沿面放电光脉冲发展特征与临界击穿判据研究

绝缘沿面放电是引起高压开关柜中滑闪及电弧击穿的主要原因和前期阶段,准确有效地对绝缘异常爬电进行监测、跟踪和预警对保障设备安全运行非常关键。该文通过试验研究强垂直分量绝缘爬电的光脉冲阶段特征,并提出基于多波段光谱辐射强度信息的放电发展阶段划分方法和临界击穿判据,从而建立基于多波段光谱强度比值的放电跟踪预警方法。首先,搭建多波段单光子试验系统,采用自制多波段光学传感装置对沿面放电发展全过程跟踪测量,获得表征放电发展过程光谱比率的统计参量;其次,借助模糊聚类算法和支持向量机,构建放电发展临界特征空间边界,并对放电严重程度进行量化评估,结果表明该方法对放电阶段的正判率达到96.9%以上;最后,确立基于光谱比率的放电危险性主动预警逻辑,并开发了放电光脉冲跟踪预警系统,为开关柜放电和弧光监测的创新应用提供了参考。

局部放电探测光导结构参数的仿真优化

局部放电光学检测能力依赖于光学耦合前端的光学性能。光导体作为局部放电弱光信号探测的一种重要耦合部件,在光子收集和传递、增加光学探测器的视场角度等方面具有重要作用,提升其光子收集能力对于局部放电光学传感灵敏度具有重要意义。为此,以光导受光面的辐照度均值及探测视场角度作为其性能评估指标,根据光导材料的光学参数对光导体几何光路进行了设计和计算,明确了光导几何结构参数的优化设计思路,并采用蒙特卡罗模拟方法对光导受光面的辐照度均值进行计算,对不同几何形状光导体头部的光损耗及视场大小进行了比较分析,得到了较为一般性的光导设计结论。结果表明:10°楔型或10°二楔型的头部几何形状比传统圆柱更利于光信号的低损耗传播,平均辐照度值分别提高了25.08%及5.1%~7%,视场角度分别扩大了约20°及10°,减小了探测盲区,并间接提高了光电探测器的灵敏度。最后,阐述了光线平行度、光导材料的色散与折射率等参数对光导设计及探测效果的影响。该研究对局部放电光信号耦合器件的几何设计和参数优化具有指导意义。

气体绝缘微粒放电多光谱脉冲检测及特性分析

气体绝缘开关设备内部的金属微粒在强电场作用下容易引起局部放电,威胁设备绝缘安全。为研究微粒放电的光学信号特征和光学诊断方法,该文搭建气体绝缘金属微粒放电光–电模拟实验系统,采用局部放电多光谱传感器对微粒引发的多光谱脉冲信号进行实验测量和统计分析。研究不同电压和数量下的粒形与线形微粒的放电多光谱相位图谱以及时序波形特征,并进一步获得多光谱脉冲信号统计演化规律和三元分布特征。结果表明,两类微粒放电在可见波段、紫外波段和红外波段的幅值大小关系保持一致,放电图谱均呈“双峰状”分布;多光谱脉冲强度与外施电压和微粒数量呈正相关,其中线形微粒光辐射强度大于粒形微粒,两者在多光谱三元空间中的统计分布和演化路径表现出明显差异。因此,利用多光谱演化路径和三元图谱分布可望实现微粒放电绝缘的危险性评价和粒形辨识。