打印微结构对表面电荷积聚特性的影响

航天器等真空设备面临着高电压、小型化的发展需求,但其中的固体-真空绝缘界面容易发生真空沿面闪络。为了提升真空绝缘的沿面耐电性能,通过3D打印技术在绝缘介质表面构建了微刻槽和打印金属两种微结构,并通过电荷积聚实验研究发现了打印微结构能有效抑制表面电荷积聚过程;同时,改变微刻槽数量以及金属的宽度和数量,进一步通过实验对比研究了参数不同时的情况,发现增加微结构的数量和宽度均有利于提升其对电荷积聚的抑制效果;最后,构建真空沿面闪络粒子仿真模型,通过研究电子运动和二次电子崩的发展,并结合实验结果发现微结构能够散射电子,从而产生抑制电荷积聚、提升沿面耐电强度的效果。

基于宽频等值电路的配电变压器局部放电电气定位研究

当配电变压器中发生局部放电时,脉冲电流信号会沿着绕组传播,检测低压绕组中性点接地处脉冲电流即可实现配电变压器局部放电检测。以往的配电变压器局部放电检测及评价方法无法判断放电位置与放电类型,难以准确评估配电变压器绝缘状态。建立了配电变压器宽频等值电路模型,研究了不同位置、不同类型局部放电脉冲电流信号在配电变压器绕组中的传播规律,提出了小波-经验模态联合去噪算法过滤现场检测中的噪声信号。通过计算脉冲电流信号的能量值以及三相波形相似系数实现了配电变压器局部放电的电气定位,以对多组不同噪声水平的信号进行验证,均可实现准确定位,验证了去噪算法和定位方法的有效性。

基于灰色关联与时-频域介电响应的油纸绝缘受潮状态快速评估方法

受潮状态下油纸绝缘的等效扩展Debye模型不再具有线性特性,使得基于时频转换的油纸绝缘状态评估方法存在一定误差。本文综合时域与频域介电谱的优点,在获取时-频域介电响应参数的基础上使用灰色关联算法构建油纸绝缘受潮状态评估模型。首先制备不同含水量的油纸绝缘样品,分析了受潮和温度对极化去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)以及频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)曲线的影响,进一步提取不同受潮状态下PDC和FDS曲线的特征参数。在此基础上,采用灰色关联算法整合油纸绝缘时频域介电特征量得到其规范化后的参考向量。最后,分别通过实验室样品数据和现场变压器数据验证了评估模型的准确性,为变压器早期故障预警与诊断提供了新方法。

时变温度下油纸绝缘频域介电谱曲线校正方法研究

频域介电谱(FDS)技术被广泛应用于油纸绝缘电力设备状态诊断中。但FDS在低频段测试时间较长,测试时设备往往处于动态降温过程,所获得的FDS曲线与评估数据库差别较大,使用时变温度FDS曲线进行绝缘状态评估的结果存在一定误差。为将时变温度条件下的FDS曲线校正到恒定温度,该文通过仿真获得套管温度场分布,采用粒子群优化(PSO)算法反演出不同温度下介电弛豫Havriliak-Negami(H-N)模型的特征参数。在此基础上,基于最小二乘法(LS)计算出时变温度条件下每个频点的等效温度,由此实现了曲线校正。结果表明:校正后的曲线与参考温度曲线具有较好的一致性,有助于电力设备绝缘状态的精确评估。

基于宽频等值电路的变压器局部放电电气定位研究

当变压器中发生局部放电时,脉冲电流信号会沿着绕组传播,检测绕组两端脉冲电流信号即可实现对变压器局部放电的检测。为此,建立变压器宽频等值电路模型,在可能发生局部放电的高压绕组处,于不同线饼与地之间施加局部放电脉冲,模拟高压绕组不同位置对地放电,在高压套管末屏及中性点处采集脉冲电流信号,研究不同位置局部放电脉冲电流信号在变压器绕组中的传播规律。通过计算可知,脉冲电流信号在两个不同频段能量占比的比值与脉冲电流传播的距离比呈线性关系,最大误差为9.80个线饼。该方法实现了变压器局部放电的电气定位,现场实验结果验证了该定位方法的有效性。

工频电压下聚乙烯表面动态电荷分布的研究

聚合物材料被广泛应用于电气设备的电气隔离和机械支撑中,在高压电场作用下,大量积聚在聚合物表面的电荷会引发局部电场畸变和沿面闪络,威胁设备安全。文中搭建了具有反射式拓扑结构的Pockels效应表面电荷动态测量平台,原位观测了单极性电压、单周期工频电压和多周期工频交流电压作用下聚乙烯薄膜表面电荷二维分布的动态演变。结果表明,基于Pockels效应的测量方法可以观测到0.5 s内的电荷积聚、扩散和消散过程,这是机械扫描式的静电探头法无法获得的;在正极性和负极性电压作用下,聚乙烯表面只沉积对应极性的电荷,其积聚、扩散和消散过程的持续时间大约为0.5 s,70%~85%积聚电荷量会在0.4 s内消散。对比施加不同极性起始的正弦交流电压情况下聚乙烯表面电荷演变,发现仅正极性起始的工况下会出现正负电荷共存的分布样貌。通过观测连续10个工频周期下聚乙烯表面电荷的行为,发现聚合物表面电荷积聚至少需要经历3~4个工频周期才能稳定,在此过程中表面电荷分布区域逐渐收缩。该研究结果对于直观理解交流电压作用下聚合物电荷积聚的演变过程有重要的参考价值。

冲击电压激励下变压器套管介电响应快速测量方法

油纸绝缘套管作为变电站内极为重要的电力设备之一,其绝缘状态对于电力系统的安全稳定运行至关重要。频域介电谱法可实现套管绝缘状态的无损检测,但传统扫频测试耗费时间长,为频域介电谱的现场应用带来不便。文中提出一种冲击电压激励下变压器套管介电响应快速测量方法,利用冲击电压信号中包含的丰富频率分量作为激励信号,获取套管末屏响应电流并进行数据处理与计算,从而得到频域介电响应信息。文中基于扩展德拜模型,搭建冲击电压激励下介电响应仿真平台,并利用任意波形发生器、高压功率放大器等设备搭建实验测试平台,验证了冲击电压激励下介电响应快速测量方法的可行性与准确性,对于缩短变压器停电检修时间窗口,提高现场套管绝缘状态诊断效率具有重要意义。

基于改进积分变换法的导体不连续电缆无损识别与定位技术研究

随着配电网电缆使用量的逐年增加,出现部分电缆导体不连续的质量问题,造成经济损失的同时可能威胁到配电网的安全稳定运行,现有方法难以无损检测识别并定位此类问题。建立了电缆首端宽频阻抗谱数学模型,分析了导体不连续电缆的宽频阻抗谱特点;采用了积分变换法将电缆宽频阻抗谱函数变换为空间域函数,用以实现电缆不连续点的识别定位,并采用切比雪夫窗和传播系数实测法对积分变换法进行了改进,大幅减小了定位曲线的涟漪效应,提高了定位的准确性;最后,定制了50 m长的10 kV导体不连续配电电缆。实验验证了所提算法的有效性,定位误差不超过0.8%。研究成果对于实现电缆精细化运维、提高配电系统运行可靠性具有一定参考意义。

介质阻挡电晕放电用于聚丙烯薄膜的表面改性

聚丙烯薄膜浸渍特性是电力电容器的关键问题之一。为了改善聚丙烯薄膜的浸渍特性,采用低温等离子体技术对薄膜表面进行了改性研究。首先基于介质阻挡电晕放电原理制作了低温等离子体发生装置,研究了其放电的电学特性。然后利用该装置产生低温等离子体,应用于聚丙烯薄膜的材料表面改性处理。通过测量材料表面处理前后的表面化学元素、微观形貌和表面静态水接触角的变化,分析了等离子体处理对材料表面改性的影响。结果表明:聚丙烯薄膜经过等离子体改性处理后,表面的极性含氧基团数量增加到10%,静态接触角降低了30%,材料表面粗糙度和浸渍特性都有较大提高;其电学特性也发生了变化,处理之后聚丙烯薄膜的交流击穿电压提高了约12%。

CH_4/O_2/He混合气体作大气压介质阻挡放电处理后其燃烧特性的改变

低温等离子体助燃技术在提高燃烧效率和拓展燃烧极限方面表现出良好的应用前景.为此,利用大气压介质阻挡放电对CH4/O2/He混合气体进行处理,对低温等离子体增强燃料燃烧的特性开展了研究.建立了介质阻挡放电助燃装置,对预混燃烧火焰图像进行采集并从中提取火焰燃烧锋面,采用本生灯法对等离子体作用下预混火焰传播速度进行测量,并与等离子体关闭时火焰传播速度进行比较分析,以此评价等离子体增强燃烧的效果.结果表明：在不同当量比（φ）工况下,无论有无等离子体作用,随着φ增加,火焰传播速度均先增加后减小,φ=1时达到最大值;对CH4/O2/He混合气体进行等离子体放电处理后,其火焰传播速度在不同当量比作用下都有所增强,在当量比为0.85～1.15的范围内,燃烧速度增加17％～35％,因此可以认为等离子体对预混甲烷燃烧有显著强化作用.

Pockels效应表面电荷测量中电荷反演算法的研究

Pockels效应表面电荷测量技术以其特有的技术优势逐步用于表面放电和等离子体的研究,然而如何准确获取表面电荷分布仍然是一个重要的研究课题。对Pockels效应表面电荷测量技术中的表面电荷反演算法进行研究,采用二维傅里叶变换将测量信号和表面电荷的复杂关系转换到频域中进行计算,并采用维纳滤波算法进行信号处理。计算结果和传统算法的计算结果进行了对比,结果表明,改进算法在数值计算过程中考虑材料厚度、介电特性及不同位置电荷影响等因素,计算方法更为合理。该方法可用于不同材料表面电荷的测量计算。另外,算法中维纳滤波器是计算算法中关键的组成部分,对降低系统噪声,提高数值计算的稳定性能够起到很重要的作用。

变压器油纸绝缘套管多参量智能感知技术研究

近年来由变压器套管故障引发的电力事故频发,直接影响着电网的稳定运行。如何有效诊断套管故障并及时预警,成为变压器套管运行维护中亟待解决的重要问题。为此提出了一种变压器油纸绝缘套管多参量智能感知方法,设计实现了适用于现场应用的套管介损–电容–局放一体化宽频微型传感器和新型氢气–温度–压力一体化非电量检测传感器;研制了低功耗多通道信号采集单元,实现了模拟采集信号就地数字化,利用光纤实现多通道的同步触发和高速通信,抑制了模拟回路耦合干扰;提出了基于向量法的套管异常分析方法,建立了网络化的状态感知诊断系统,可以实现信息的汇聚融合以及远程告警。该方法可以为套管设备向智能化运维方向发展提供一种参考思路。

交流电压下聚合物材料表面的电荷分布特性

采用Pockels电光效应原理,对大气条件交流电压下聚合物绝缘材料的表面电荷分布进行了研究。实验以聚苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)和聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)为样品,在针板电极上施加幅值5kV、频率20Hz的正弦交流电压,施加电压分别从正半波开始和从负半波开始,采用高速CCD摄像机纪录1个周期内2种聚合物材料在沿面放电过程中表面电荷分布的变化。实验结果表明,材料表面电荷分布的极性效应非常明显,负电荷分布半径要小于正电荷分布。材料特性也显著影响电荷分布,随着施加电压的升高,PET表面正流注通道逐步延伸,呈弯曲状分支分布,而PVDF表面正流注通道的形成明显要快,并呈现规则的轮辐状分布。分析认为,这与不同材料的禁带宽度、表面层电离能、介电常数和厚度等的差异都有很大关系。

35kV干式空心电抗器匝间绝缘热-机联合损伤分析

针对干式空心电抗器现场运行中频繁出现的匝间绝缘故障,首先对电抗器进行正常运行、气道阻塞情况下的温度场进行仿真,得到了电抗器各包封的温度分布及热点温度,在此基础上,对电抗器匝间绝缘的主要绝缘材料聚酯薄膜进行材料热老化处理,对不同老化程度的试样开展了体电阻率、拉伸强度、局部放电以及击穿电压等测试,以对材料劣化特性进行表征.实验发现,随着老化程度的加剧,不同试样的体电阻率、拉伸强度和局部放电起始电压明显降低,但耐电强度变化不明显.分析认为,单一热老化并不会直接导致绝缘材料的击穿,而老化后材料机械强度的下降导致运行中力作用下出现的机械受损,可能是造成电抗器匝间绝缘击穿故障的原因.

大气压氩等离子体射流对聚丙烯表面改性的影响

为了增强聚丙烯薄膜的浸润特点.利用大气压氩等离子体射流对聚丙烯薄膜进行表面改性处理,并对其放电特性进行测量.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和静态水接触角方法测量与分析APPJ处理前后薄膜的微观形貌、表面化学组分、表面亲水性,以此评价APPJ表面改性效果.结果显示,PP薄膜经过APPJ处理后,其表面粗糙度有所增加,且引入了亲水极性基团,从而改善了材料的浸润性能.仅在处理20s时,表面水接触角从未处理时的105°下降到45°.浸润特性影响PP电学特性的变化,改性后的PP油浸薄膜交流击穿电压提高约14%.

基于分布油色谱和超声技术的换流变压器放电缺陷定位

针对超声波法在换流变等大尺寸设备中局部放电检测的不足,提出一种基于油中溶解气体分析与超声波检测及定位相结合的定位技术。首先利用分布式油中溶解气体分析法实现缺陷粗定位;然后在此基础上,确定合理的超声波传感器布置方案;再使用超声波定位算法以及优化传播路径搜索算法准确定位;最后,通过现场测试并综合设备内检结果进行验证,表明了所提检测方法的实用性和有效性。

低温等离子体辅助燃烧的研究进展、关键问题及展望

利用低温放电等离子体在各种极限条件下实现快速点火,稳定燃烧和提高燃烧效率减小对环境的污染是近年来等离子体应用研究的热点之一。基于相关研究现状,归纳了低温等离子体辅助燃烧的机理,从实验研究、仿真计算、ns重频脉冲电源研制等各方面,介绍并讨论了这些研究的进展。目前一般认为等离子体化学反应产生的活性基团和气流温升是提高燃烧效率的主要因素,尤其是氧原子对燃烧过程影响较大。作为物质第四态的等离子体具有快速的热效应、比较高的自由电子能量和一些长寿命激发态粒子,且在放电过程中等离子体对流场的影响会改变气体的输运特性。这些共同因素的作用使得燃料气体的电离及输运时间缩短,能够有效降低点火温度,提高燃烧效率,拓展燃烧极限。在实验研究方面,介绍了各研究机构独特的燃烧器设计方案和相关参数,分析了不同电极结构和放电形式对燃烧的影响。最后提出在未来的研究中,应重点关注的问题包括:流动环境下大气压均匀等离子体的产生;大气压低温等离子体的非介入式测量与诊断;等离子体辅助燃烧的建模与仿真;等离子体激发电源的研制。

表面粗糙度对有机玻璃材料真空沿面闪络特性的影响

目前国内外关于绝缘材料的表面粗糙度对其真空中沿面闪络特性的影响尚无定论。为此以有机玻璃材料为研究对象,采用不同目数的砂纸制备不同表面粗糙度的样品,并进行了真空沿面闪络实验研究。结果表明:随着表面粗糙度的增加,有机玻璃的闪络电压呈现U型变化规律,即先减小后增大的变化趋势。同时,研究了打磨方向对有机玻璃闪络特性的影响。在粗糙度较大的情况下,合适的打磨方向可以明显提高闪络电压,尤其是垂直于电极方向打磨时,材料表现出闪络电压高、分散性小的特点;但在粗糙度较小的范围内,闪络特性受打磨方向的影响不明显,甚至有略微下降的趋势。结合实验结果,基于二次电子发射雪崩理论,从宏观和微观2个角度讨论了粗糙度对于绝缘材料闪络特性的影响机理,提出了表面粗糙度对于闪络影响的博弈模型。

基于可移动特高频天线阵列的变电站站域放电源检测与定位研究

基于特高频天线阵列的局部放电检测方法已被应用于敞开式变电站(air-insulated substations,AIS)站域的局部放电巡检,但目前装置存在定位精度低等缺点。该文针对变电站局部放电去噪方法、传感器阵列优化布置、定位算法及检测系统开发等方面开展了深入研究。针对电晕噪声、手机通讯信号及非脉冲噪声,提出了合理选取检测频带、硬件陷波器及能量陡度阈值等去噪方法;通过克拉美罗下界分析及定位均方根误差仿真对天线阵列布置进行了优化,选取为4×1m的菱形天线阵;采用基于最大似然估计的概率定位法求解时差定位方程组,综合多次局部放电信号定位结果,可降低时差估计误差的影响,提高了定位准确度。开发了变电站局部放电检测与定位系统,包括超宽带全向双锥天线、信号调理电路及信号高速采集分析单元,用于110kV AIS站域局部放电检测,测试结果验证了系统的有效性及定位准确性。

基于温升特性的油浸式变压器负荷能力评估模型

实时评估变压器负荷能力,保障设备安全前提下充分挖掘变压器负载潜力,是资产精益化管理的发展方向。通过分析变压器的热源组成与传热过程,将日照辐射吸收功率引入到变压器热点温度估算中,依据绕组直流电阻和油黏度温度变化特点,对热源功率和热阻的算法进行了修正,提高热点温度估算精度。然后综合考虑顶层油温、热点温度、相对损失寿命和辅助设备容量等负荷约束条件,提出了基于温升特性的油浸式变压器负荷能力评估模型。最终,采用2台变压器实测数据进行验证,结果表明,相比于负载导则推荐方法,改进的热点温度算法的相对误差平均减小了2.5%;负荷能力评估结果显示,正常情况下测试变压器实际负荷能力约为额定值的115%,仍有剩余负荷潜力可用。