直流电场下C_4F_7N/CO_2与SF_6/N_2混合气体中铝质球形自由微粒放电敏感度对比分析

直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)充SF_6混合气体或SF_6替代气体时,其绝缘性能将受到自由金属微粒的影响。本文重点针对C_4F_7N/CO_2以及SF_6/N_2混合气体,开展绝缘强度的影响分析。选用的实验气体组份为:C_4F_7N/CO_2(4%/96%)、SF_6/N_2(其中SF_6比例分别为20%、30%、50%和70%)以及纯SF_6气体,在球-碗电极直流电场下,开展微粒影响下的气隙击穿实验。提出微粒放电敏感度(DSP)的概念及定义,用以评估不同组分气体绝缘强度对金属微粒导致的局部电场强度剧变的敏感程度。实验结果表明,在0.1~0.5MPa气压范围内,不存在微粒时,4%C_4F_7N/96%CO_2绝缘强度与30%SF_6/70%N2混合气体相当;存在微粒影响时,4%C_4F_7N/96%CO_2混合气体的DSP值低于30%SF_6/70%N2混合气体的,而高于20%SF_6/80%N2混合气体的,且放电电流呈现双峰值特征。C_4F_7N/CO_2混合气体具有绝缘强度高、对微粒放电敏感度低的特性,这与C_4F_7N具有强电负性和高吸附系数有关。本文还结合微粒运动触发放电的物理模型,阐明了气隙击穿电流出现双峰特征的原因。

含自由金属微粒流动变压器油的直流击穿特性

自由金属微粒的污染是导致油浸式电力变压器绝缘性能下降的重要原因之一,其运动行为与分布规律会受到油流的影响,从而导致变压器油的击穿特性发生变化,目前流动状态下含金属微粒变压器油的击穿特性和机理均不明确。该文利用所构建的流动变压器油击穿特性试验平台,分别开展了无预压和有预压两种方式下变压器油的击穿试验,并记录了击穿前微粒的分布规律以及击穿时刻的放电信号。观测结果表明:无预压时,击穿前油隙内仅存在少量游离的金属微粒,而有预压后微粒则会在油流静止和较低流速时于电极间汇聚,显著提高击穿前的微粒浓度;此外,含金属微粒变压器油的特征击穿电压将随着流速的增大先迅速上升随后逐渐趋于稳定。在流速小于0.25 m/s时,预压后的击穿电压将低于无预压时,随流速的增大而逐渐接近。通过击穿过程观测发现含微粒变压器油的击穿均是由单颗金属微粒引起的,其在靠近上电极时将引发局部放电从而导致击穿的发生。最后,结合油隙内微粒分布的变化情况讨论了油流速度对变压器油击穿特性的影响机制。

GIS中不均匀直流电场下球状自由导电微粒运动分析

针对气体绝缘系统(GIS)中自由导电微粒无害化的问题,研究导电微粒在GIS中不均匀电场作用下的运动规律,建立球状自由导电微粒在楔形不均匀电极系统中的受力模型,采用Runge-Kutta方法对微粒运动方程进行求解,并对球状自由导电微粒在不均匀直流电场中的运动轨迹进行仿真,同时考虑电压波动和电极表面粗糙等随机因素对微粒运动轨迹的影响。另外,研究了自由导电微粒的运动轨迹与施加电压、微粒初始位置、微粒和电极材料的性质及电极表面状况的关系。研究结果表明:在一定的电场条件下,微粒运动会处于一种谐振状态,而施加电压的幅值。

微粒陷阱对直流稍不均匀场中球状自由导电微粒运动的影响规律

针对气体绝缘系统（GIS）中自由导电微粒无害化研究问题,明确微粒陷阱对直流稍不均匀场中导电微粒运动的影响规律可指导后续微粒陷阱的设置。为此,建立了球状导电微粒在直流稍不均匀场中的运动方程,获得了导电微粒的运动轨迹,并将其分为水平滚动、起跳与反弹3个阶段;仿真分析了微粒陷阱宽度、深度对周围局部场强的影响,表明陷阱宽度是影响陷阱周围电场分布的主要因素;对比研究了在水平滚动和起跳两个阶段设置微粒陷阱对导电微粒的捕获效果,表明在起跳点处设置微粒陷阱可能导致导电微粒提前起跳,在水平滚动阶段设置微粒陷阱对导电微粒的捕获具有明显效果,并给出了水平滚动阶段微粒陷阱设置准则。最后,通过相关实验验证了上述结论的准确性。

不同类型自由金属微粒对SF6绝缘特性的影响

SF_6是气体绝缘设备的最主要绝缘介质,自由金属微粒缺陷极易诱发其发生绝缘故障,不同金属元素微粒对SF_6绝缘性能的影响研究上存在空白,导致设备关键区域金属材料的选择以及微粒类型的识别等方面研究缺乏理论和实验支撑。为此,该文首次结合实验结果、机理分析和仿真计算对不同类型自由金属微粒对SF_6绝缘特性的影响进行了研究。结果表明：自由金属微粒会导致SF_6击穿电压出现明显的下降。随着微粒数的增多,击穿电压的下降程度降低;电极间距越小,自由金属微粒对气隙的影响就越大;相同微粒数下,铜和铝微粒对SF_6绝缘性能的影响相近且明显大于铁微粒。相关结论对SF_6绝缘设备内部不同自由金属微粒诱发绝缘故障的成因以及对金属微粒类型和数目的检测均具有指导作用。

直流GIL中球状自由导电微粒的运动及陷阱抑制

自由导电微粒运动是引发气体绝缘金属封闭线路（GIL）设备故障的主要原因之一,研究GIL中自由导电微粒运动及其抑制对于确保GIL设备安全可靠运行具有重要意义。分析了GIL中盆式绝缘子附近电场分布特性及其球状自由导电微粒的运动和陷阱抑制规律,结果表明：GIL中盆式绝缘子近外壳处场强与楔形电场分布既相似又存在一定差异,导致微粒运动将与楔形电极既相似又存在差异,即GIL中尺寸较大的微粒起跳后会沿盆式绝缘子表面减幅爬升,最终附着于其表面或与导杆碰撞进行谐振运动;GIL外壳构造微粒陷阱将引发其周围电场畸变,导致自由微粒起跳位置先于无陷阱时,陷阱的宽深对附近电场均有所影响,但宽度较之深度对其周围电场的影响更大;基于以上规律,分析探讨了微粒陷阱的构建方法,提出了临界陷阱和捕获值概念进行有效陷阱范围的划分。

直流电压下SF6中自由线形导电微粒运动特性

在大量工程和实验中发现,相对于自由球形导电微粒而言,自由线形导电微粒对于设备绝缘性能威胁更大,且直流下微粒更容易进行起跳。为此利用搭建的自由微粒实验装置和观测平台,研究了直流电压下自由线形导电微粒在SF_6气体中的运动特性。结果表明：微粒起跳场强随气压无明显变化;随着微粒长度的增加,微粒起跳场强有略微增大的趋势;随着微粒直径的增大,微粒起跳场强呈现指数增长趋势;当微粒长度较短时,随着微粒直径的增加,微粒起跳场强实验值与计算值较为接近;当微粒长度〉3 mm时,随着微粒直径的减小,微粒起跳场强实验值与计算值相差较为明显。此外,还研究了线形微粒在SF_6气体中特有的两种现象：随着微粒长度增加、半径减小或气压降低,微粒产生飞萤现象和竖立现象的概率均增大,且上极板为正极性时更容易产生这两种现象。最后,文中从空间电荷角度对实验现象做出了解释。

直流GIL中自由线形金属微粒的运动与放电特性

针对直流GIL中较常见且具有严重影响的自由线形金属微粒,搭建了贴合实际工况的封闭式同轴圆柱电极平台,同时使用高速相机和局放监测手段观测线形金属微粒的运动、局放与击穿行为。定量获得了微粒长度对站立与跳跃两种不同运动模式发生概率的影响;拍摄了站立线形微粒引起的电晕图像,同时监测、提取并统计微粒引起的局部放电情况;记录金属微粒引起的击穿图像,并基于流注理论分析了自由线形金属微粒引起的气隙击穿特性。研究表明:线形微粒的起动场强与微粒的长度基本无关,而与微粒的半径开方成正比,微粒越短,起动后越易达到跳跃运动状态,而微粒越长,越易保持站立状态;微粒引起的局部放电随着微粒长度的增大而更加剧烈;对于跳跃的自由线形微粒,其引起的微放电击穿间距随着微粒长度的增加而增加,击穿电压随着微粒长度的增加而降低。

基于超高频法的GIS自由金属微粒局部放电检测与特性研究

为了研究自由金属微粒对三相共筒式GIS设备运行的影响,提高局部放电检测水平,试验设计了3种不同形状、尺寸的自由金属微粒模型。采用逐步升压法对其进行试验,用超高频法测量了不同模型试品的局放起始电压,局放信号波形,对不同类型的自由金属微粒放电过程做了分析,建立了局部放电变化灰度图和脉冲分布图,获得了相应的图谱特征。试验结果表明,自由金属微粒尺寸较大,形状较规则,其局部放电正负半周差异性较小,放电幅值也相对较小;当微粒较小且形状越不规则,其局部放电越剧烈,放电量越大。另外试验结果还表明,在试验电压范围内,对于三相共筒式GIS,并没有发现自由金属微粒跳动情况。

基于超声波飞行图的GIS自由金属微粒缺陷诊断研究

自由金属微粒是气体绝缘开关设备(GIS)中最常见的缺陷之一,极易引起绝缘子闪络等绝缘故障。建立了自由金属微粒的典型缺陷模型并进行大量局部放电试验,对信号的工频相位相关性进行判断,确定了不同缺陷类型、不同试验电压下放电超声波飞行图的特征差异,为GIS中自由金属微粒缺陷的识别和诊断提供了一种有效的方法。

GIS中自由金属微粒缺陷局部放电信号特征分析

自由金属微粒是影响GIS设备安全稳定运行的主要缺陷之一,为了进一步分析其产生的局部放电特性,文中设计了可等效模拟真实缺陷的独立密封试验模型,通过调节外施电压、微粒尺寸、微粒个数等措施,对微粒缺陷引发的局部放电PRPD谱图、n-φ谱图进行特征提取,并分析了特征形成的原因,尤其结合微粒运动形态,对各阶段微粒所带电荷的转移、中和现象进行阐述,为后续的研究和现场检测工作提供参考。

正弦振动激励下GIS内自由金属微粒运动特性

自由金属微粒是影响气体绝缘组合电器(GIS)绝缘可靠性的主要威胁之一,常具有潜伏性和随机性,而GIS振动可激励微粒起跳并诱发绝缘击穿,但相关研究鲜有报道。该文建立了特高压GIS中工频电压叠加正弦振动条件下自由金属微粒的荷电、受力和运动仿真计算模型,研究了不同外施电压和振动参数对微粒运动特性的影响规律,并获得不同条件下微粒的超声飞行时间谱图。研究结果表明:初始时刻,在壳体加速度作用下,微粒起跳场强随振幅的增加逐渐降低,微粒半径对起跳场强影响随振幅的增加逐渐减小。微粒运动过程中,相邻两次碰撞间最大飞行高度与碰撞瞬间恢复速度及电压相位有关,且与微粒飞行时间呈正相关。与仅施加工频电压相比,外施振动激励条件下,微粒飞行时间图谱在电压幅值较低时即呈现明显的三角脉冲,且微粒飞行时间图谱呈山峰状,与带状飞行图谱相比具有明显差异,具有较高的识别性。

GIS内自由导电微粒缺陷的局部放电相位图谱

GIS内自由导电微粒的存在是对GIS绝缘的最大威胁,如何检测GIS内自由导电微粒缺陷成为提高GIS设备运行可靠性亟待解决的问题之一。为此,搭建了GIS内自由导电微粒局部放电研究平台,明确了自由导电微粒造成的局部放电信号与微粒运动的关系,推导得到了理论局部放电相位图谱,该结果与实验结果相符。根据上述模型提出了GIS内自由导电微粒缺陷识别方法,并对现场工频局部放电试验的检测有效性进行研究。结果表明,GIS内自由导电微粒缺陷的理论局部放电相位图谱为正弦带状包络,呈现出对称性强、重复率低、放电全相位分布等特点;现场工频局部放电试验能够检测出不超过1 mm的铝质自由微粒,对GIS内自由导电微粒缺陷具有较高的检测有效性。研究为GIS内自由导电微粒缺陷的识别技术提供了理论支持。

微粒羽流自由降落过程特性的探讨

根据自由下落微粒羽流的运动特征,对微粒羽流自由下落过程中卷吸空气的机理进行初步分析,应用Tomom i给出的混合微粒模型及Ogata给出的单微粒模型与环境空气卷吸量实验值进行对比分析.结果表明,混合微粒模型对环境空气卷吸量的模拟值与实验值有较好的吻合性,而Ogata给出的单微粒模型预测值低于实测值.实验结果表明,环境空气卷吸量随着微粒羽流下降高度的延伸而增加,随着微粒流中微粒的密度及粒径的增大而减小.

直流叠加冲击电压对GIS中自由导电微粒检测的有效性

自由导电微粒是造成气体绝缘金属封闭开关(GIS)设备故障的一个主要原因,而目前现场交接试验项目难以对GIS中的自由导电微粒进行有效检测,因此有必要研究新的检测手段,以对现场试验进行补充。直流电压下自由导电微粒容易起跳和运动,从而引起电场畸变,而冲击电压对于局部电场集中的检测较为有效,论文结合这2种电压的优点,提出了自由导电微粒缺陷的直流叠加冲击电压检测方法,并通过搭建叠加电压实验回路,在500k V GIS中对该方法的有效性进行了研究。结果表明:直流电压下,线形微粒的运动主要有跳跃与飞萤2种模式;随着直流电压的升高,微粒处于飞萤状态的概率逐渐增大,且正极性电压下飞萤发生在壳体表面,负极性电压下发生在母线表面,负极性电压下微粒呈现飞萤状态的概率远高于正极性电压;先对GIS施加负极性直流电压使微粒起跳,然后施加冲击电压,可以对GIS中自由导电微粒进行有效检测;随着微粒长度的增大,GIS在直流叠加冲击电压下的放电电压迅速降低;随微粒半径的增大,放电电压呈现降低趋势。负极性直流叠加正极性冲击下GIS放电电压较负极性直流叠加负极性冲击下更低,更有利于微粒的检测。

机-电联合作用下SF_(6)气体中金属微粒运动行为与局部放电特性研究

为探究气体绝缘金属封闭开关设备内金属微粒在机械振动和高压电场联合作用下的放电运动特性,基于机械振动与交流电压联合试验平台,对不同机-电状态下自由金属微粒运动产生的超声波信号及放电信息进行测量,分析了机-电联合作用下金属微粒的放电特性及运动规律。试验结果表明:随着机械振动幅值、频率的增加,金属微粒的局部放电起始电压减小,且高振动频率时微粒放电分散性降低;机-电联合作用下,放电活动更加剧烈,局部放电相位分布谱图分散性增大,超声飞行谱图整体保持三角脉冲群的典型特征,且脉冲群周期为工频周期;随着机械振动、电压幅值的升高,飞行谱图不断向前发展,产生“双峰”和“三峰”的形态。研究结果有助于气体绝缘组合开关实际运行过程中自由金属微粒的检测与分析。

浅议自由下落微粒流与环境空气的关系

研究微粒流在环境空气中的自由下落是气固两相流新的研究领域之一.在微粒流自由下降过程中,环境空气被下落运动的微粒流卷吸到微粒流场中形成微粒羽状流,并伴随着散射飘尘的产生,从而使得工作场合的空气被严重污染.本文介绍了目前国际学术界在该方面的研究进展,并讨论了微粒流的下降高度、质量流量、微粒粒径、微粒密度等物理参数的变化对在微粒流自由下落过程中所产生的卷吸空气量的影响,同时展示和分析了微粒粉尘和卷吸空气进行量化和模拟的一些方法.

直流套管中自由金属微粒运动特性分析

近年来在多起直流套管故障中,均在套管内部发现直径分布在数微米至数十微米间的金属微粒,金属微粒在套管内部附着与运动对套管内部电场分布及套管的安全稳定运行具有重要的影响。对故障套管内部存在的金属微粒分布位置与形态进行了分析,并建立了不同尺寸、不同分布模式下自由金属微粒的运动模型,用于计算微粒的起始运动场强。搭建微粒试验平台,结合套管实际运行状态分析微粒运动特性,对微粒运动模型进行验证。结果表明,直流套管内自由金属微粒将在电场作用下发生运动,且起始运动场强与微粒直径、微粒分布宽度、微粒分布厚度等因素密切相关。研究结果可用于直流套管的结构优化设计,在学术与工程应用上均值得进一步研究。

浅议自由下落微粒流与环境空气的关系

研究微粒流在环境空气中的自由下落是气固两相流新的研究领域之一。介绍了国际上在该方面的研究进展,讨论了微粒流的下降高度、质量流量、微粒粒径、微粒密度等物理参数的变化对在微粒流自由下落过程中所产生的卷吸空气量的影响,同时展示和分析了微粒粉尘和卷吸空气进行量化和模拟的一些方法。

交流电压下预埋电极对绝缘子附近导电微粒运动的影响

为防止自由导电微粒浮起或附着于绝缘子表面而引起绝缘闪络故障,该文建立楔形平板电极系统来模拟SF6气体绝缘系统中可能出现的不均匀电场,实验研究交流电压下预埋电极对微粒的驱散作用,包括对微粒运动轨迹与起始运动电压的观测。通过有限元法进行电场计算,对自由导电微粒的受力情况进行分析,理论验证了实验结果。结果表明,对于表面与接地电极表面夹角呈锐角或直角的绝缘子,无论其表面带棱与否,预埋电极可防止自由导电微粒附着于其表面,同时能够提高绝缘子附近微粒浮起所需的电压,对微粒浮起有抑制作用。