正极性操作冲击电压下含悬浮导体长空气间隙放电发展过程

带电作业组合间隙是典型的含悬浮导体长空气间隙,含悬浮导体长空气间隙放电机理研究对提升带电作业安全性具有重要意义。为此搭建了棒-棒-板含悬浮导体长空气间隙放电观测平台,开展了悬浮导体位于不同位置的间隙放电观测试验,获得了施加电压、高电位放电电流以及放电光学图像等数据,研究了间隙的放电发展过程。研究结果表明,含悬浮导体长空气间隙这2个子间隙的放电会同时进行并相互影响,子间隙1放电主要由下行先导-流注体系和上行流注组成,子间隙2放电主要由先导-流注体系组成;悬浮导体位置会影响放电发展各阶段的起始时刻和放电发展时间;悬浮导体在任意位置时,放电从子间隙1起始,子间隙2中放电在子间隙1击穿前起始,子间隙2击穿不早于子间隙1击穿;子间隙1流注-先导转化所需临界电荷为0.26μC,与长空气间隙相似;预放电电流幅值、先导发展速度等放电发展特征与长空气间隙存在差异。

绝缘子气隙缺陷下的局部放电发展过程研究

研究了气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear, GIS)内部绝缘子气隙缺陷局部放电(partial discharge, PD)发展过程,分析了不同发展阶段的特高频(ultra high frequency, UHF)PD信号φ-u散点图和φ-n谱图变化规律,提出了9个特征参量。研究发现:正负半周放电次数、大小具有相同的变化规律,正负半周最大放电脉冲幅值、等值累积放电量和放电信号熵特征呈指数增长趋势,相邻放电脉冲平均时间间隔呈现近似指数衰减趋势。负半周相邻放电脉冲时间间隔总是大于正半周,并且两者差异性随着PD的发展逐渐缩小。相邻放电脉冲最大时间间隔随放电发展逐渐减小。最后,本文结合PD发展物理微观过程,分析了各特征量出现相关变化规律的物理机制。

大气压氩气射流等离子体放电发展速度研究

利用交流空心针-板放电装置,在大气压环境中产生了两种不同极性的氩射流等离子体,利用放电产生的等离子体发光信号,研究了两种等离子的形貌和放电的发展速度。利用高速相机拍摄了两次放电的形貌,发现正半周放电长度约为0.8 cm,负半周放电长度约为1.6 cm。然后利用两个光电倍增管配合,分别测量了正负半周放电的发展速度,正半周放电发展速度为(3.1±0.2)×106cm/s,负半周放电发展速度为(2.2±0.1)×107cm/s,而且两次放电的发展方向相同。通过对电子激发温度空间分布的分析,发现电场是影响等离子发展速度的重要因素。

表面电荷对介质阻挡放电发展的影响

大气压介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)中介质表面电荷分布对放电特性和放电形态演变具有重要影响,该文通过建立基于Pockels效应的高速表面电荷测量系统,研究放电起始后连续周期内介质表面电荷动态发展过程,并分析表面电荷分布对放电形态演化过程的影响。研究表明:在起始放电后几个周期内表面电荷斑位置不固定,电荷斑直径变化范围为1.5~2.5mm,且首次放电的表面电荷量高于后续放电;随着放电的发展,正表面电荷密度降低,负表面电荷密度升高,在放电逐渐稳定的过程中,正负表面电荷相互中和,电荷分布逐渐集中,最终使得电荷斑的位置、大小与放电量维持在一种稳定状态,正负表面电荷位置固定且重合度高,即表面电荷的记忆效应对平板电极中放电丝的稳定起到了重要作用。研究结果有助于理解表面电荷在放电形态演化中的作用机制。

工频恒定电压下SF6气体中沿面放电发展过程研究

气体绝缘组合电器(GIS)中绝缘缺陷的存在会造成局部放电,导致设备劣化,进而危害到电力系统的稳定性。其中危害较严重的为绝缘子沿面放电缺陷,为探究其在工频恒定电压作用下的放电发展过程及规律,文中制作了“三结合”模型模拟SF 6中沿面放电缺陷并展开试验。保持工频电压在模型闪络电压的95%不变,每隔5 min记录一次局部放电信号,直至模型频繁发生闪络,分析各阶段放电统计参量的变化。结果表明沿面模型在闪络前的放电呈现放电重复率增加、放电量增加、放电间歇、放电再次增强的发展过程。放电间歇的产生与SF 6的强电负性、电场均匀化等均有一定关系。因此,需通过长时间放电检测以准确判定设备劣化阶段,并采取相应措施。

突出物缺陷下局部放电发展过程研究及特征信息提取

为可靠评估电气设备内部局部放电严重程度,指导电气设备状态检修策略制定。本文采用阶梯电压法对气体绝缘组合电器内部典型金属突出物缺陷下局部发展过程进行了试验研究,构造了不同放电发展阶段的局部放电特高频信号φ-u散点图和φ-n谱图,提取了各放电阶段中表征绝缘劣化程度的11个特征参量。分析发现,在不同的放电阶段,各特征值大小不同,且随着放电的发展呈现不一样的变化趋势,这些差异信息可以描述局部放电发展阶段,可为局部放电严重程度评估提供更加完整的信息。最后,本文结合空间电荷对空间电场畸变效应,从局部放电产生与发展的物理微观过程出发,分析了各特征量出现相关变化规律的物理机制,解释了采用相关特征参量进行局部放电严重程度评估的科学性。

油纸绝缘快速发展型局部放电特征

特高压变压器中油纸绝缘裕度接近设计极限,在交接试验中多次出现从检测到局部放电到击穿仅需数分钟的快速发展型故障案例。为实现该类放电的有效预警,该文通过分析不同电压下极不均匀电场中油纸绝缘失效时间的U-t与Emax-t特性,根据阈值电压Uth、阈值场强Eth和电压耐受指数n界定快速发展型放电;同时,研究恒定交流电压下油纸绝缘针-板电极模型中快速发展型放电痕迹和局放特性。结果表明,针-板电极下油纸绝缘电寿命符合反幂函数模型,快速发展型放电根据放电形貌可划分为5个阶段,先后呈现为针尖起始放电、油纸界面滑闪放电、白斑形成、固定的放电通道、碳化痕迹生长直至击穿。局放特征量和局部放电相位分布(phase resolved partial discharge,PRPD)图谱与放电痕迹的发展规律一一对应,PRPD图谱呈现出稀疏放电—高能量密集放电—低能量密集放电的变化趋势。

“快速发展型”放电故障及其对油纸绝缘的损伤特性

超、特高压变压器绝缘电场强度接近设计极限,高电场强度下由于局部放电引发击穿的过程具有快速发展的特点。在出厂及交接试验中频繁发生多起"快速发展型"放电故障案例,即从检测到局部放电再到主绝缘击穿或临近击穿仅几分钟,对变压器运行造成极大隐患。为探究"快速发展型"放电故障形成原因及其对油纸绝缘的损伤特性,该文研究油纸绝缘在极不均匀电场下的U-t特性曲线及电寿命模型,提出采用U-t特性曲线区分"普通型"和"快速发展型"放电故障。研究结果表明,在极不均匀电场下,油纸绝缘的电寿命U-t特性服从反幂函数模型,可采用不同电场区域反幂函数模型中电压耐受指数n值作为两种放电类型的区分依据。从油纸绝缘的损伤痕迹来看,"快速发展型"与"普通型"放电具有相似处和各自特点:两种放电都会产生电晕和滑闪放电,且伴有白斑和气体产生;不同点在于,"快速发展型"放电发展速度快,对纸板损伤严重,会产生明亮的放电通道和表面的树枝状碳痕,而"普通型"放电发展相对缓慢,且对纸板损伤较轻,只会在针尖处产生点状碳痕。树枝状碳痕是"快速发展型"放电故障的主要特征,其生长分为快速生长和缓慢生长两个阶段,并且符合绝缘材料中电树枝的生长规律。研究成果可为区分"快速发展型"和"普通型"放电故障提供参考依据,为掌握"快速发展型"放电故障规律并进行有效预警和诊断奠定基础。

基于悬浮电位电流测量装置的组合间隙放电观测试验研究

超/特高压输电线路带电作业是提高电网供电可靠性的重要技术手段,但作业过程存在一定的安全风险,作业人员在进出高压导线时形成带电作业组合间隙,研究组合间隙的放电理论,对于提高作业安全性具有重要意义。然而目前的组合间隙放电试验研究缺乏对悬浮导体上电流的观测手段,阻碍了放电理论的完善。为此,搭建了包含悬浮电位电流测量装置的组合间隙放电试验平台,开展了冲击电压下的放电观测试验,获取了间隙耐受与击穿情况下的电流波形。试验结果表明,在一定的冲击电压作用下,无论间隙耐受或击穿,悬浮导体上均会出现明显的电流脉冲,分别对应放电发展的不同物理过程;试验获取的电流波形与以往研究得到的组合间隙放电图像相符。研究结果进一步验证了组合间隙的放电理论,为完善组合间隙放电理论和制定带电作业安全防护规范提供了数据支撑。

沿绝缘介质表面的气体放电等离子体模型

高压直流断路器的断口沿面绝缘性能失效已经成为阻碍直流开断技术发展的主要难点之一,而目前对沿面放电的动态发展规律和放电模型研究还很不完善。该文基于二维自洽流体模拟,建立了N_2/O_2等离子体沿面放电模型,考虑带电粒子的连续性方程和电子能量平衡方程,并耦合泊松方程求解。研究结果发现平板电极中放电由两端向中间发展,累积的表面电荷极性与外加电压一致。根据放电电流波形可判断沿面放电的发展阶段,其中电晕放电阶段电流幅值小且稳定,流注放电阶段电流有小幅波动,火花放电阶段出现电流激增。沿面放电发生在绝缘柱表面的薄层中,其中正、负空间电荷混合存在。并从沿面放电发展速度和表面电荷密度分布两方面验证了该等离子体模型的正确性。

麻风树油在极不均匀场中的雷电冲击放电现象

文章利用针-板电极产生的极不均匀场强,对非来源于食物的麻风树植物油和矿物绝缘油在极不均匀场中雷电冲击电压作用下的放电现象进行了研究。研究结果显示,在具有相同峰值的极不均匀正、负雷电冲击电压作用下,麻风树油中的放电形状、放电长度、放电量和放电发展速度均优于或等同于矿物绝缘油,这说明麻风树油可替代矿物绝缘油用于高电压设备的绝缘保护。

脉冲电应力下空气-聚酰亚胺绝缘沿面放电过程数值模拟

沿面放电是导致高频电力变压器气-固绝缘系统失效的主要原因之一。为研究空气-聚酰亚胺界面放电发展过程,该文基于流体动力学理论,通过对粒子输运方程、泊松方程和等离子化学反应的耦合表征,并充分考虑带电粒子在绝缘介质表面的反应过程和累积条件,建立了负极性脉冲电应力下空气-聚酰亚胺沿面放电等离子体模型。模型采用简化反应集定义空气放电涉及的粒子反应,模型复杂程度大幅降低。为避免求解过程中粒子密度出现负值,采用对数形式有限元法求解所建模型,实现了针-棒电极结构下1cm间隙沿面放电发展过程的动态模拟,得到了放电过程中带电粒子密度、表面电荷密度及电场分布等参量的时空演化规律,并通过实验从放电发展形态和表面电荷累积两方面验证了模型可靠性。基于该仿真模型,进一步探究了沿面放电的影响因素,结果表明,沿面放电平均传播速度与温度正相关,与气压负相关;界面二次电子发射系数越大,放电发展越迅速,表面电荷积聚越严重。

组合空气间隙放电路径选择性试验

为了研究空气间隙放电路径发展的分散性和随机性,分别对棒–棒间隙、棒–双棒组合间隙击穿特性,放电路径选择特性及放电路径发展随机特性开展研究。试验中考虑了下棒电极头部形状和下棒电极布置方式的影响,并通过静电场仿真计算分析间隙电场不均匀系数对50%放电电压的影响,以及下棒电极头部周围静电场强度对放电路径选择特性的影响;同时采用图像处理技术计算了电极表面放电初始发展角θ,以表征高压棒电极表面放电发展随机特性。试验和仿真结果表明:间隙距离为0.4~1.2 m时,间隙电场不均匀系数越大,间隙50%放电电压越低。间隙距离相同情况下,下棒电极头部曲率越大,头部周围场强越大,越容易产生迎面流注,则被击中的概率越大;间隙距离对放电路径选择性有影响,下棒电极头部形状相同的情况下,间隙距离越小,该间隙下棒电极头部周围电场强度越大,越容易产生上行流注,则被击中的概率越大。空气间隙距离增大会减少下棒电极对高压棒电极放电初始发展方向的约束力,高压棒电极头部表面下行流注的发展方向随机性增强。

Ultra-Supercritical——A Preferential Choice for China to Develop Clean Coal Technology

The ultra-supercritical pressure coal-fired power-generation technology (USCT) isa mature, advanced and efficient power generation technology in the world. Comparisonsamong several principal clean coal power-generation technologies show that USCT withpollutant-emission control equipment is superior to others in efficiency, capacity, reliability,investment and environment protection etc. Analyzing the main problems existing in thermalpower industry, it is concluded that the USCT is the preferential choice for China to developclean coal power-generation technology at present. Considering the foundation of thepower industry, the manufacturing industry for power generating equipment and otherrelated industries, it is concluded that China has satisfied the qualifications to develop USCT.

不同类型避雷针雷击接闪效能差异的实验评价方法

探讨一种直观、易于理解且反映雷击放电机理的实验方法,以评价不同类型避雷针的雷击接闪效能差异,对雷电防护领域形成共识显得尤为重要。为此,论文首先分析了雷电环境下地面目标物上避雷针的雷击接闪过程,指出不同类型避雷针接闪效能的差异主要体现在对迎面放电过程的影响上;接着,提出了如下实验评价方法:采用针-板间隙的放电实验布置,对4 m及以上间隙施加1.2/50μs标准雷电波模拟迎面流注放电过程,对6 m及以上间隙施加250/2500μs标准操作波模拟迎面先导放电过程;然后,通过比较非传统避雷针与传统避雷针的放电起始时刻与平均发展速度2个指标,以评价不同类型针的接闪效能差异;最后,利用所提方法对典型提前放电(early streamer emission,ESE)非传统避雷针与传统避雷针开展了接闪效能差异的评价实验。实验结果表明:ESE针与传统避雷针的评价指标基本一致,不具备研发商所宣称的引雷增效作用。