本征耐高温电极化储能聚合物电介质研究进展

具有高能量密度、高耐热性和低介电损耗的介电聚合物是先进电力电子应用的理想材料,例如用于电容器的高温储能薄膜。由于高极化和低介电损耗是两个相互矛盾的性质,因而只能在高介电常数(εr)和较低的损耗之间争取最佳的平衡。对于本征型聚合物电介质,介电常数源于电子、原子和偶极极化。然而由于聚合物分子链的性质,碳氢基电介质的电子和原子极化的介电常数被限制在5以下,偶极极化提高固有介电常数是有效的。为此围绕实现本征偶极玻璃聚合物高介电常数获得高储能密度的同时降低介电损耗的设计策略展开,从主链和侧链角度分析冻结链动力学阻止电子传导降低介电损耗的可行性,同时从电子结构角度揭示抑制传导电流的机制,在保持高εr和高玻璃化转变温度(tg)的同时实现高温下高的储能密度,最后对薄膜电容器用极性聚合物研发的难点和重点进行总结和展望。

全有机聚酰亚胺复合电介质薄膜储能特性的研究进展

聚酰亚胺(PI)因其优异的性能在新型高温储能电介质材料领域得到广泛关注。与无机/PI复合电介质材料相比,全有机PI复合电介质材料可以在获得高介电常数和高储能密度的同时保持优异的力学性能。本文首先讨论了影响聚合物电介质材料储能特性的关键参数,包括介电常数、介质损耗、击穿场强、储能密度、充放电效率和耐热性,然后分别从物理共混和化学共混两个角度分类介绍了影响全有机PI复合电介质材料储能特性的关键因素及发展动态,最后,对如何有效提升全有机PI复合电介质材料的高温储能特性问题进行了总结,并对其未来发展方向进行了展望。

自修复聚硅氧烷研究进展

聚硅氧烷材料因其具有耐老化、电绝缘及疏水等优异性能而被广泛应用于航空、汽车、柔性电子器件、电气等领域。但是,聚硅氧烷材料在使用过程中不可避免地受到力、热、电等破坏,这些损伤可能导致材料性能的降低甚至完全丧失,缩短材料的使用寿命,安全性也面临重大考验。自修复就是材料在其内部裂纹形成时具有阻止裂纹继续扩展并使其愈合的能力,能够在发生损坏后恢复其基本性能,包括机械强度、导电性、断裂韧性和耐腐蚀性等,以防止材料破坏、延长使用寿命、拓展材料的使用范围。因此,研发自修复聚硅氧烷材料具有重要意义。然而自修复聚硅氧烷材料在发展过程中面临诸多问题,例如修复条件的便捷性、自修复与力学性能的矛盾、电损伤的修复等,均成为限制自修复聚硅氧烷材料发展的瓶颈。为此从外援型、本征型自修复的机理出发,综述了基于不同修复策略的自修复聚硅氧烷其结构设计与合成等方面的研究进展,深入探讨了自修复聚硅氧烷分子结构与自修复特性、机械性能等的关联,揭示了自修复发展过程中需要克服的关键问题,分析问题的成因,针对这些问题提出了可能的解决方案,最后对自修复聚硅氧烷在电工领域的应用进行了展望。

氮化硼改性聚合物基高导热复合材料研究进展

电气、电子装备中器件的微型化、高功率化发展使得散热成为关键,以氮化硼(boron nitride,BN)为填料制备的导热复合材料是改善这一问题的有效方式。为此在阐述BN结构特点的基础上,从单一填料处理包括BN的剥离以及BN表面改性、复合填料协同作用、导热网络的构建这3个角度出发,分析了提升BN改性聚合物材料导热性能的途径。最后,对当前BN改性聚合物导热复合材料研究存在的问题进行总结,并对导热复合材料未来发展方向做出展望,以期望实现有限空间内的高效散热。

改进EEMD算法在高压并联电抗器声信号去噪中的应用

高压并联电抗器运行过程中产生的声信号是准确判定电抗器运行状态的重要依据,在对电抗器声信号现场采集时易受到多种外界噪声的干扰,测量仪器无法有效进行预处理,导致对电抗器运行状态的评估发生误判。提出了一种基于多传感器融合及最小下限频率截止的改进集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)高压并联电抗器声信号去噪方法。首先,利用一致性数据融合算法对各声纹传感器进行关联和甄别,剔除失效传感器,确定有效传感器组。其次,选取有效传感器组中的最小下限频率作为固有模态函数(intrinsicmode function, IMF)的筛选截止条件并进行集合经验模态分解。然后利用相关系数法提取有效的IMF分量。最后对有效IMF分量叠加重构,得到去噪声信号。模拟实验和实测结果表明,该方法具有较好的去噪效果。通过与传统经验模态分解法(empirical mode decomposition, EMD)、标准EEMD去噪技术的比较,验证了该方法在实际应用过程中的有效性和实用性。

交流输电线路附近民房上方电场解耦计算方法

由于输电走廊有限,高压交流架空线路不可避免地邻近民房平台,准确而快速地预测民房平台上方工频电场以满足限值要求对线路设计和环境评价至关重要。该文提出使用畸变系数曲线计算民房平台电场的工程实用方法,通过多元回归方法对不同尺寸的平台畸变系数进行拟合,并开展真型试验以证明预测结果。结果表明:多元回归拟合优度达0.997及以上,畸变系数公式拟合程度较好;利用畸变系数曲线求解的电场分布与实测结果对比,最大相对误差为5.9%,验证了预测方法的准确性。研究成果可为交流输电线路设计过程中,附近民房平台上方工频电场的快速预测提供支撑。

动态可持续聚酰亚胺电介质材料应用与进展

聚酰亚胺(PI)电介质兼具优异的电气和机械性能以及高热、化学稳定性,被广泛应用于电力、电子设备的生产制造,是绝缘材料的重要组成部分。近年来,随着绿色能源和可持续发展的需求,社会发展更加需要材料在损伤后能够修复、回收等,以实现再利用。然而,由于PI自身分子结构具有超强的稳定性,分子链在低温条件下难运动,难以实现损伤后的主动修复、回收。因此,必须从本征分子结构角度出发,设计开发适用于PI的新型可逆分子结构来实现材料的动态特性。基于此,本文综述了以PI为基体的回收、修复等动态问题的研究,重点介绍目前动态PI的制备方法、发生动态反应的条件及评估多种损伤形式之间的关系;总结了自修复PI电介质材料,包括共混、共聚及设计制备新型结构单体等工艺手段实现材料的修复特性,以及自修复PI当前的发展现状及面临的困难与挑战;概述了可降解、可回收PI材料的设计制备,通过动态共价键和动态交联网络择优实现PI电介质的回收,对于目前动态PI体系中存在的问题及未来研究方向进行了总结和展望:可以使用新型动态交联剂结合微量有机或无机物料的复合实现PI材料的动态特性和综合性能的协同提升;通过改善工艺或选择动态交联剂实现PI单体和交联剂粉末级别回收,有效避免降解催化剂的影响;需要进一步设计新型功能性单体,从分子结构水平实现可逆以解决PI修复、降解、回收难的问题。

交流电晕笼电晕特性数值计算分析(Ⅱ)—电晕电流与电晕损失

电晕损失是采用特高压电晕笼研究导线电晕特性的重要内容。搭建了考虑均压环的电晕笼导线交流离子流场3维计算模型,模型在笼体两侧加入均压环电荷以抑制端部效应,采用基于Shockley-Ramo法则的电晕电流计算方法,以及基于电晕电流工频分量的电晕损失计算方法。采用此模型计算了特高压电晕笼8×LGJ 630导线的交流离子流场,对比分析了均压环对导线表面最大场强沿线分布的影响,证明了均压环能改善端部效应引起的场强过大。而后计算得到大雨条件下8×LGJ 630导线上施加500 kV电压时的电晕电流时域波形,与理论波形规律一致。最后,对电晕电流进行频谱分析,得到了电晕电流工频分量的幅值和相位,并采用功率因素法计算了干燥和大雨条件下、不同交流电压时笼内单位长度导线上的电晕损失,与文献中的试验结果相差≤25W/m,且比2维算法结果有更高的精确度,证明了该方法的适用性。研究结果表明,所建离子流场模型符合物理实际,对电晕笼导线电晕损失的研究具有一定的参考意义。

Preparation and Properties of Epoxy Piezoelectric Vibration Reduction Composites

The epoxy resin (E-51) was used as polymer matrix,conductive carbon black (CB) as conductive filler,and PZT was used to prepare a composite by curing.The effects of PZT and CB content on the properties of PZT/ CB/ EP piezoelectric composite were studied.When the PZT content reaches 40 wt%,the optimized vibration attenuation properties of PZT/CB/EP materials could be achieved with a loss factor of 0.9 from room temperature to 60 ℃.With the increase of PZT content,the bending strength of PZT/CB/EP piezoelectric composite vibration reduction material firstly increased from 45 MPa to 65 MPa and then decreased to 38 MPa.At room temperature,the dielectric constant increased from 7 to 50,and the dielectric loss increased from 0.1 to 0.5.

平行架设的特高压交流输电线路电磁环境特性研究

在输电走廊紧缺的地区,特高压线路架设时难免会与其他特高压或超高压线路平行架设,走廊附近区域电磁环境较为复杂,需要深入研究。通过建立三种不同形式平行架设交流输电线路模型,对平行架设区域工频电磁场、无线电干扰和可听噪声特性进行研究。结果表明,线路间距减小会使强电磁环境区域减小,但幅值会有一定提高;平行架设线路高度对工频电磁场分布的影响大于无线电干扰和可听噪声。总体来说,特高压输电线路平行架设产生的电磁环境与导线高度和平行线路间距相关,在无线电干扰和可听噪声限值达标的情况下,可适当减少平行架设线路的间距。研究成果对线路走廊紧张地区的特高压线路设计和建设具有一定的参考意义。

高海拔地区大截面导线束的无线电干扰特征研究

利用青海高海拔特高压交流电晕笼(8 m×8 m×35 m,海拔2261 m),对3种大截面导线束(型号分别为8×LGJ720、8×LGJ900、10×LGJ720)在干燥和不同降雨量条件下的导线电晕放电干扰无线电的特征进行了试验研究。分析了表面场强及降雨量对线路无线电干扰的影响规律。对于8×LGJ720导线,表面场强在10、12 kV/cm时,无线电干扰水平随着降雨量的增大呈现出近似线性增大的趋势。对于8×LGJ900、10×LGJ720导线,当降雨量>2.0 mm/h,表面场强≥12 kV/cm时,降雨量对于无线电干扰的影响很小。尽管导线在干燥和降雨条件下无线电干扰值较为接近,但是表面电晕放电的形态存在不同。研究成果可以为高海拔地区交流输电线路的选型提供参考。

SF_6/N_2混合气体中金属微粒对GIL盆式绝缘子表面电荷积聚特性的影响

在0.5MPa 20%SF_6/N_2混合气体中,利用静电探头和电荷反演算法测量并计算了金属微粒附着时盆式绝缘子的表面电荷分布,并研究电压类型和金属微粒长度对表面电荷分布影响。结果表明,金属微粒将加剧绝缘子表面电荷积聚并严重畸变金属微粒处电场。在直流电压下绝缘子表面电荷存在三种积聚形态,即同极性电极注入电荷、金属微粒附近双极性电荷及随机分布电荷,而在雷电冲击电压下绝缘子表面仅存在金属微粒附近双极性电荷及随机分布电荷。当金属微粒超过5mm时,直流电压下注入电荷区的存在将导致金属微粒附近积聚电荷量减少,雷电冲击电压下随机分布电荷的存在也将导致金属微粒附近积聚电荷量减少。

正极性电晕放电脉冲特性仿真研究

正极性电晕放电脉冲由于其幅值较大,持续时间较长,在特高压交直流输电线路无线电干扰产生中占主导地位。为了深入研究正极性电晕脉冲发展的微观物理过程及其重复机制,文中基于流体动力学模型,用背景电离来代替光电离为正极性流注的发展提供种电子,对间距为1 cm,施加电压为17.5 k V的同轴电极进行了正极性电晕放电特性仿真,得到了一组较为规则的正极性电晕电流脉冲,脉冲幅值为15～25 mA。而后对初始脉冲不同发展阶段的空间电场分布特性和3种带电粒子(正离子、电子和负离子)空间浓度分布特性进行了分析讨论,对死区时间内的电场和正离子空间演化特性进行了描述,并给出了新的脉冲发展时空间电场分布。通过仿真发现,正流注在向前发展时,等离子体通道内的场强非常小,而流注头部场强较大。流注停止发展,逐渐消散时,通道内和流注头部的正离子在电场力的作用下向外迁移,导线表面电场逐渐恢复,当恢复至可以引发初始电子崩的起晕场强时,新的电晕脉冲发生。

温度对环氧胶浸纸套管FDS特性的影响

为研究温度对环氧胶浸纸套管频域谱特性的影响,以便更准确地将介电响应技术应用于套管受潮或老化状态评估,设计了不同温度下胶浸纸套管绝缘频域谱(FDS)测量试验,运用电介质极化理论对频域介电现象进行分析,并建立扩展Debye模型,利用遗传算法和内点法辨识各支路参数,通过模型参量变化分析温度对频域谱特性的影响规律。结果表明,随着温度的升高,低频区(10^(-3)~1 Hz)复电容实部随着温度的升高显著增大,介损和复电容虚部频谱曲线整体向高频方向移动;建立的6支路Debye模型与实测值基本相符,绝缘电阻R0随温度升高而减小,几何电容C_0基本不变;采用基于"频温平移因子"的主曲线技术可有效消除温度的影响,实现将已知温度下的频谱曲线折算到未知温度,扩展了频谱曲线的测量范围;频谱曲线的"平移因子"满足Arrhenius方程,利用"平移因子"计算得到的活化能约为31.92 kJ/mol。因此,利用频域介电谱法评估受潮或老化状态时必须考虑温度的影响,否则将导致评估结果失实。

特快速电磁暂态(VFT)试验平台的研制

GIS隔离开关操作产生的特快速电磁暂态(VFT)可能造成就地化保护装置发生故障甚至损坏,威胁变电站二次系统的可靠运行。为了研究VFT对就地化保护装置的影响,提出了VFT试验平台的设计方案(包括电气结构方案、就地化保护布置方案、接地方案),在武汉特高压交流基地建成了VFT试验平台;研制了VFT测量系统,开发了基于天线的同步触发装置,开展了特快速暂态过电压(VFTO)和就地化保护装置端口电磁骚扰同步测量,获得了就地保护装置端口的电流互感器(TA)、电压互感器(TV)传导骚扰、瞬态电场和磁场的波形特征,验证了研制的VFT试验平台能够产生相对严酷的GIS隔离开关操作特快速电磁暂态骚扰。

聚酰亚胺复合储能电介质材料研究进展

具有高击穿、低损耗、高柔性、低成本等优点的介电高分子材料在薄膜电容器产业中发挥着重要作用。然而,偏低的储能密度以及较差的热稳定性限制了其在高温工作环境中的应用。本文着重介绍了以聚酰亚胺为基体的介质储能材料及提高储能特性的研究方法,包括具有高介电常数、高绝缘特性的无机填料,多功能复合填料的结构和形貌对复合薄膜性能的影响以及界面微区特性的研究,并探讨了高温介质储能复合材料界面设计的未来研究方向。

交流输电线路可听噪声计算分析(Ⅰ)——3维分布

可听噪声作为导线电晕效应的重要组成部分,是输电线路环境评估的重要指标之一。基于模拟电荷法建立了考虑弧垂影响的输电线路表面电场强度计算模型,该模型考虑了导线上电荷分布的不均匀性,基于输电线路对地电容相等的原则将分裂子导线等效成单根导线,利用保角变换并计及分裂子导线间的相互影响,最终得到了分裂子导线表面电场强度沿线分布特性,并与档距内弧垂最低点处的国际无线电干扰特别委员会推荐的导线表面最大电场强度计算结果、COMSOL Multi-physics仿真结果进行比对,验证了所提表面电场强度计算模型的准确性。其次,结合输电线路可听噪声声功率产生特性及点声源球面传播规律,将有限长导线分成若干可视为点声源的微线段,并假定该微线段上导线电荷密度相等,利用表面电场强度沿线分布可得到该微线段上的声压级,对导线沿线进行积分即可得到可听噪声3维分布情况。最后利用该模型计算了我国钟祥电磁环境长期观测站边相外20m处可听噪声大小,其计算结果与实际有效雨天统计结果的相对误差仅为1.73%,验证了所提计算模型的准确性。

基于误差传递方程的离子流场迎风有限元高精度计算方法

为快速稳定地计算高压直流输电线路下的离子流场分布,T.Takuma提出迎风有限元方法。该方法计算格式简单,但计算精度较低,为解决该问题,提出一种基于误差传递方程的修正方法,通过使用迎风有限元方法求解误差传递方程,对连续性方程的解进行修正。数值算例表明,该文方法能够改善空间离子流场通量守恒特性,提高计算结果的精度。该文提供了一种通过显式差分格式的计算量获得高精度计算结果的思路,可推广应用于其他物理场的计算。

一种高效鲁棒的低阶迭代通量线方法求解高压直流输电线路离子流场

迭代通量线方法是一种被广泛应用于求解高压直流输电线路下离子流问题的方法,在每根流线上需要求解一个多变量的最小二乘优化问题。该文从迭代通量线方法出发,结合递推格式将每根流线上问题简化为单变量优化问题,从而使得通量线方法的计算规模被大大减小。实验表明,该文所提方法能够有效提高求解效率和在不同初值下的鲁棒性。该文提出的低阶迭代通量线方法能够有效应用于具有复杂几何结构的离子流模型。

GIS变电站开关操作瞬态电磁骚扰研究进展

随着智能变电站的发展,GIS开关操作瞬态电磁骚扰问题更加突出,需要引起重视。该文介绍了国内外在GIS开关操作瞬态电磁骚扰试验、仿真和防护3个方面的研究进展,分析存在的问题,并给出解决思路。试验研究方面:建议采用光学效应传感器测量以解决D-DOT和B-DOT传感器低频带宽的不足;研制GIS隔离开关操作骚扰试验平台,可开展就地化保护装置端口的电磁骚扰测量。仿真研究方面:建议完善GIS套管模型以计及辐射损耗和对波形的调制作用;建议发展基于全波模型的地电位差传导骚扰和空间电磁场仿真。防护研究方面:推荐了互感器二次中性点和二次电缆屏蔽层的接地方式;建议在制定就地化保护装置电磁兼容抗扰度标准之前,可以基于GIS隔离开关操作骚扰试验平台开展抗扰度试验。