X射线激励XLPE电缆终端金属颗粒局部放电的研究

金属颗粒是电缆附件的典型缺陷之一,然而微小的金属颗粒缺陷局部放电难以检测。为此,该文提出了用X射线激励电缆终端金属颗粒缺陷局部放电的方法。首先,在电缆终端模拟实验模型上研究了X射线照射对不同电场分布、不同规格尺寸金属颗粒缺陷局部放电的影响;其次,探究了不同X射线强度下缺陷模型的放电特性;最后,在10 kV电缆终端上对该方法进行了测试。结果表明,X射线照射能降低金属颗粒缺陷的局部放电起始电压,降低幅度在11.4%~29.3%之间;与无X射线时相比,X射线照射能增大金属颗粒缺陷的放电重复率,增大幅度在36.1%~726.2%之间;X射线对金属颗粒缺陷的放电量无明显影响;X射线强度越高,对缺陷放电次数的激励效果越明显。在10 kV电缆上的测试结果验证了该方法的可行性,研究结果可为电缆附件缺陷局部放电检测提供一种新的手段。

金属颗粒增强镁基复合材料制备技术及性能的研究进展

镁基复合材料具有低的密度、优异的力学性能等特点,在汽车、电子、航空航天等领域有广阔的应用前景。本文综述了国内外金属颗粒增强镁基复合材料的研究进展,详细介绍了金属颗粒增强镁基复合材料常见制备方法的特点,分析了金属颗粒增强镁基复合材料的界面结构和主要强韧化机理。最后,对金属颗粒增强镁基复合材料制备材料及工艺的发展进行了展望。

有载分接开关绝缘油中金属颗粒运动规律及其对介电性能的影响

高压有载分接开关油室金属微粒放电引发的缺陷超一半以上严重影响长期运行可靠性。研究了有载分接开关断开过程中绝缘油中金属颗粒的运动规律及其对绝缘油介电性能的影响,可为有载分接开关绝缘状态诊断和油隙绝缘裕度设计提供理论基础。首先分别给出了流体场、金属颗粒动力学以及电场的理论分析,并阐述了三者的耦合关系;同时建立有载分接开关触头二维简化仿真模型,得到了流体场中涡流的分布、金属颗粒的运动规律以及带电金属颗粒的运动轨迹;仿真结果表明开关运动过程中,开关间隙中心处颗粒浓度最高,且会形成“小桥”。通过混合物的介电常数和电导率模型计算了金属颗粒浓度分布变化对绝缘油介电性能的影响,提出了按浓度分区计算再并联的方法,提高了介电参数计算的准确性。

振荡条件下金属颗粒对气液两相流动与混合特性影响的试验研究

为进一步提升柴油机活塞腔的换热性能,通过加入金属颗粒来提升振荡状态下的两相混合程度。采用振荡流动试验方法,结合数字图像处理技术,研究金属颗粒在振荡状态下的运动学特性和两相振荡流动特性,进一步讨论转速、充液率对金属颗粒运动和最大气泡直径和混合率的影响。结果表明:转速是影响气液两相流振荡流动效果的主要因素。随着转速的增加,金属颗粒到达方腔上壁面时间缩短,瞬时速度增大,相对于270 r/min,330 r/min冲击上壁面的平均速度变化率增加133%,冲击壁面的强度增加。相对于25%充液率,75%充液率的金属颗粒冲击上壁面的最大瞬时速度降低68%,充液率过高,降低颗粒冲击上壁面强度。50%充液率左右和高转速条件下,颗粒冲击壁面强度降低,但气液两相流混合程度最好。

流-电耦合场中金属颗粒群的荷电计算及影响因素研究

绝缘油中金属颗粒的荷电量分布是研究颗粒运动特性以及绝缘油中局部放电与击穿行为的关键。该文搭建了油道模拟观测系统,采用动力学分析的方法,构建了液固耦合系统中金属颗粒的运动模型,并在此基础上提出通过粒子图像测速(PIV)来计算颗粒荷电量;分析了不同油流速度、电压等级以及电压类型对颗粒荷电量的分布影响以及作用机理。结果表明,基于PIV计算出的油中颗粒的荷电量与传统模型的计算结果数量级相近,绝缘油中金属颗粒荷电量占比分布曲线接近高斯分布,这是由于颗粒与颗粒之间碰撞也会发生电荷转移或中和。在直流电压下流速增加会阻碍颗粒之间的电荷传递,增加颗粒与极板碰撞概率,导致颗粒荷电量减小。电压等级增加则会使颗粒群的流线由平缓变为振荡,颗粒荷电量普遍增加。相比于直流电压,在交流电压下,荷电量大的颗粒占比较多。

一起110 kV GIS设备自由金属颗粒放电缺陷及解体分析案例

介绍了一起110 kV GIS设备母线PT开关气室超声波信号异常的分析处理案例。通过幅值定位、时延定位和改变设备运行状态,判断缺陷来自于开关气室内部。对局放超声波信号进行多种测试图谱分析,认为该气室底部自由金属颗粒放电是产生异常超声波信号的主要原因。经开罐检查,发现开关静触头均压罩上存在明显刮痕,气室底部存在较多黑色固体碎屑,开关安装工艺不良导致金属碎屑掉落在气室底部,产生局部放电引起超声波信号异常。该起PT开关气室放电是一起较为典型的自由金属颗粒放电案例,为今后类似异常情况的分析处理提供了借鉴与参考。

三元锂离子电池中的异物金属颗粒研究

通过在三元体系锂离子电池中准确地植入Cu、不锈钢(SUS304)、Cr、Fe、Zn、Al颗粒,探究金属颗粒在锂电池内部的变化和差异。并对含金属颗粒锂电池长时间静置过程中的电压进行测量和分析,推测出金属颗粒可能引起电池自放电异常的临界尺寸。相对其他金属颗粒,Cu颗粒在更小的尺寸范围能够引起锂电池更高的异常自放电,需要重点关注。研究锂电池内部的金属颗粒对锂离子电池生产过程管控,评估锂离子电池性能稳定性以及应用安全性具有重要的指导意义。

直接还原过程中还原温度和还原时间对金属颗粒生长的影响研究

金属颗粒粒径对直接还原产物金属化率、金属与脉石分离等有重要影响,控制还原温度和还原时间是控制金属颗粒粒径最基本的两个手段。理论分析和实验研究了还原温度和还原时间在直接还原过程中对金属颗粒生长的影响规律。结果表明:提高还原温度可以提高金属颗粒的形核和长大速率;延长还原时间可以增大金属原子的扩散距离,促进金属颗粒的迁移聚集。

清洁度仪湿法测定磷酸铁锂中磁性金属颗粒的检测方法

磷酸铁锂作为一种动力电池的重要正极材料,其产品质量直接影响到电池的性能、寿命及安全性。而在磷酸铁锂质量控制中,磁性金属颗粒作为重要检测项目,其对电池的性能影响较大,本文提出一种清洁度仪湿法测定磷酸铁锂中磁性金属颗粒的检测方法,通过湿法滚动吸附、水洗、醇洗、酸洗等单元操作处理磷酸铁锂试样,尽可能地将磁性金属颗粒裸露,以到达磁性金属颗粒呈现自身的金属光泽,增强检测准确性,再通过清洁度仪处理后,即可完成检测。试验结果表明:该方法能够准确地测定磷酸铁锂中磁性金属颗粒数量及粒径分布,是一种简单、快速、准确的磷酸铁锂中磁性金属颗粒检测方法,为产品质量控制和性能评估提供技术支持。

GIS绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展的现象及特征

为研究气体绝缘全封闭式组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备中绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展的现象及其特征,搭建了一套220 kV GIS设备沿面放电缺陷发展实验平台,采用逐步升压法对绝缘子表面固定金属颗粒的沿面局部放电进行长期试验,观察到了放电起始、发展直至沿面闪络的现象。利用测量到的局部放电随时间变化的趋势图、散点图、二维柱状图、灰度图,描述了沿面局部放电发展的现象并获得了相应的图谱特征。试验结果表明:GIS设备绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展现象呈现出电晕放电、电晕放电和沿面流注放电共存、沿面流注放电3个主要阶段。

GIS金属颗粒局部放电的试验研究

分析了导致GIS局部放电的各种缺陷类型 ,建立了GIS模型中局部放电在线检测的测量系统 ,采用特高频电磁波测量、常规局部放电测试以及频谱分析方法 ,对GIS中金属颗粒对之间的局部放电特征进行了研究。

盆式绝缘子存在自由金属颗粒时的电场分析及其对沿面闪络的影响

为研究气体绝缘全封闭式组合电器(GIS)中盆式绝缘子表面存在自由金属颗粒时的沿面电场分布及其对沿面闪络的影响,建立了800k V盆式绝缘子三维结构模型,采用有限元法对盆式绝缘子存在大小、位置及形状不同的自由金属颗粒时分别在工频电压、雷电冲击电压及快速暂态过电压(VFTO)作用下的电场进行了分析。给出了不同情况下盆式绝缘子的沿面电场分布、沿面法向和切向电场强度分布曲线及电场强度最大值。通过与不存在缺陷时的闪络场强作对比分析,为GIS的绝缘设计提供参考。

基于超声波信号的GIS内自由金属颗粒危险评估研究

为了研究GIS腔体内自由运动金属颗粒对GIS绝缘劣化的危险程度,设计了一个模拟此类缺陷的模型,并测量了不同尺寸和形状的自由运动颗粒产生的超声波信号,最后分析了这些信号的工频相位相关性、幅值以及飞行时间等几个要素的特性,并根据这些要素评估金属颗粒的危险程度。结果表明:颗粒静止不动发生放电时,超声波信号幅值较小且有较强的相位相关性,而当颗粒自由跳动时,信号幅值非常大且相位相关性较弱,颗粒的尺寸和形状会影响颗粒的飞行时间,与球状颗粒相比,丝状颗粒的飞行时间随电压的升高有更显著的变化,因此它们对GIS绝缘劣化的影响严重度不一样,并且这些信号的幅值、飞行时间的变化分布具有周期性。

气体绝缘开关内自由运动金属颗粒的超声波信号特性

为了研究气体绝缘开关(GIS)腔体内自由运动金属颗粒的超声波信号特性,首先简单分析了自由颗粒在电场中的受力,然后设计了一个模拟此类缺陷的模型,并测量了不同尺寸和形状的自由运动颗粒产生的超声波信号,最后分析了这些信号的工频相位相关性、幅值以及飞行时间等几个要素的特性.试验结果表明:当颗粒静止不动发生放电时,超声波信号幅值较小且有较强的相位相关性;当颗粒自由跳动时,信号幅值非常大且相位相关性较弱,颗粒的尺寸和形状会影响颗粒的飞行时间;与球状颗粒相比,丝状颗粒的飞行时间随电压的升高有更显著的变化,因此它们对GIS绝缘劣化的影响严重度不一样;这些信号的幅值、颗粒飞行时间的变化分布具有周期性.

电压波形对GIS自由金属颗粒放电特性的影响

为了探索较高灵敏度检测GIS设备内部自由金属颗粒的方法,研究了电压波形对自由金属颗粒的影响。在实验室中搭建了自由金属颗粒局部放电试验平台,测量了标准雷电波、标准操作波和工频电压下自由金属颗粒局部放电现象,分析比较了不同电压波形下缺陷的局部放电的特征,获得了冲击电压下不同试验阶段的散点图、柱状图等统计谱图。研究结果表明,在3种电压波形下标准雷电波的局部放电起始电压最低,对自由金属颗粒的检测较灵敏。随着标准雷电电压的升高,在雷电波尾处的放电脉冲个数明显增多,但波头处的脉冲仍仅有一个。随着标准操作电压的升高,在波头和波尾处的放电幅值变大,放电个数增多,且波头处的放电个数增加更明显。不同试验阶段的q-t散点图、q-Δt/Δu散点图及N-Δt/Δu柱状图的形貌特征较有规律,可作为表征GIS自由金属颗粒放电严重程度的特征谱图。

非金属颗粒镀铜及对烧结摩擦材料强度的影响

研究了在石墨、SiO2等非金属颗粒表面化学镀铜的工艺和配方，然后将镀Cu的非金属颗粒 加入到Cu-Fe基金属粉末中，混料、压制、烧结成试验用摩擦材料。进行了摩擦材料的抗压 、抗弯强度试验，结果表明，镀Cu的石墨比未镀Cu的石墨，能明显提高摩擦材料的强度。探 讨了镀Cu的非金属颗粒能改善摩擦材料强度的机理。

声—电—化联合检测在判别GIS自由金属颗粒放电缺陷上的应用

笔者通过应用基于局部放电的超高频、超声波以及SF_6气体分解产物的声—电—化联合检测方法,分析了一起GIS断路器气室内自由金属颗粒放电缺陷,阐述了超高频检测下对自由金属颗粒的判别,超声波对自由金属颗粒缺陷定位的优势,又根据SF_6气体分解产物检测到的特征气体对自由金属颗粒来源进行判断,最终通过解体检查以及机械开断试验最终确定断路器弧触头在分合过程中存在机械磨损,是产生自由金属颗粒的根本原因。

基于空间微螺线管的金属颗粒检测研究

目前电感式线圈检测方式均是基于线圈的电感信号,对铁磁性颗粒的检测精度可达到粒径19μm,但对非铁磁性金属颗粒一直在100μm以上。基于颗粒在通过电感式线圈的时候能同时引起线圈电感和电阻的变化,以及二者都随线圈激励电源频率变化而改变原理,建立粒径为108μm的球形铁、铜颗粒在1 V、1 MHz的激励电源下的磁场模型,分析阻抗信号随线圈电流频率的变化,研究利用电阻信号提高非铁磁性颗粒的检测精度,并通过实验验证:当频率由0.2 MHz增加到2 MHz,铜颗粒电阻信号由0.005 5Ω增加到0.6Ω,电感信号由-0.000 4μH降低到-0.011 5μH,铁颗粒电阻信号由0.008Ω增加到0.3Ω,电感信号由0.43μH降低到0.38μH;相同频率变化范围内,铜颗粒的电阻变化为铁颗粒的2.04倍,铜颗粒的电感变化为铁颗粒的22.2%;利用2 MHz激励电源检测电阻值变化提高了非铁磁性颗粒的检测精度,检测得到最小粒径为20μm的铜颗粒。

牵引变压器中运动金属颗粒群的分布状态及影响因素仿真研究

针对牵引变压器油中金属颗粒群引起的放电问题,以Fluent软件为计算工具,采用固–液两相流理论中的Euler-Lagrange方法模拟牵引变压器内部油道中运动金属颗粒群的分布状态。用标准k-ε(k为湍动能,ε为湍能的耗散率)湍流模型对流动的变压器油进行描述,同时用颗粒轨道模型对油中金属颗粒群进行描述。在对颗粒轨道模型进行定义时,从颗粒受力情况、颗粒湍流扩散以及固–液两相耦合3方面进行设置,从变压器油中金属颗粒尺寸、油流速度和油道电场强度等方面进行精确定义。模拟结果表明:流动状态下金属颗粒群沿牵引变压器油道运动时,其运动分布状态决定了金属颗粒与电极之间的碰撞频次,且颗粒尺寸的增大、油流速度的减小及油道电场强度的增大都会使局部放电更加剧烈。金属颗粒群的分布状态会影响流动变压器油的绝缘性能。

直流GIL导体表面金属颗粒跳跃运动特性研究

针对直流GIL导体表面金属颗粒去活性化问题,研究不同施加电压下GIL高压导体上表面正球形金属颗粒的运动行为,建立二维极坐标下同轴圆柱电极的颗粒受力模型,采用流体力学理论分析不同雷诺数下阻力系数的取值,并结合经典碰撞和动态接触理论分析颗粒与电极间的非弹性碰撞过程,充分考虑了颗粒法向恢复系数与法向速度之间的关系以及反射随机角度的影响,利用模型对颗粒的运动轨迹进行仿真分析。研究表明:当施加电压大于"谐振"运动临界电压时,颗粒将在腔体下部进行以θ=270°为中心的偏移角度幅值衰减的往复运动,并最终在θ=270°处进行类似于"谐振"的往复振荡运动;在这个过程中颗粒的运动范围角度和"谐振"周期几乎不受初始位置的影响,但却随施加电压的增大而减小,而颗粒进入"谐振"运动的过渡时间随着施加电压和初始位置角度的增大而减小。