考虑绝缘介质荷电影响的三维离子流场计算及特性分析

当高压直流输电线路下存在绝缘介质时,导线电晕放电产生的自由电荷会积累到介质的表面,进而使周围的电场发生畸变,使得离子流场问题更加复杂。为了解决上述问题,该文基于上流有限元法提出了存在绝缘介质时的离子流场建模和计算方法。针对离子流场计算中存在多种介质时单元寻址复杂的问题,提出了有限元前处理中节点和单元的编号方法,有效解决了不同区域的识别寻址和电场求解困难的问题。然后,进行了存在绝缘介质时的线板电极离子流场实验,通过测量和计算结果的对比,验证了计算方法的有效性。最后,对存在绝缘介质时的直流导线离子流场分布特性进行了分析,发现:绝缘介质周围电场有所增大,电场增大的幅度与绝缘介质的荷电情况相关;介电常数越大,绝缘介质周围电场的变化程度越高。

MLCC绝缘介质Ba_(1-x)Ca_(x)TiO_(3)粉体的水热制备及介电研究

为提高MLCC绝缘介质材料BaTiO_(3)的上限温度和高温稳定性,本文以BaCl_(2)·H_(2)O、CaCl_(2)和H_(2)TiO_(3)为原料,KOH为矿化剂,在210℃/22 h水热反应条件下制备了Ba_(1-x)Ca_(x)TiO_(3)纳米粉体。利用XRD、SEM、LCR检测手段对样品物相结构、微观形貌和介电性能进行表征分析。结果表明:所得粉体样品均匀分散、粒径细小,粒径为(110±20)nm;Ca^(2+)的掺杂提高了BaTiO_(3)的居里温度,在1250℃/2 h条件下获得了居里温度为136.2℃、常温介电常数为1882、介质损耗因数为0.02的Ba_(0.91)Ca_(0.09)TiO_(3)陶瓷,实现了小粒径、窄分布、低团聚、高性能MLCC绝缘介质材料的制备。

高压电缆绝缘介质在线局放特性定量评估方法研究

本文探讨高压电缆绝缘介质在线局放特性的定量评估方法,并建立有效的评估模型,通过非破坏性检测方法,结合局放检测系统的构成与工作原理,采集局放特性相关数据,并运用特征提取、数据预处理和降噪技术,建立定量评估模型并对其进行优化。本研究旨在基于局放检测系统,探讨高压电缆绝缘介质在线局放特性定量评估的可行性,并建立高效的评估模型,为电力系统运行维护提供科学依据。

绝缘介质表面流注发展特性的机理研究

绝缘介质表面流注的发展是沿面闪络中的重要的物理过程,研究绝缘介质表面流注的发展特性有助于揭示沿面闪络的机理,对输电线路及电力设备的绝缘设计有着重要的意义。在"三电极"结构中,利用光电倍增管测量不同绝缘介质表面流注传播概率和传播速度随平板间电场强度的变化规律:绝缘介质表面流注传播所需的稳定传播场强大于流注在空气间隙中稳定传播的场强;同时,在高场强下,绝缘介质表面流注拥有"沿面分量"和"空气分量"2个分量,而流注在空气间隙中传播时不存在"沿面分量",只有"空气分量"。此外,不同绝缘介质表面流注稳定传播场强和传播速度存在差异:沿面流注的稳定传播场强与介质的介电常数成正比;流注的传播速度与介质的介电常数的关系不太明显,主要与介质表面电荷附着效应和光致电子发射效应有关。

环保型绝缘介质C3F7CN/CO2的分解机理

目前在电力行业中广泛应用的SF6气体具有严重的温室效应,寻找一种绝缘性能优良的环保型替代气体成为研究热点。近年来,C3F7CN及其混合气体凭借出色的绝缘性能和环保特性得到了国内外学者的广泛关注。目前针对其放电分解机理的研究较少。首先,基于ReaxFF反应分子动力学方法和密度泛函理论,从微观层面模拟研究了C3F7CN/CO2混合气体的分解机理。基于构建的C3F7CN/CO2混合气体模型,研究了温度对C3F7CN分解过程的影响,分析了其可能的分解路径、产物类型及分布等。计算结果表明,C3F7CN在局部过热或放电等故障条件下分解容易产生CF3·、C3F7·、C·、CF3CFCN·、CF2·和F·等各类自由基,上述自由基复合将产生CF4、C2F6、C3F8、CF3CN、CO等产物。其次,利用气体绝缘试验平台和气相色谱质谱联用仪(gas chromatography mass spectrometer,GC-MS),试验分析了其多次击穿后的分解产物。试验结果表明,混合气体多次击穿后的主要分解产物是CF4、C2F6、CF3CN。这些产物分子均具有比较好的绝缘能力,保障了C3F7CN/CO2混合气体的绝缘性能不被破环。相关结论为进一步探究C3F7CN/CO2混合气体的绝缘特性及协同效应等课题提供理论依据和工程指导。

环保型绝缘介质C5F10O放电分解特性

近期,CnF2nO类物质得到了替代气体研究领域的关注,尤其是C5F10O和C6F12O,两者均具有极低的温室效应潜能指数（global warming potential,GWP）且绝缘特性优异。由于其出色的绝缘表现,国内外科研机构和公司开始关注该物质及其混合气体,目前针对其放电分解特性的研究较少。该文基于密度泛函理论从微观层面对C5F10O的稳定性及可能的分解路径展开分析,首先计算得到C5F10O的电离能等参数,并基于前线分子轨道理论确定分子结构中可能发生反应的位置。其次,分析C5F10O可能的分解途径、分解产物的形成机制并计算得到相应的能量变化。最后,利用气体绝缘试验平台对C5F10O/N2混合气体进行击穿测试,基于气相色谱质谱联用仪对击穿前后气室内气体组分进行分析,探讨分解产物的绝缘性能及放电过程中各类粒子的动态平衡过程。研究结果表明,C5F10O放电分解形成CF3CO·、C3F7·或C3F7CO·、CF3·自由基的过程最容易发生,各类自由基进一步反应将生成CF4、C2F6、C3F8、C3F6、C4F10、C5F12、C6F14,上述产物均具有较强的绝缘性能,且C5F10O分子与自由基间存在动态平衡过程,两者共同保障了体系的绝缘性能。试验发现随着击穿次数的增加,C5F10O各分解产物含量增加,其中CF4、C2F6、C4F10的增长率高于C3F8、C6F14,自由基更易于复合形成小分子产物。相关结论对进一步探究C5F10O混合气体的绝缘特性及协同效应等课题提供一定理论依据,同时为CnF2nO类新型环保型介质研究提供一些借鉴。

气体绝缘介质C_4F_7N的急性吸入毒性试验

目前针对新型气体绝缘介质C_4F_7N毒性的报道较少,为科研及工程应用的安全带来了隐患。利用气体绝缘介质毒性测试平台,研究了不同C_4F_7N体积分数下C_4F_7N和空气作为混合气体的急性吸入毒性,分析了大鼠在接触C_4F_7N气体后的生命体征变化情况,结合测试结果给出了科研及工程运维中C_4F_7N气体的防护建议。研究发现,大鼠在接触体积分数为1.5%的C_4F_7N气体后表现出由平静到活跃,再到亢奋、不安等症状,在该环境中暴露1h左右后丧失运动能力,眼睛微闭且无法自主活动,同时呼吸减慢、伴有抽搐等症状。大鼠在C_4F_7N体积分数为1%～1.5%的气体环境中暴露4 h后转入饲养环境观察,96 h后所有样本呼吸及运动系统恢复正常;大鼠在C_4F_7N体积分数为2%的气体环境中暴露4 h后转入饲养环境观察,14 d内有死亡个体出现。基于该研究得出的实验数据,C_4F_7N气体的LC50值(4 h,大鼠)在1.5%～2%之间。基于4 h的LC50值结果,C_4F_7N气体的急性毒性被归类为全球化学品统一分类和标签制度(GHS)中毒性最低的第4类。另外,目前在电力工业系统中对于SF6分解产物的工业卫生操作同样适用于C_4F_7N混合气体的分解产物。

绝缘介质损耗因数在线监测的研究

重点阐述绝缘介质损耗因数在线监测的一种新方法──谐波分析法，同时讨论影响介损在线监测精度的主要因素．

涂抹RTV的绝缘介质表面流注传播特性的研究

近年来RTV涂料广泛应用于输电线路绝缘子上,用来提高绝缘子在污秽状态下的绝缘能力。在长期的运行中,RTV涂层在表面局部放电的作用下将逐步丧失憎水性,绝缘能力也将下降。RTV涂层沿面局部放电将加速RTV涂层的老化,因此,有必要深入研究RTV涂层表面局部放电特性。介质表面局部放电的过程包含电晕放电、流注放电和电弧放电。流注放电是物理过程最复杂的,因此,本文将着重研究RTV涂层的表面流注放电特性。在"三电极"结构中,利用3个光电倍增管测量洁净和涂抹RTV涂料的绝缘介质流注传播特性。发现涂抹RTV涂料的尼龙介质表面流注稳定传播场强增加;相同电场强度下,流注传播速度降低。此外,不同厂家的RTV涂料在流注传播特性上存在差异,有些涂料不利于流注的发展,因此,将造成不同的涂料应用于输电线路时表面局部放电状况也会存在差异。

双极性过零比较法在线监测绝缘介质损耗角

为在线监测tanδ,比较研究不同方案后 ,确定了基于过零比较法原理的设计方案 ,用双极性过零整形 ,并通过软件编程实现数字滤波、过零整形、逻辑与和计算 ,克服了因模拟滤波器滤波不彻底或零点漂移等影响 ,且能有效抑制高次谐波、直流、白噪声 ,将误差控制在角度的分辨率之内。

嵌入屏障的绝缘介质中电树生长模型

利用WZ模型将绝缘介质离散化,使用分形理论讨论了绝缘介质中电树发展的随机性和确定性。在原有WZ模型的基础上引入了分布耐电强度的概念,建立了新的模型。通过此二维模型仿真了在绝缘介质中嵌入了耐电强度高于原介质的屏障后的电树生长情况。在针板电极结构下用模型仿真了在绝缘介质中所嵌入屏障耐电强度的不同对电树发展造成的不同影响,并比较了不同情况下的平均击穿距离。通过比较得出,当嵌入耐电强度远大于原介质的屏障后,电树发展过程中需要绕过屏障进行生长,从而等效于增加了原有介质的厚度,使得整个介质的绝缘性能有一定程度的提高。

环保型C5F10O绝缘介质过热分解后的自还原特性

C5F10O因其优异的绝缘性能和极低的全球变暖潜能,在中低压气体绝缘封闭开关设备中具有替代SF6气体的潜力。在设备内部出现局部过热故障的情况下,C5F10O分解后是否能够自我复原是决定其应用前景的重要因素之一,而目前有关C5F10O气体故障分解后的复原情况的研究还较少。聚焦C5F10O气体过热分解后的复原特性,在已有的气体绝缘介质局部过热分解实验系统上初步进行C5F10O的复原实验,实验结果表明在400℃~475℃的温度范围内,C5F10O过热分解后具有一定的自还原能力;利用密度泛函理论中的Hybrid:B3LYP方法对C5F10O和主要分解产物进行了分子结构优化,详细研究了CF3CFCOCF3—、CF3—、(CF3)2CFCO—自由基以及C3F6生成C5F10O分子的反应路径,并分析了温度对复原反应发生概率的影响,与相同条件下的C5F10O主要分解反应进行对比,从分子层面上初步揭示了C5F10O的自还原特性,为C5F10O气体的工业化应用奠定了基础。

绝缘介质损耗角的数字化测量研究

分析用过零比较进行数字化测量介损存在的误差因素。

低温环境下绝缘介质表面流注放电特性

目前国内外关于低温条件下绝缘介质表面流注传播特性的研究较少,针对流注的相关试验研究主要在常温下进行。为研究低温低湿环境下绝缘介质表面流注的传播特性,在冰箱冷冻室内利用"三电极"结构研究了均匀场下绝缘介质表面流注的传播特性。主要的测量手段是利用3个光电倍增管来监测流注在介质表面的传播过程。测量了在不同温度下不同绝缘介质表面流注的传播概率,通过数据拟合得到流注的稳定传播场强,并且测量了在不同外加电场强度下流注传播速度的变化规律,最后研究了不同温度条件下流注传播特性的差异。试验结果表明:在低温低湿环境下,流注在绝缘介质表面传播的过程中拥有"沿面分量"和"空气分量"2个分量,流注的稳定传播场强比同条件下纯空气中流注的稳定传播场强大;对于同一种绝缘介质,稳定传播场强与温度近似呈指数下降关系,温度越低,流注的稳定传播场强越大;流注的传播速度随温度的降低而减小,但"沿面分量"的速度受影响的程度较大,大约在(3~8)×10~5 m/s内,而"空气分量"的变化则不太显著,在(1.5~3.0)×10~5 m/s范围内。

铜/钽/绝缘介质用碱性化学机械抛光液的优化

在工作压力2 psi,抛光头转速55 r/min,抛光盘转速60 r/min,流量150 m L/L,温度22.7°C的条件下,采用一种不含H_2O_2的碱性抛光液对Cu、Ta、SiO_2绝缘介质3种材料进行化学机械抛光(CMP)。通过研究抛光液中SiO_2磨料粒径和用量、FA/O II型螯合剂和非离子型表面活性剂用量对3种材料去除速率的影响,得到了高选择性的阻挡层抛光液:SiO_2粒径为50 nm的浆料20%(质量分数),FA/O II型螯合剂0.15%(体积分数),表面活性剂3%(体积分数)。该抛光液的SiO_2/Ta/Cu去除速率之比为3.4∶1.6∶1.0。采用该抛光液抛光后,铜的表面粗糙度由5.18 nm降至1.45 nm,碟形坑和蚀坑分别由116 nm和46 nm降至42 nm和24 nm。

用于金属基板的高导热绝缘介质胶膜的研制

针对流延法制备高导热绝缘介质胶膜时溶剂无法完全挥发而影响金属基板性能的缺点,以环氧树脂为基体树脂,添加无机填料、固化剂和固化促进剂、丙烯酸树脂和光引发剂等,经紫外光固化后制得用于金属基板的高导热绝缘介质胶膜,并对其成膜性、导热系数、击穿电压、耐阻焊性和剥离强度等影响因素进行分析。结果表明:制备的高导热绝缘介质胶膜适用期长,导热系数达到2.123 W/(m·K),剥离强度为1.4 N/mm,耐浸焊时间大于300 s。

气体绝缘介质C_(4)F_(7)N在Al(110)表面吸附特性的研究

气体绝缘介质C_(4)F_(7)N在电气强度和环保方面表现优异,但对C_(4)F_(7)N气体与材料相容性的研究相对鲜见。金属材料铝(Al)广泛应用于气体绝缘设备,故文中基于密度泛函理论,对C_(4)F_(7)N分子在Al(110)表面进行吸附仿真研究。首先,对C_(4)F_(7)N和Al(110)表面结构进行计算分析,讨论C_(4)F_(7)N在Al(110)表面吸附的初始结构;其次,对初始结构进行仿真计算,通过计算吸附过程中的吸附能、转移电荷、差分电荷密度和态密度,分析C_(4)F_(7)N在Al(110)表面吸附过程,探究C_(4)F_(7)N与Al(110)表面的相互作用机制。研究表明,C_(4)F_(7)N分子的CN基团具有较强的反应活性,易吸附于Al(110)表面的顶位和长桥位,CN基团中N原子、C原子的s和p轨道与Al(110)表面上Al原子的s和p轨道之间发生杂化,使C_(4)F_(7)N与A(110)表面之间产生化学键。

固体绝缘介质真空干燥的传热传质研究

在分析固体绝缘介质真空干燥传热传质机理的基础上 ,建立了数学模型 ,给出了解析求解及数值求解方法 ,为改进电工产品的真空处理工艺提供了理论依据。

绝缘介质损耗在线测量系统的设计

针对目前电力系统中因绝缘材料造成的电气设备故障检修机制的不足,本文作者在分析介质损耗测量原理的基础之上,提出了基于单片机的绝缘介质损耗在线测量系统,设计中采用LMS类自适应滤波算法。经证明,该方法大大减小了误差,测量精度比传统方法有了很大的提高,同时整个测试系统的稳定性和可靠性也得以提高,调试也更加简单。

高电压绝缘介质损耗角测量的数字处理

分析高电压介质损耗角数字化测量中谐波及干扰信号等误差因素 ,探讨零相差 FIR滤波器设计 ,采用傅里叶变换等数字处理方法 ,使用 DSP系统测量介质的损耗角 ,并给出有关计算结果 .仿真计算结果表明 ,该方法具有较高的抗干扰能力和准确度 .