基于电荷泵和电场增强层的滑动式直流摩擦纳米发电机的性能提升

针对直流摩擦纳米发电机(DC-TENG)自身性能的局限性以及静电击穿的优化,提出了一种简便、通用的将电荷泵和电场增强层与DC-TENG耦合的策略(CE-DC-TENG),以提高DC-TENG的输出性能。交流摩擦纳米发电机(AC-TENG)被用作电荷泵,在DC-TENG中引入一层增强电场的导电层并与电荷泵连接,以积累电荷和增强静电击穿的电场。在研究过程中,设置了运动频率与竖直压力这两个参数,并通过改变参数的大小测试了对应的输出性能。结果表明在1.0 Hz的运动频率和25 N竖直压力下,CE-DC-TENG输出电流约为0.67μA,七个周期的转移电荷量约为0.95μC。这个结果分别约为基于静电击穿DC-TENG的5倍和2倍。并且,该器件的输出功率在负载电阻600 MΩ左右获得最大值,达到54μW。CE-DC-TENG的峰值输出功率约是DC-TENG的18倍。通过线性滑动模式CE-DC-TENG验证了该方法的有效性。

XLPE电缆绝缘片晶周期性结构演变及其对电性能的影响

为了研究长期高温条件下高压直流电缆交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)绝缘片晶周期性结构演变对直流绝缘特性的影响,将500 kV直流XLPE电缆绝缘层的薄片试样置于135℃条件下加速热老化。采用小角X射线散射(small angle X-ray scattering,SAXS)和差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)分析热老化对组成球晶的片晶/无定形区过渡界面、片晶和片晶长周期结构的影响。同时,分析XLPE直流电导特性和击穿强度的变化。实验结果表明:片晶/无定形区界面厚度、片晶厚度、片晶长周期尺寸随着老化的进行先略微增大后逐渐减小,在老化336 h时出现最大值,这与电荷注入阈值场强和直流击穿强度具有相似的变化规律,而与载流子迁移率变化和片晶间无定形区尺寸的变化相反。基于陷阱控制的阈值场强变化和自由体积击穿理论,分析片晶周期性结构变化对直流击穿强度的影响。综合分析可知,经过短时间热老化有助于改善XLPE的片晶周期性结构,从而提升直流击穿强度。

高压直流电缆用交联聚乙烯介电性能的对比研究

为研究温度对直流电缆用交联聚乙烯绝缘性能的影响,选取了2种具有代表性的直流电缆用交联聚乙烯和1种交流电缆用交联聚乙烯进行对比研究。分别对其在不同温度下的直流电导率和空间电荷集聚特性进行分析。结果表明:在温度范围为20~70℃时,3种交联聚乙烯试样的直流电导率随着温度的升高呈指数增大,但电导活化能有差异,直流电缆用交联聚乙烯的电导率随温度升高的变化程度较小;交流电缆用交联聚乙烯以积聚负电荷占主导,而2种直流电缆用交联聚乙烯空间电荷的平均电荷密度较小。此外,3种材料在常温下的直流击穿场强差异明显;红外光谱结果表明直流电缆用交联聚乙烯具有更少的羰基基团。2种直流电缆用交联聚乙烯分别采用提高纯净度和引入无机填料2种方式,使直流介电性能得到了改善。

液氮环境中3种聚合物薄膜老化和拉伸状态下的绝缘强度

用于超导设备的薄膜型绝缘材料绕包于导体时往往承受一定的绕包张力,且由于工作环境温度的变化、机械应力等作用会发生老化。为研究薄膜型绝缘材料在液氮环境中老化拉伸状态下的绝缘强度,设计了一套测试电极系统对聚酰亚胺(Kapton)、聚丙烯层压纸(PPLP)和聚四氟乙烯(PTFE)3种薄膜在液氮中经过不同老化处理后拉伸状态下的工频和直流绝缘强度进行了实验研究,结果发现老化拉伸状态下交、直流击穿电场强度大多在较小幅度内发生变化,而经过冷热循环处理后的聚丙烯层压纸交流、直流击穿电场强度均发生了跳跃性地下降,因而在选择聚丙烯层压纸作为超导电力设备的绕包型绝缘材料时,应充分考虑工作温度剧烈变换导致的材料老化因素的影响。3种材料的直流击穿电场强度要普遍高于交流击穿电场强度。

多壁碳纳米管/交联聚乙烯的空间电荷特性研究

为研究多壁碳纳米管(MWNTs)对多壁碳纳米管/交联聚乙烯复合绝缘材料空间电荷特性的影响,采用电声脉冲法对熔融密炼制作的MWNTs/XLPE纳米复合材料试样进行空间电荷分布测试。同时利用极化-去极化电流法测试试样的去极化电流,并用标准油杯电极测试试样的直流击穿场强。结果表明:在不同电场强度下,MWNTs质量分数为0.2%的复合材料试样的空间电荷注入量和累积量都明显小于纯XLPE,具有较强的空间电荷抑制能力;在室温条件下,MWNTs质量分数为0.2%的复合材料的直流击穿场强小于纯XLPE,但稳定性好。

聚丙烯绝缘材料电导特性与空间电荷研究

为考察聚丙烯作为直流电缆绝缘材料在电气性能上的的可行性,选用等规聚丙烯材料制备测试试样,通过差示扫描量热法测试熔融温度(165℃)和结晶温度(111℃),针对击穿特性、强场电导和空间电荷分布与电荷的消散等电气性能对聚丙烯材料进行测试。击穿强度测试发现:其交流击穿强度明显低于直流击穿强度,交流击穿强度数据的的分散性相对于直流击穿要好。强场电导特性测试发现:在3.3 kV/mm电场下当温度升高到90℃时,材料的强场电导明显升高,达到室温时的2倍。空间电荷实验结果表明聚丙烯在较低的电场强度(10、20 kV/mm)下未出现明显的空间电荷,而在电场强度达到50 kV/mm时,出现了明显的异极性空间电荷。将试样上下电极短接进行短路发现,10、20 kV/mm下加压0.5 h后,经过0.5 h短路放电,试样内部的空间电荷几乎释放完全。而在50 kV/mm下加压0.5 h后,经过1.5 h的短路时间仍然看到试样内部驻留着大量的异极性空间电荷。

换流变压器油纸绝缘复合电场击穿特性及其试验方法

为了查明换流变压器油纸绝缘在交流叠加直流电场下的击穿特性,利用交流、直流及交流叠加直流等复合电场,对油隙、浸油纸板和油纸复合绝缘进行了击穿试验研究。结果表明:油隙的击穿场强几乎不随交流电压分量变化;浸油纸板击穿场强随交流电压分量增加迅速下降;受浸油纸板击穿特性影响,油纸复合绝缘击穿场强随交流电压分量减小明显提高。说明油隙的击穿场强与交流电压分量基本无关,但浸油纸板的击穿场强受交流电压分量影响严重。依据试验结果,进一步对换流变压器交流和直流电压试验项目的有效性进行了讨论。经分析发现换流变压器主绝缘的油隙与浸油纸板在运行电压下出现的最高电压仍为交流叠加直流电压。交流和直流电压试验的电压幅值能够满足要求,但电压波形与承受的运行电压相差较大。认为交流电压试验考核油隙绝缘介电强度是有效的,而直流电压试验考核浸油纸板绝缘介电强度并不充分。

人工盐雾环境下环氧树脂的绝缘特性

采用超声波盐雾发生器模拟沿海地区环境,在直流电场条件下测试了盐雾电导率对环氧树脂小绝缘间隙的绝缘特性的影响;借助单筒连续变倍视频显微镜观察实验前后试样表面状况,分析绝缘破坏过程。实验结果表明:盐雾液滴在环氧树脂表面的接触角随盐雾电导率的增大而减小;放电起始电压随盐雾电导率的增大而降低,随绝缘间隙的增大而升高;绝缘破坏电压随盐雾电导率的增大而降低,随绝缘间隙的增大而升高。

植物绝缘油大间隙下的雷电冲击和直流击穿特性研究

我国自主研发生产的植物绝缘油目前只应用在最高电压等级为35 kV的变压器中,缺乏国产植物绝缘油大间隙下击穿特性的试验数据支撑是限制其应用于更高电压等级变压器中的重要原因。本研究对比了进口、国产植物绝缘油和国产矿物绝缘油在雷电冲击电压和直流电压下的击穿特性。结果表明:国产植物绝缘油与进口植物绝缘油具有相似的雷电冲击和直流击穿特性。正极性下,植物绝缘油小间隙下(<25 mm)的击穿电压与矿物绝缘油相当甚至优于矿物绝缘油,但大间隙下矿物绝缘油的击穿电压优势更明显,此外,绝缘油在直流和雷电冲击电压下的击穿电压没有明显差异。负极性下,矿物绝缘油的击穿电压始终高于植物绝缘油,并且绝缘油的直流冲击击穿电压明显高于雷电击穿电压。

液态聚硫橡胶对环氧树脂介电性能的影响

为了研究环氧增韧剂液态聚硫橡胶(PSR)对环氧树脂介电性能的影响,采用直接共混法制备了PSR/环氧树脂复合材料试样(PSR的质量分数分别为0%、5%、10%、15%和20%),通过扫描电子显微镜和差示扫描量热法对试样的微观形貌和玻璃化转变温度进行分析,测试了试样的直流击穿场强、频域介电谱和表面电位衰减特性。测试结果表明:PSR的添加会导致环氧树脂玻璃化转变温度降低;添加PSR能够有效提升环氧树脂的直流击穿场强;环氧树脂介电常数和介质损耗随着PSR质量分数的增大先增大后减小;PSR会使环氧树脂的表面电位衰减速度减慢。通过等温表面电位衰减模型提取陷阱参数发现,添加PSR后,深、浅陷阱中心的深度增大,深陷阱电荷的密度随着PSR浓度的增大先减小后增大,除了PSR质量分数为20%外,其余含量PSR的添加均会导致浅陷阱电荷密度减小。基于电荷输运过程以及空间电荷击穿理论,认为陷阱深度的增大使陷阱捕获效应增强,导致碰撞电离和空间电荷的累积受到抑制,从而提高了直流击穿场强。

直流电场下变压器油的成份与其击穿电压的关联性研究

在直流电场下建立变压器油击穿电压的测试方法,研究变压器油的烃组成成分、添加剂含量与其击穿电压的相关性。结果表明:在极不均匀直流电场下,变压器油的击穿电压与其烃组成成分有极大的相关性,变压器油芳烃含量越高,正负极性击穿电压越低,链烷烃和环烷烃含量的高低与其击穿电压没有相关性;在相同油间隙下,负极性击穿电压高于正极性击穿电压,随着油间隙的增加,击穿电压值等比例增加;在工业应用的剂量下,酚型抗氧剂和金属钝化剂的加入对变压器油的直流击穿电压没有明显的负面影响。

500 kV直流电缆接头增强绝缘设计关键参数及其控制研究

500 kV直流电缆接头设计的核心内容是增强绝缘的材料性能和几何结构。本文计算和仿真了直流电缆接头内电缆主绝缘与增强绝缘双层介质的电场分布特征,分析了直流电缆接头由界面放电引起的击穿故障的发展机理,测试了直流电缆接头中的交联聚乙烯(XLPE)与硅橡胶(SR)介质界面的击穿特性。结果表明:增强绝缘与电缆接头主绝缘的电导率和界面切向电场强度是增强绝缘设计的关键参数;增强绝缘材料的电导率在温度和电场容许范围内应始终小于XLPE;主绝缘与增强绝缘界面的切向电场强度是影响直流电缆接头运行可靠性的关键控制参数,在最不利的条件下其阈值为2.5 kV/mm。研究结果为解决直流电缆接头尤其是增强绝缘的设计问题提供了新方法。

不同烃组成变压器油基础油的直流电场击穿性能研究

简要介绍国内外评定变压器油击穿特性的试验方法。在高压直流电场下,考察了电场均匀性与测量结果的相关性,以及不同烃组成变压器油基础油的击穿特性;在极不均匀直流电场下,考察不同类型芳烃含量与油击穿特性的相关性。研究结果表明:在极不均匀直流电场下,变压器油的击穿电压与其烃组成有极大的相关性,变压器油芳烃含量越高,正负极性击穿电压越低,在相同电极间隙下负极性击穿电压高于正极性击穿电压,电极间隙越大,这种差异越大;单环芳烃对变压器油直流击穿电压没有负面影响,双环及多环芳烃对变压器油直流击穿电压有明显的负面影响。

交流、直流及混合电场下变压器油烃组成与其击穿电压的关联性研究

文章分别在交流、直流和交直流混合电场下建立变压器油击穿电压的测试方法。在极不均匀电场下,开展变压器油烃组成与其击穿电压的相关性研究。研究结果表明,在极不均匀交流电场下,变压器油的击穿电压与其烃组成没有相关性。在极不均匀直流和交直流混合电场下,变压器油的击穿电压与其烃组成有相关性,变压器油芳烃含量(C_A值)越高,正负极性击穿电压越低;在相同油间隙下,负极性击穿电压高于正极性击穿电压。随着油间隙的增加,击穿电压值增加。