梳理2种典型绝缘结构的空间电荷仿真模型,并述评常用数值算法的特点。其次,介绍空间电荷数值仿真在基础电气性能表征、空间电荷包现象模拟以及电树枝老化特性阐释的初步应用。最后,针对空间电荷动力学模型算法的完善、微观材料参数的提取、多尺度仿真路线的提出、大尺寸和多层介质空间电荷的测量问题进行了展望。     

直流电场下油纸绝缘介质界面处的空间电荷特性

换流变压器是直流输电系统的核心设备,其油纸复合绝缘结构的空间电荷特性复杂,工程实践表明其对绝缘放电的影响不可忽略,因此针对油纸复合绝缘开展空间电荷特性的研究对换流变绝缘结构设计和运行分析有指导意义。为此,应用电声脉冲（PEA）法研究了电场对双层油浸纸介质中空间电荷特性的影响以及界面处的空间电荷特性。指出在双层油浸纸的界...     

变压器油道内油流带电现象与油道电场的仿真计算

油流带电对电力变压器造成危害,引起系统故障甚至事故,为此实验测量了油道内的冲流电流,并仿真计算了油道中的电场强度分布。以变压器中典型的并联油道结构为研究对象,分别对油流温度、流速以及外加电场因素影响下的油道内的冲流电流进行了测量,得到了冲流电流的分布规律。试验结果表明冲流电流在外电场作用下呈现随电场强度增大指数增大的现象。基于上述试验研究,对相应的仿真模型施加交流电场与表面静电荷两种载荷,进行了有限元仿真计算,得到了油道内部的场强分布。计算结果表明,在表面静电荷与外电场等2种载荷共同作用下,油道内与电极接触绝缘纸板油纸界面处油侧的电场强度由无表面静电荷作用下的4.9kV/mm上升至10kV/mm,油道内局部电场出现严重畸变并呈现增大的趋势。因此,应当采取有效的措施预防或减少油流带电造成的危害。     

退火条件对聚乙烯薄膜直流电导的影响

通过不同退火条件得到不同微观结构的高密度聚乙烯 (HDPE) ,基于热激电子发射过程研究了 HDPE微观结构对直流电导的影响。随着结晶度从 5 3%增至 6 8% ,聚乙烯试品的电极 -电介质接触电势由 2 .75 e V降至 2 .2 4 e V。试验表明 ,电极 -聚合物表面穿晶区的微观结构变化导致电极内费米能级和聚合物内导电状态下电子势能的不同     

Y2O3、Ga2O3和B2O3共掺杂对ZnO压敏电阻微观结构和电气性能的影响

稀土元素的掺杂能显著提高ZnO压敏电阻的电压梯度(E_1mA),但却会导致泄漏电流的增加,从而致使ZnO压敏电阻的老化稳定性降低。为了解决稀土元素掺杂导致泄漏电流增加的问题,研究了Y₂O₃、Ga₂O₃和B₂O₃共掺杂对ZnO压敏电阻微观结构和电气性能的影响。掺杂的Y₂O₃通过钉扎效应能够显著抑制ZnO晶粒的生长提高样品的E_1mA。Ga₂O₃的掺杂则有助于提高晶界层的势垒高度(φ_b)、抑制泄漏电流密度(J_L)的增加。而B₂O₃的掺杂则有助于改善样品的液相烧结,避免具有高电阻率Y尖晶石相聚集现象的发生,传输通道的阻断有利于降低样品的J_L。此外,B₂O₃的掺杂能够促进ZnO晶粒与其他...     

居里温度区BaTiO_3基陶瓷电容器的直流击穿特性

研究了BaTiO3基多层陶瓷电容器(MLCs)直流击穿与温度的关系。测量了从室温到250℃范围内BaTiO3基多层陶瓷电容器的直流击穿场强(BDFs),通过分析直流预压对BDFs的影响,发现空间电荷的同性效应对MLCs的室温和居里温度区的直流击穿有很大的影响;而在高温区,MLCs的直流击穿主要是热击穿。最后根据结构控制Schottky电导理论,联系热离子反射过程和势垒高度对空间电荷积累的影响,从而得出居里温度区具有极小击穿场强的直流击穿特性与BaTiO3基陶瓷绝缘体相转变导致的势垒高度的增加相一致的结论。     

热处理对聚乙烯材料中电树发展的影响

电树与半结晶材料的形态结构有着密切的关系。在本文中,首先通过两种不同的热处理方式：（1）自然冷却,（2）急冷对高密度聚乙烯和低密度聚乙烯薄膜进行处理,然后,在不同的实验条件下测量电树的发展速度和长度。通过试验,我们发现尽管高密度聚乙烯比低密度聚乙烯有更高的结晶度和更大的球晶尺寸,并在电树起始阶段表现出高阻性,但电树在前者中的发展比在后者中容易。据此,我们推测,材料的形态结构对于电树的发生和电树的发展有着不同的影响。     

基于新能源-负荷相似性的源荷储协调调峰优化调度

合理利用可调节负荷的响应特性来实现源荷储的协调调度,可有效缓解新能源、负荷的不确定性所带来的调峰压力。基于新能源-负荷（NER-L）相似性,建立可调节负荷响应目标。基于相关系数,建立能准确刻画负荷对新能源出力跟踪匹配程度的NER-L相似性指标,并将指标引入所建源荷储协调调峰的双阶段优化调度模型。第一阶段模型以NER-L相关系数最大为目标,确定可调节负荷在各时段的响应功率并获得最优电网负荷;第二阶段模型以弃风弃光量最小、调峰运行成本最低为目标,优化火电机组及储能出力。以IEEE 30节点系统为例,对NER-L相似性、净负荷峰谷差、系统调峰运行经济性及新能源弃电功率进行计算分析,结果验证了所提模型的有效性。     

Generation of Atmospheric Pressure Plasma by Repetitive Nanosecond Pulses in Air Using Water Electrodes

Dielectric barrier discharge （DBD） excitated by pulsed power is a promising method for producing nonthermal plasma at atmospheric pressure. Discharge characteri...     

蒙特卡罗法计算线路雷击跳闸率随机过程研究

针对规程法分析输电线路防雷性能中过于简单化和EMTP计算复杂化问题,用较符合雷击实际过程的蒙特卡罗法计算输电线路雷击跳闸率。因雷击随机过程的选取直接影响计算速度和计算结果的确信度,故在研究了雷电流幅值、波头时间、雷击部位、工频电压瞬时值、风偏等随机过程对跳闸率计算的影响的基础上,综合考虑计算速度和计算结果确信度,确定雷电流幅值、雷击部位、反击时工频电压瞬时值为蒙特卡罗法中需要考虑的因素。经验证设计的蒙特卡罗法雷击跳闸率计算结果和实际运行线路雷击跳闸率统计结果相吻合。