聚乙烯载流子迁移率与空间电荷包形成机理

空间电荷包现象是电介质绝缘材料即将发生击穿破坏的重要标志。现有理论分析与仿真结果表明,电介质中载流子迁移率与场强的非线性关系是电荷包形成的重要条件。然而,此非线性关系的物理机制尚不清楚。为此,针对迁移率与场强的非线性关系展开研究,旨在解释聚乙烯材料中空间电荷包的形成机理。基于聚乙烯材料的定域态密度分布函数,利用以跳跃电导方式运动的电子性载流子迁移率公式,计算得到并分析了不同场强、最深陷阱中心能级与陷阱浓度等条件下的迁移率-载流子浓度关系。在迁移率的计算中,采用数值方法计算了Fermi能级,相对于解析近似方法具有更高的精度。迁移率的计算结果印证了陷阱填充效应的存在:随着陷阱不断被填充,新注入的载流子将受陷于较浅的陷阱,从而导致载流子的平均迁移率有较大提高。基于这种陷阱对载流子迁移率的调制作用,通过定性分析得出结论:电荷包运动方向后方的载流子对陷阱的填充效应可以使电荷包前后沿载流子的速度基本一致,从而为空间电荷包的形成和维持提供了一种可能的解释。     

定子线棒内均压结构对槽部电场强度及介质损耗因数的影响

运用计算机软件对24 kV/330 MW汽轮发电机定子线棒进行槽部电场及介质损耗因数的建模分析和仿真计算,得出采用内均压结构的定子线棒比采用原线棒能够有效降低换位处的最大场强18%,为确定内均压层对电场分布的改善效果和露铜点间距的选取提供了理论依据。在真机定子线棒上对具有内均压结构的线棒的介质损耗因数及其增量等性能进行了验证分析,确定了合理的内均压结构。     

直流电场下低密度聚乙烯纳米介质空间电荷特性的数值分析(英文)

The dynamic characteristics of space charge in nanocomposite of low-density polyethylene (LDPE) mixed with inorganic nano- fillers. Different from previous qualitatively theoretical works, we investigated the influence of trap depth, trap volume charge density and injection barrier height on the space charge and the electric field distribution in the nanocomposite under a DC external electric field (100 MV/m) systematically and quantificationally, through numerical simulations based on a bipolar charge transport model. The simulation re- sults showed that, the increase of trap depth would severely distort the balanced electric field distribution with the highest and the lowest electric field of 119 MV/m and 47 MV/m, respectively. It is concluded that the introduction of nanofillers creates more deep traps, which would block space charges by capturing most of them in the vicinity of electrode and hence reduce the local electric field largely. Further theoretical analysis of the simulation indicates that both the high permittivity and the low local electric field of the nanocomposite contri- buted to the increase of injection barrier height, and almost no charge could overcome an injection barrier higher than 1.25 eV. At last, a mechanism of space charge suppression in the LDPE nanocomposite was presented.     

直流换流站阀厅内三维电场的分布式并行计算

直流换流站阀厅的三维电场计算对金具结构设计与厅内场强控制具有重要的指导作用。然而,由于阀厅内部设备多、结构复杂,其几何建模与数值仿真较为困难。为此基于ANSYS分布式并行计算平台,通过对ANSYS模型实体进行自动化相对编号,提出了模块化与独立化的建模方法,并使ANSYS模型的APDL(ANSYS参数化设计语言)代码具有重用性。基于该方法建立了直流换流站阀厅内部交流侧设备的模型。通过选择适合分布式并行计算的ANSYS求解器,计算出阀厅内部的三维电场分布。计算结果表明,在当前设计方案下,阀厅内部金具表面最大场强为27.51 kV/cm,以球-板电极起晕场强作为判据,阀厅内无起晕现象。该数据为换流站阀厅的设计规划提供了可靠支撑,具有重要的指导意义。     

应用改进脉冲电声法的空间电荷波形恢复技术

脉冲电声法(pulsed electro-acoustic,PEA)测量信号因压力波的衰减与色散,传感器与外电路的滤波作用而产生畸变。介质内部体电荷产生的相对较弱信号会受到电极–介质界面处面电荷的干扰。现有信号恢复技术由于无法得到可靠的高频区压力波衰减与色散因子,其只能处理低频范围内的PEA信号。采用频率幂函数规律和时间因果理论,得到了适用于较宽频带范围的衰减与色散因子;同时,构造出除去界面面电荷对体电荷信号干扰作用的新反卷积方程,采用结合后验停止规则的迭代正则化ν方法求解该反卷积方程。通过对低密度聚乙烯PEA信号的恢复处理,验证了该文提出的改进方法。     

宽频带圆锥对数螺旋天线仿真计算与性能分析

介绍了一种用于宽脉冲电磁辐射的宽频带天线——圆锥对数螺旋天线。在通过近似解析计算进行天线结构粗略设计的基础上,利用仿真软件对其进行了较准确和全面的仿真计算,得到了天线的方向图、输入阻抗、电压驻波比和天线上的电流分布等各项参数,从而论证了原解析的误差范围和适用范围。     

变压器油纸绝缘系统中的空间电荷现象

特高压直流输电技术的发展对换流变压器绝缘系统的性能及安全稳定运行提出越来越高的要求,而空间电荷问题是影响和制约变压器油纸绝缘材料耐电强度,导致其老化和破坏的重要因素.针对换流变压器开展在交直流复合、极性反转等复杂电场作用下的空间电荷相关机理和试验研究具有重要的理论价值,而且对工程实际中的绝缘结构设计、材料制备与生产工艺亦具有指导意义.为此,针对近年来国内外油纸绝缘领域中有关空间电荷方面的研究成果和进展予以阐述和评价.在变压器油流注放电发展过程的数值仿真方面、国外学者通过数学、物理模型的建立,得到了随时间快速推移的场强与电荷浓度波峰、这是变压器油中流注发展的标志性现象.在电声脉冲法测量空间电荷方面,国内学者通过不同场强、湿度和老化程度下油纸绝缘介质中的空间特性,确定了载流子的类型、迁移率、陷阱深度、并引入量子化学方法计算得到油纸介质的分子能态密度、这是今后对微观与介观深入研究的重要方向.在复合电场条件下非线性与各向异性电场与空间电荷仿真方面、现有计算方法较为成熟.如何建市更为准确、完整的模型以得到更为符合实际的结果、则是今后的发展方向.     

高压直流双回输电线路合成电场与离子流的计算

高压直流双回输电线路在我国尚无设计与运行经验。为此,文章对双回直流线路电晕效应产生的离子流与综合电场强度进行了计算,分析了导线不同的布置方式以及线路间距、对地高度、导线分裂数、导线半径等结构参数对地表离子流和场强的影响。结果表明,两回线路上下排布方式的地表合成场强与离子流密度较小;在相同导线尺寸与同等架设高度下,合理排布的双回线路的地表场强与离子流远小于单回线路,且双回线间距越小地表场强与离子流越小;同塔双回线路的电磁环境要优于单回线路。     

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。     

纳米改性变压器油的破坏特性

变压器等输变电主设备的油纸介质已越来越不能满足特高电压等级对大容量、小型化、高可靠性绝缘系统的严格要求。为了解决输电电压等级提高带来的高性能变压器油及油纸绝缘问题,基于纳米改性技术,开展具有优异电气性能的新型纳米油纸复合绝缘系统的研究。采用变压器油纳米添加改性技术,研究了纳米改性变压器油的制备方法,得到了纳米改性提高变压器油破坏特性的最佳配比,并对纳米改性变压器油在交流、直流、雷电冲击下的破坏特性和局部放电起始电压进行了对比研究。研究发现纳米改性可以提高在较大间隙下变压器油的击穿电压,并且能显著提高其局放起始电压,改善其雷电冲击下50%放电伏秒特性曲线。基于纳米粒子介质球在电场中的极化理论,研究了粒子表面极化电荷密度分布和产生的势阱,并指出纳米粒子界面对载流子的捕获和流注的阻挡作用是较大电极间隙下纳米改性变压器油绝缘性能提高的原因。研究结果说明了纳米改性对于变压器油纸绝缘系统的性能提高提供了新的可能途径。