航天器抗内带电介质改性方法

为了削弱航天器有机介质内带电水平从而提高航天器运行的可靠性,分析了空间介质接地方式与电导特性对材料带电水平的影响,认为可采用非线性电导改性的方法来削弱聚合物材料的带电程度,并对几种典型的航天器聚合物介质进行了改性试验研究,获得了预想的非线性电导特性,认为对介质进行非线性改性可能成为未来对介质材料进行全防护的有效手段之一。

航天器介质内电场形成机理与防护方法分析

空间环境中各种高能射线与粒子会对航天器有机介质产生致命危害,其中高能电子会在航天器介质中沉积并最终形成较强的静电场。当介质内带电水平较高时会引发多频谱脉冲放电现象,严重影响航天器敏感电子系统的可靠性与寿命,严重时直接导致有机介质材料烧毁。通过分析有关航天器介质内带电机理与防护手段,总结了介质内电场计算模型与计算方法,并评价了两个影响介质内带电水平的重要因素及相关防护措施,认为对介质进行非线性电导率改性可能成为未来对介质材料进行全防护的最有效手段之一。最后分析了空间高能电子的磁鞘屏蔽法的原理与设计原则。

两种典型星用聚合物介质抗内带电改性防护技术研究

空间高能电子辐射易造成星用聚合物介质内带电水平过高,是卫星运行可靠性的潜在威胁因素。对航天器介质材料进行非线性电导改性是提高航天器介质材料自释电荷能力,进而降低内带电水平的有效方法。实验选用半导电无机添加剂对典型空间聚合物材料聚四氟乙烯、聚酰亚胺进行改性工艺和电导特性研究,测量了常态体电导率与添加剂含量关系,不同含量添加剂下复合材料体电导率随温度与电场的变化规律以及复合材料的导热性能参数。实验表明,添加剂含量会显著影响复合材料的体电导特性及导热特性,特别是复合材料的非线性电导特性阈值电场降低最为明显。这种既能保持高绝缘性能又具有良好非线性电导特性的新型复合介质材料,有希望成为从根本上解决星用聚合物介质深层带电问题的有效措施。

计及水珠动态行为的硅橡胶表面直流闪络模型

在雨、露、雾等高湿度环境下复合硅橡胶表面会以分离水珠形式附着在其表面,已有研究表明,分离水珠在电场的作用下会产生动态行为,并引发闪络事故,但现有研究对水珠动态行为影响因素及直流下水珠动态行为引发的闪络特性研究不够充分。针对表面存在分离水珠的复合硅橡胶试样,设计直流下水珠动态行为和闪络放电的实验,并采用多物理场耦合仿真软件对水珠动态行为进行数值计算。最后,在电弧与剩余污层串联污闪模型的基础上提出硅橡胶表面纯水珠与水珠/水带共存时由于水珠运动引发的闪络物理模型。研究结果表明:水珠体积、水珠电导率、硅橡胶表面憎水性和污秽度等参量通过影响水珠动态行为参量(临界拉伸长度、最大拉伸因子等)导致水珠周围电场畸变与闪络放电发生。水珠动态行为越明显,则越容易发生闪络。本文提出的水珠运动引发的闪络物理模型与实验结果具有良好的一致性,为解释水珠动态行为对于硅橡胶表面闪络放电特性的影响提供一定的理论依据。

化学交联方式对聚乙烯水树枝老化特性的影响

为研究化学交联对聚乙烯水树枝老化特性的影响,选用低密度聚乙烯(LDPE)、过氧化物交联聚乙烯、硅烷交联聚乙烯作为试验材料。采用水针电极法培养水树枝,用金相显微镜观测水树枝的形态,并统计了水树枝的尺寸和引发率;同时观测了试样的结晶形态,测定了试样的结晶度、交联度和杂质质量分数,并对比分析了交联前后及不同交联方式试样的电气性能。试验研究发现,交联对水树枝老化特性有显著的影响,产生这种影响的主要原因是交联使得聚乙烯的结晶形态发生变化。当试样的晶块尺寸大、数量少时,水树枝的平均生长速度较快;晶块尺寸小、数量多时,水树枝的平均生长速度较慢。交联的三维网状结构和副产物对交联聚乙烯的介电性能也会产生显著影响。

温度对聚乙烯水树枝老化特性的影响

为研究温度对PE水树枝老化特性的影响,选用低密度聚乙烯(LDPE)、过氧化物(DCP)交联聚乙烯(XLPE)作为试验材料。在室温(20°C)、40°C、60°C、80°C 4个温度下,采用水针电极法培养水树枝,用金相显微镜观测水树枝形态,并统计水树枝尺寸和引发率。研究发现,在60°C以上,温度对PE水树枝老化特性影响显著;水树枝的引发率随温度的升高先减小后增大;水树枝的尺寸随温度的升高总体呈现增大的趋势;LDPE和XLPE的试验得到类似的结果,但XLPE的抗水树枝老化性能优于LDPE。同时研究发现,随温度的升高,材料的力学性能大幅下降。经分析认为,交联限制大晶块的形成,使材料的力学性能增强,是XLPE抗水树枝化性能优于LDPE的两个主要原因;高温下两种材料力学性能下降、微孔膨胀、水分和盐离子的加速扩散是高温下水树枝劣化加速的主要原因。

不同温度下聚酰亚胺真空直流沿面闪络特性

为了提高固体绝缘介质应用于复杂工程环境下的可靠性,以自制备的聚酰亚胺（PI）平板试样为研究对象,实验研究了PI在不同温度（193～373 K）范围内的真空直流沿面闪络特性,并分析其闪络机理.结果发现：随着温度的升高,闪络电压呈现先降低、后升高、再降低的变化规律,且分别在273 K与313 K时达到最小、最大值;高温区域（313～373 K）的闪络电压较低温区域（193～273 K）的闪络电压有明显提高.对实验结果进行分析,认为高场强下阴极附近电子发射、固体绝缘介质体内的电荷输运以及气体解吸附都是影响固体绝缘介质真空直流沿面闪络特性的重要原因,其中的气体解吸附更是影响真空直流沿面闪络特性的最关键因素.

航天器用聚合物介质抗内带电改性技术

文摘采用对航天器聚合物介质进行非线性电导改性的方法消除或削弱材料的内带电现象,以期达到消除介质脉冲放电对航天器可靠性的威胁的目标。实验研究发现,采用具有非线性电导率特性的粉粒(添加剂)对航天器用PTFE和EP进行改性,该两种复合介质材料均可产生显著的非线性电导特性。而且,该种添加剂可以显著降低PTFE的非线性电导阈值,改变EP的非线性电导特性的陡度,而不会对两种材料的直流电气强度产生显著影响。

改性聚酰亚胺表面稳定性与真空直流沿面闪络抑制方法研究

聚酰亚胺(PI)等介质材料易受到空间环境带电粒子作用而带电,并导致沿面闪络。为了揭示表面闪络的影响因素进而探索闪络抑制方法,建立了表面闪络测试系统,采用纳米、微米ZnO 对PI进行改性及表面氟化两种方法对制备的平板PI 试样进行闪络特性测试。研究发现,与纯PI 试样对比,改性、氟化试样的表面闪络电压均有显著提升,基于二次电子发射雪崩(SEEA)模型,材料表面特性对闪络发展起决定性因素。实验研究表明,纳米及微米ZnO 颗粒在PI 内部引入了更多的深陷阱,抑制电荷脱陷能力;微粒对PI 填隙,降低脱气率,减少表面气体薄层;降低材料表面的二次电子发射系数。表面氟化对闪络提升有多方面因素。ZnO 改性与表面氟化综合作用又可进一步提升表面闪络电压。因此,ZnO 改性及氟化通过提高PI 材料表面稳定性,抑制了SEEA 的发展过程,提高了材料闪络电压。

非线性添加剂对聚酰亚胺介电性能的影响

采用非线性添加剂对聚酰亚胺进行电导率改性,研究了改性前后介质的电导特性及其他介电性能,以及添加剂含量对聚酰亚胺复合介质材料电导特性的影响。结果表明,改性后的复合试样的体电导率随添加剂质量分数的变化而变化,当质量分数小于5%时,电导率略有下降,大于5%时显著上升。改性后的复合介质材料的非线性电导率特性变化显著。

架空裸线安装绝缘护套后击穿方式变化

架空裸线安装绝缘护套可以有效降低异物入侵风险,研究安装绝缘护套后击穿方式的变化情况意义重大。为此,采用理论分析和实验验证的方法研究了接地体靠近绝缘护套时的击穿情况;同时探究了绝缘护套内部空气间隙对整个击穿过程的影响。研究结果表明:接地体靠近时,绝缘护套与架空裸线之间的空气间隙首先击穿,引发绝缘护套和接地体之间的空气间隙击穿;击穿后产生的放电电流注入绝缘护套成为内部空间电荷,引起绝缘护套内部电场畸变,同时产生大的热损伤,绝缘护套电气强度会由于空气击穿放电、热损伤以及边缘效应的共同作用而大大降低;在绝缘护套内壁涂覆半导电层后,内部空气间隙的影响被有效屏蔽,绝缘护套电气强度有了很大的提高。上述结果为提高架空裸线绝缘护套的电气强度提供了有效的解决方案。

聚合物介质材料的非线性电导改性工艺与机理分析

对有机介质材料进行非线性电导改性,有利于在较低静电场下以非脉冲放电方式释放掉介质内部极可能导致脉冲放电的危险静电荷,有可能成为空间介质内带电防护的主流方法。采用一种微米级无机粉料对聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)和环氧树脂(ER)3种航天器常用聚合物介质材料进行非线性电导率改性,并对改性工艺和机理进行了研究和分析。结果表明,添加剂含量对PI和PTFE的影响主要是非线性电场强度阈值,而对ER主要影响非线性电导特性曲线的陡度。

综合物探法在水库除险加固工程中的应用

水库除险加固工程的首要任务是探寻隐患所在。物探法由于具有高效、低成本、高分辨率的技术特点,成为探查隐患所在的首选方法。每一种物探方法适用于不同的异常体探测。通过综合应用高密度电法、瞬态面波法、瞬变电磁法及探地雷达法对石堡川水库进行检测,查明了水库的隐患所在,为其除险加固工程提供了有力的技术依据。

特高压油浸式铁心并联电抗器内部温度场数值计算与实验研究

超特高压并联电抗器内部电磁损耗和温度热点分布的研究对电抗器结构设计具有重要意义。由于电抗器铁心饼之间存在空气间隙的不连续结构,导致主磁通减少、漏磁通增加。大量漏磁通经过钢性结构件产生的铁损和绕组运行过程中产生的铜损造成电抗器局部过热现象。文中建立了电抗器本体及散热装置的三维模型,对电抗器内部结构件的磁场分布和电磁损耗进行研究计算。同时将损耗值作为热源,采用流固耦合方法分析了电抗器内部温度场、流体场分布,对局部热点进行定位。将实验测试结果与理论值、仿真计算值进行了对比,证明了该方法的正确性与有效性。

改性聚酰亚胺复合材料的电导机理分析

首先,选用半导电的微米级和纳米级改性剂粉料对玻璃布补强聚酰亚胺基复合材料进行改性.共制备了5种试样,其中包括4种使用无碱玻璃布补强的聚酰亚胺试样,分别是未改性、纳米改性、微米改性和微/纳米改性和一种使用微碱玻璃布补强的试样.其次,研究改性剂粒径和玻璃布含碱量对复合材料介电性能及电导率特性的影响.试验结果表明改性剂粒径对复合材料的介电性能影响不显著,但是微米粒径的改性剂能显著提高复合材料的体电导率并赋予复合材料一定的非线性电导率特性,而纳米粒径的改性剂会小量地降低复合材料的电导率.与无碱玻璃布补强的试样相比,采用微碱玻璃布改性和补强的复合材料试样有较高的非线性电导阈值电场.

绝缘材料内部气隙中局部放电特性的影响因素

人工合成绝缘材料在制造和使用过程中内部会不可避免地产生气隙,而发生在这些气隙处的局部放电会使电力设备中的绝缘部件劣化甚至完全击穿,进而使电力设备失效。基于此,介绍了局部放电基本特性,分析局部放电特性的影响因素,并阐述放电随机特性的相关理论。研究认为,外施激励特性、电极特性、气隙特性、气体周围的绝缘材料特性是影响局部放电特性的4个主要因素,而基于放电时延的随机性与基于放电面积的随机性构成了局部放电特性的随机性物理机制,其他外界因素都是通过改变放电时延或放电面积来影响局部放电特性。

模拟实际运行工况的变压器油流带电特性

变压器油纸绝缘系统内普遍存在着油流带电现象。随着变压器油老化程度加剧,不断上升的油流带电度容易引发变压器油放电甚至击穿现象,极大地威胁着变压器绝缘系统运行寿命。该研究以人工加速热老化油样(5种老化时间)与实际运行变压器老化油样(5种运行时间)为对象,首先研究人工加速老化油流带电度随油流速的变化规律,然后对比研究不同老化程度下2种变压器油样的油流带电度、介质损耗、体电阻率等理化参数,建立2种老化方法之间关系。研究发现:利用人工加速热老化方法可以模拟实现变压器运行工况,为实际运行变压器老化评估技术提供了必要的理论与实验基础。

基于陷阱分布的PI/ZnO复合薄膜介电特性

航天器在空间环境中的运行稳定性与聚酰亚胺(PI)等航天介质材料绝缘性能息息相关,而其介质内部载流子陷阱是影响绝缘性能的重要因素之一,因此,探究陷阱分布对介质电气性能的影响对保障航天器介质安全使用具有重要意义。该文制备不同掺杂量(质量分数0.5%、1%、3%)的纳米PI/ZnO复合薄膜并进行介电性能测试,通过热刺激电流法和表面电位衰减法分别测量薄膜体陷阱和表面陷阱能级分布并计算其载流子迁移率,测量体积电阻率和击穿场强。该文基于多核模型对纳米ZnO的引入使聚合物的介电性能发生改变的现象进行解释;从陷阱能级的角度分析深、浅陷阱对极化离子的影响机制,讨论陷阱整体的分布对介电常数变化的影响。这些分析和研究为调控材料的绝缘性能、提高航天器的安全性提供了新的思路和方法。

基于模糊自适应扩展卡尔曼滤波器的锂电池SOC估算方法

精确的锂电池荷电状态(SOC)在线估算可以有效地延长电池使用寿命,提高电池的安全性,对于电动汽车电池管理系统(BMS)而言至关重要。针对自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)算法运行初期收敛速度缓慢问题,该文提出模糊AEKF(FAEKF)算法可以改善收敛速度。以NCR18650B型三元锂电池的实际端电压与预测端电压差值的绝对值及其变化率作为模糊输入,以卡尔曼滤波器的系统测量噪声R作为模糊输出,通过对R进行模糊控制来调节算法在迭代过程中的增益K,进而实现收敛速度的模糊调节。实验结果表明,在0.5C倍率恒流放电工况和动态应力测试工况(DST)条件下,改进的算法相比于扩展卡尔曼(EKF)和AEKF算法,在不降低估算精度的情况下能够明显地提高收敛速度,在SOC在线估算中更具有实用性。

锂离子电池健康状态多因子在线估计方法

针对传统的锂离子电池健康状态估计方法仅用电池欧姆内阻作为单因子评估指标时存在较大误差的问题,提出了一种利用电池欧姆内阻、极化内阻与极化电容共3个模型参数构建的多因子评估模型。选用一阶RC等效电路模型作为基础电路模型,并通过仿真实验验证了所选择电路模型的准确性。对同一型号的多组三元锂离子电池进行循环老化实验,得到离线辨识的模型参数,发现等效电路模型中的欧姆内阻、极化内阻、极化电容与健康状态存在确定的关系。通过带约束的最小二乘算法求解对应模型参数的权重,并以卡尔曼滤波算法在线辨识模型参数,实时获得基于多因子模型的综合电池健康状态。将所提方法与仅用欧姆内阻评估的方法进行了对比,结果表明:所提方法评估锂离子电池真实健康状态的误差变化范围较小,基本在1%左右,精度更高。