双向拉伸聚丙烯薄膜shish-kebab结构的辐照劣化模型研究

高能射线辐照会导致电容器储能介质发生交联和降解等化学变化,进而影响到电容器的宏观电气性能和应用性能。该文以双向拉伸聚丙烯(biaxially oriented polypropylene,BOPP)薄膜典型的串晶结构(shish-kebab)为对象,研究了γ辐照积累剂量D对分子链结构和结晶特性的影响,建立了辐照劣化模型。研究结果表明,当D<10 kGy时,辐照交联和降解反应同时发生且程度相当,结晶度和大分子含量均无明显变化;当D≥10 kGy时,辐照降解反应占主导,shish晶逐渐被破坏,结晶度和大分子含量逐渐下降;当D=1000 kGy时,shish-kebab结构几乎完全破坏,薄膜内主要为片晶和无定形结构。该模型描述了γ辐照下shish-kebab结构的劣化过程,为聚合物晶体结构的辐照老化机理研究提供参考。

温度对油-纸界面处微水迁移与局部放电的影响

变压器内部温度的改变会使油-纸绝缘中水分分布和聚集位置发生改变,而局部高含水量会严重影响油-纸绝缘的电气强度。因此,有必要研究温度对油-纸绝缘界面处微水迁移与局部放电(PD)的影响。该文利用楔形-板电极,研究了升温、起泡及降温过程中不同含水量(W_(C)=3.61%和5.76%)的油-纸绝缘体系在水分瞬态作用下的PD特性。在温度变化过程中,持续监测油的温度、含水量和水活性,并采用升压及恒定电压法进行PD试验。试验结果表明,温度升高,油-纸界面处局部放电起始电压(PDIV)短时增加,随后PDIV开始逐渐降低且PD强度突然增强。两种含水量体系的油中含水量均逐渐增加。油浸纸板含水量越高,从纸板进入油中的水分越多。气泡出现,PDIV快速下降,油中含水量急剧增加。降温阶段,两个体系的PDIV呈现先减后增趋势,与之相对应,PD强度呈现先增后减趋势,且PD均保持在一个相对较高的水平。油温降至室温,PD并未完全消失。该研究成果对油浸式电力设备中水分的实时监测及其绝缘性能的评估具有重要理论价值。

气隙长度对大气压下环氧树脂阻挡放电的影响研究

为了研究气隙长度对大气压下介质阻挡放电的影响机制,从而进一步明晰介质阻挡放电的放电机理及特性,基于气体放电流体模型,针对长度3 mm以下的环氧树脂阻挡同轴电极气隙,在外施电场恒定的条件下对其放电微观过程进行仿真,从带电粒子微观运动角度研究气隙长度对气隙放电特性的影响。仿真结果表明:在长度小于3 mm的气隙中,环氧树脂的阻挡导致电子崩无法发展成为流注,其放电形式为汤森放电;气隙长度对放电过程的影响主要通过改变带电粒子的分布和电场强度来实现;气隙长度对放电发展速度几乎没有影响;当电子崩靠近较短气隙的阳极时,其崩头密度低于较长气隙;随着气隙长度的增加,放电电流峰值增大,上升速度和降落速度增加,脉冲宽度减小。通过对比理论计算与实验结果,证明了仿真方法的合理性。

不同热老化温度下高压电缆绝缘特性及失效机理

高压电缆的运行温度是影响其绝缘性能的关键因素。该文通过对交联聚乙烯(XLPE)开展不同温度下的加速热老化实验,对比了XLPE微观理化性能和宏观电学性能的变化规律。同时,在微观层面模拟了XLPE分子在不同温度下自由体积与均方位移的变化规律,在宏观层面结合XLPE的介电性能分析了高压电缆内部温度场的变化规律,进而揭示了高温下高压电缆的绝缘失效机理。研究结果表明,随着老化温度的升高,XLPE分子的劣化程度加快,羰基、碳碳双键等官能团含量增大;介质损耗因数与介电常数逐渐增加,甚至出现了突增的现象;结晶区结构的被破坏加快了击穿场强的下降;分子运动加剧,自由体积率从12.53%增大至14.07%。老化后介电性能的下降会导致电缆内部温度升高,从而对电缆的热老化起到了正反馈作用。

电压稳定剂接枝改性对500 kV直流XLPE电缆材料电气性能的影响

为了研究4-乙酰氧基苯乙烯(AOS)电压稳定剂接枝改性对500kV高压直流交联聚乙烯(XLPE)电缆材料在不同温度、电场强度和接枝含量下的电气性能的影响,该文通过熔融接枝法制备了不同含量的AOS接枝XLPE(XLPE-g-AOS)试样,通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和差示扫描量热实验分别表征试样的微观形貌、理化结构和结晶特性,对试样进行了直流电导电流、空间电荷、直流击穿、热刺激去极化电流测量,得到试样在不同温度和电场强度下的电气性能参数,结合量子化学计算分析了AOS接枝对XLPE复合材料陷阱特性和电荷输运的影响。结果表明:AOS接枝使试样断面形貌更加粗糙,而较高含量接枝会出现纳米球形分散相;XLPE-g-AOS的熔融温度和结晶度比纯XLPE更高;AOS质量分数为3%的XLPE-g-AOS具有最大的浅陷阱能级和密度,且其在高温高电场下具有最低的直流电导率、最少的空间电荷积聚量、最小的电场畸变率和最高的直流击穿强度。接枝AOS引入了更深且更多的浅陷阱,形成了均匀致密的浅陷阱点阵,阻碍了载流子迁移。

平板电极下微米级粉尘弥散浓度探测方法与时空演化特性分析

气体绝缘全封闭组合电器/气体绝缘金属封闭输电线路(GIS/GIL)在生产、运行和维护过程中会不可避免地产生微米级粉尘,可能是诱发工程现场不明放电的根本原因。为检测微米级粉尘弥散浓度并研究浓度的时空演化特性,该文分析了10000目、2000目和1000目粉尘的光散射特性,在此基础上设计并搭建了基于平板电极的粉尘浓度探测平台,实现了粉尘弥散浓度的定量探测。通过实验研究,获得了在升压过程和持续加压下,不同粒径、不同初始质量微米级粉尘的弥散浓度演化规律。研究表明,随着电压作用时间的增加,粉尘浓度快速出现最大值,然后逐渐下降。微米级粉尘弥散浓度在升压过程中会出现峰值现象,当粉尘粒径减小或初始质量增大时,均出现更大的浓度峰值。在粉尘运动过程中,存在团聚启举的特殊现象,造成严重的电场畸变,威胁气隙绝缘安全。该文结果阐释了微米级金属粉尘弥散浓度的时空演化规律,可为GIS/GIL等电气设备中微米级金属污染物的监测和危险程度评估提供支撑。

温度对车载高压电缆终端局部放电特性的影响研究

电缆终端作为高速列车的一个重要设备,在接触网与列车之间的能量传递中起着重要作用。然而由电缆终端界面缺陷引起的局部放电,严重影响着电缆终端的绝缘性能与列车的行车安全。通过实验的方法,制作了含有不同长度气隙的电缆终端试验品,并在27.5 kV的电压条件下进行了实验,探究了不同缺陷长度的电缆终端在不同环境温度下的局部放电特性。结果表明,相同气隙长度的电缆终端在27.5 kV的电压条件下,其局部放电量随着环境温度呈现出先上升后下降的趋势。根据这一特性可以知道在一定的电压等级之下,电缆终端的放电量主要受温度影响,当超过某一温度后,由于温升导致的电缆终端内部压力变化成为影响局部放电量的主要因素,并且随着气隙长度的增加,同一温度下的局部放电起始电压呈现增加的趋势。

交直流输电管道绝缘运行安全关键技术

交直流输电管道具有电压等级高、电磁辐射小、敷设灵活性强等优势,在超特高压输电领域弥补了架空线路和电缆铺设的局限性,具有广泛应用前景。影响输电管道运行安全的首要因素是绝缘故障,而其中两大重要诱因是内部微粒的荷电运动和气固界面的电荷积聚。该文系统化梳理国内外相关研究,包括微粒运动与电荷积聚的时空交互、微粒与电荷积聚耦合下的放电物理机制、绝缘子性能增强设计方法、微粒抑制技术等。在此基础上总结出亟待解决的两个关键难题以及需要攻克的技术瓶颈。针对荷电微纳粉尘随机动力学特性与其诱发微弱放电的物理机制,在测量基础上须突破粉尘可视化探测瓶颈,并发展粉尘动力学行为仿真方法,以及基于飞秒瞬态光谱特征的放电检测技术。针对基于电荷调控机制的主动式微粒活性抑制理论,须开发新型涂层材料的精准制备与稳定涂覆工艺,提出主动式微粒协同抑制方法,探索智能输电管道全生命周期数字孪生技术。上述问题的有效解决,可为提升交直流输电管道绝缘安全运行水平提供理论基础和技术支撑。

外部环境温度与内部气压对HVDC GIL表面电荷积聚的影响

盆式绝缘子的表面电荷积聚是制约高压直流GIL发展的重要因素之一,而GIL内部热传递过程会加剧表面电荷的积聚进程。本文建立了电荷积聚的电-热场耦合数学模型,模拟了不同外部环境温度和内部气体压力下高压直流GIL内部温度随时间的变化情况,进一步研究了外部环境温度恒定及时变情况下的表面电荷积聚特征,并分析了其对表面电荷积聚的影响。结果表明:在外部环境温度为恒定值的情况下,外部温度每升高10℃,绝缘子表面的稳态温度会升高9.2%以上,绝缘子的稳态表面电荷密度也会因此增加17.3%以上。当考虑到外部环境温度随时间变化时,绝缘子表面的温度在持续上升一段时间后,最终会在特定温度范围内波动,此时绝缘子表面电荷密度与外部环境平均温度下的表面电荷密度值近似相等。此外,绝缘子的表面温度和电荷密度会随着气压的升高而减小。研究结果有望为直流GIL的设计和运行提供参考,从而提高直流GIL运行的安全性和稳定性。

电网覆冰防治方法和研究进展

分析了国内外电网几种典型的覆冰防治方案,总结了俄罗斯、加拿大和美国等的电网防冰方法及其进展情况,讨论了各种除冰防治方法的特点,重点讨论和比较了过电流融冰法、短路电流融冰法和直流电流融冰法3种大电流融冰方法的特点,提出了应重视电网防冰工作、加强实用技术研究、加强防冰工作的系统性和标准化研究以及输配电系统的鲁棒性建设的防治覆冰建议,以期为提高电网的安全可靠性、增强电网防冰减灾和防止其它类似自然灾害的能力提供参考。

全国输电线路覆冰情况调研及事故分析

通过对特高压输电线路的覆冰情况进行调研,收集相关气象资料以及对近年来全国输电线路发生的重大覆冰事故进行统计分析,发现覆冰多发生在华中和西南地区;主要集中在一月份;海拔高度、微地形、微气象对覆冰的影响较大。结合雨凇的分布区域对输电线路覆冰事故的特点及原因进行了总结,并对覆冰事故的类型进行了统计,结果表明:覆冰事故分布区域广、事故危害严重;输电线路覆冰事故大部分发生在雨凇气象条件下,且温度稍低于0℃;同一地区发生覆冰事故频繁;在各种覆冰事故类型中,绝缘子冰闪是发生最频繁的事故之一。最后提出了减少和防治线路覆冰事故的方法。

污秽颗粒在绝缘表面的碰撞和吸附

为研究影响污秽颗粒(以下简称颗粒)在绝缘表面吸附的因素,分别建立了污秽颗粒和绝缘表面的模型,在考虑绝缘表面边界层影响的前提下,分析了污秽颗粒在绝缘表面碰撞和吸附的受力和运动情况,制定了污秽颗粒在绝缘表面吸附的判据,分析了颗粒直径(以下简称粒径)、空气中的主流风速、空气相对湿度对污秽颗粒在绝缘表面吸附的影响。最后得出结论,粒径是影响绝缘表面积污的首要因素,粒径越小越容易吸附;其次是空气相对湿度,湿度越大越容易吸附;最后是空气中的主流风速,风速越大越容易吸附。

电力架空线路覆冰雪的国内外研究现状

总结了国内外电力覆冰雪的研究现状,包括线路覆冰雪造成的危害,以及覆冰雪与气象因素之间的关系、覆冰雪增长预测模型、冰雪在线监测、线路除冰技术等方面的研究成果。文章还介绍了作者研发的输电线路冰雪在线监测系统的实际运行效果,并重点分析了转移负载法、短路法、交直流电流法等几种常见热力除冰方法的适用条件。

温度对硅橡胶电树枝老化特性的影响

电缆系统运行温度对新型超高压预制式电缆附件主绝缘材料高温硫化(HTV)硅橡胶的性能具有重要的影响。为此,针对温度对HTV硅橡胶材料电树枝老化特性的影响展开了试验研究,测定了温度对HTV硅橡胶材料电树枝老化特性的影响规律,并对试验结果进行了理论分析。研究结果表明,在试验温度范围内,温升导致HTV硅橡胶击穿场强呈现略微下降的趋势,而起树电压则随温度的升高明显下降。试验中还发现HTV硅橡胶电树枝形态与温度密切相关,室温条件下以树枝状和松枝状电树枝为主,而高温下则以丛状电树枝为主。对上述试验结果的分析讨论后认为,温升引起HTV硅橡胶起树电压的大幅降低是导致新型预制式硅橡胶超高压电缆附件绝缘故障频繁的重要原因,因此,在电缆附件的绝缘结构设计时,对于温度变化而引起材料电气性能参数变化的相关问题应给予更多的关注。

复杂环境条件下绝缘子闪络电压预测神经网络模型的建立及应用

在人工气候实验室试验数据的基础上,提出一种新的应用人工神经网络选择输电线路外绝缘的方法。这种方法利用神经网络模型映射环境条件和绝缘子闪络电压的关系,当经过训练和验证后的绝缘子人工神经网络模型建立后,就能利用此模型预测绝缘子在复杂大气环境下的闪络电压,同时,可以利用此模型分析绝缘子在不同大气环境下的电气特性及比较相同大气环境下不同绝缘子的特性,给高压输电线路外绝缘选择提供依据。

针尖曲率半径对硅橡胶电树枝老化特性的影响

针对硅橡胶材料电树枝老化特性展开了试验研究。采用针板电极结构,测量了不同针尖曲率半径的起树电压和电树枝形态。结果表明,硅橡胶的起树电压较低,抗电树枝老化性能较差,导致了硅橡胶预制式电缆附件故障频发;硅橡胶中的起始电树枝多以单枝状的通道形成为标志,随后发展为4种不同的电树枝形态。进而提出了硅橡胶电树枝形态发展模型,并以此讨论了不同形态的电树枝老化特性。研究还发现,现场实际运行的硅橡胶预制式电缆附件故障解体后发现了单枝通道起始电树枝,其在运行电压作用下容易发展为细枝型形态,但同样会引发电缆附件的击穿。试验结果为现场故障分析提供了参考依据。

220kV线路悬式绝缘子串异物临近放电机制研究

为研究玻璃绝缘子串在鸟粪和鸟巢材料(异物)下落时的放电机制,用铁丝模拟异物进行了试验研究,首先开展了异物临近时间隙放电试验,基于对不同铁丝长度和空间布置时放电电压的测量和放电路径的观察,分析了放电机制。研究表明:当足够长的铁丝临近绝缘子串时,放电过程仅是铁丝上下两端空气间隙的击穿过程;当较短的铁丝临近时,放电过程为空气间隙击穿和绝缘子沿面放电的混合。然后开展了铁丝与金具电极间隙放电试验,基于对不同间隙长度下放电电压的测量,分析了间隙放电特性,研究表明铁丝–金具间隙与典型的棒–棒间隙击穿特性相似,理论计算中取平均击穿电压梯度为4.0 kV/cm。最后建立了实际线路和试验布置的三维有限元模型,研究异物临近对绝缘子串周围电位和电场分布的影响,将仿真计算得到的放电电压与实际试验电压进行对比,验证了试验结果的准确性。放电机制、试验和仿真结果可为输电线路杆塔涉鸟故障风险区域划定提供参考依据。

盐/灰密对不同型式绝缘子交流人工污秽闪络特性的影响

污秽闪络特性是输电线路外绝缘选择的重要依据之一。根据一系列人工污秽试验,文中分析了等值附盐密度、灰密对不同型式绝缘子交流污闪特性的影响。结果表明:随着盐密或灰密的增加,绝缘子的污闪电压下降,且盐密和灰密对污闪电压的影响是相互独立的。使用最小二乘法分析6种绝缘子的污闪试验结果,得到其污闪电压校正公式。分析可知盐密和灰密对不同型式绝缘子污闪电压的影响有差异,特征指数c、d反应了盐密和灰密对污闪特性的影响程度。

输电线路直流短路融冰的临界电流分析

根据导线覆冰后短路融冰的物理过程,分析直流融冰的基本条件,通过融冰的热平衡过程分析,建立直流临界融冰条件的物理数学模型,提出计算冰面温度和临界融冰电流的方法,分析影响冰面温度和临界融冰电流的因素,并在人工气候室对建立的模型和提出的方法进行了试验验证,试验结果和计算结果基本吻合。分析计算和试验结果表明:在进行直流短路融冰时,融冰电流必须大于临界融冰电流,并根据覆冰和环境条件合理选择融冰电流;临界融冰电流是冰面温度、导线直径和覆冰厚度的函数,冰面温度决定了临界融冰电流,冰面温度与风速、覆冰厚度、导线直径和环境温度等均有关;覆冰厚度虽对临界融冰电流有影响,但不明显,影响临界融冰电流的主要因素是环境温度和风速。

复合绝缘子憎水性及直流污闪特性的影响因素

复合绝缘子的污闪特性很大程度上受材料的憎水性及憎水性迁移特性的制约。研究了环境因素和污秽成分对高温硫化硅橡胶材料憎水性迁移特性的影响,对灰成分和憎水性迁移时间与复合绝缘子直流污闪特性的关系进行了定量对比试验。试验结果表明,随着灰成分中硅藻土含量的增加,憎水性迁移明显加快,导致静态接触角增大,因而相应的直流污闪电压升高。该文结果可作为分析硅橡胶材料憎水性迁移特性的参考,同时也为直流复合绝缘子人工污秽试验标准的制定提供了试验依据。