尖端导体电晕放电辐射场的计算与实验

为研究输电线电磁辐射问题,以尖端导体电晕放电为研究对象,利用偶极子模型和传输线模型尖端导体电晕放电辐射场进行理论计算,得出了电磁辐射信号特征;在实验室进行直流高压下尖端电晕放电模拟和实验研究,验证了理论分析的正确性。研究结果表明,电流注入导体产生的辐射场要比空气电晕区产生的辐射场强的多,在对尖端导体电晕放电辐射场的远距离探测时,空气电晕区产生的辐射场可以忽略不计;尖端导体电晕放电辐射场主要是垂直极化场,由电晕电流在导体两端来回反射引起的;信号的时域波形呈衰减振荡形式,信号的峰值随外加电压的升高而增大,正电压下信号的强度明显比负电压下信号的强度大;信号首脉冲的方向随外加电压的极性不同而相反;信号的持续时间在几百ns数量级,而且随着导体长度的增加,信号的持续时间有增大的趋势。该研究结果对于输电线电晕抑制及周围电磁环境评价具有重要意义。

直流电压下冰棱尖端放电实验研究(英文)

由于冰凌尖端和覆冰绝缘子表面之间的放电情况与覆冰绝缘子闪络电压紧密相关而引起了高度的关注,在冰凌和冰板模型基础上,通过实验研究了直流情况下冰凌尖端电晕放电现象。研究结果发现:冰凌到覆冰绝缘子表面间距、环境温度、冰水电导率对起晕电压有一定的影响,其影响原因也被逐一分析;揭示了电晕放电发展过程,在不同电压极性下,电晕放电对冰凌尖端的影响不同;当环境温度为?5℃,不同电压极性下冰凌尖端起晕电压与普通电极情况不一致,这种情况希望得到更多的证实。研究结果将会提升对覆冰绝缘子放电的理解,并有助于防止闪络情况的发生。

针尖曲率对敞开式针-柱电极结构气体放电的影响

针对目前气体放电装置需外接体积庞大的供气系统,且电极间距较大、应用范围受限这一问题,设计了一种新型的可在大气压环境下工作的小型针-柱放电电极结构.在镇流电阻阻值为12 MΩ,测试电阻为1 kΩ,放电电阻12 MΩ,紫铜圆柱直径4 mm,针-柱间距1.5 mm,室温,无外界通入气流的条件下,分别选取了针尖曲率半径为27μm、47μm和79μm的3种不锈钢针作为放电阴极进行气体放电实验.实验结果表明,针尖曲率半径越小,起始电晕放电所需电压越小,放电电流越大.针尖曲率半径27μm的不锈钢针能实现稳定的电晕放电和辉光放电,针尖曲率半径为47μm和79μm的不锈钢针则直接由电晕放电过渡到火花放电.采用小曲率的针尖实现大的放电电流和辉光放电,将在材料表面处理、化学分析仪器离子源等的应用中发挥更大的作用.

MEMS负电晕放电气体传感器

设计并制备了一种基于负电晕放电原理及微机电系统(MEMS)技术的多针-板型气体传感器。研究了电极间距对传感器放电特性的影响,综合考虑起晕电压、信号输出范围及稳定放电范围,优化电极间距为120μm。测试了传感器在体积分数均为6×10^(-4)的乙酸、异丙醇、乙醇和丙酮四种有机气体中的放电特性,传感器对乙酸气体响应最灵敏。测试了传感器在-0.91 kV放电电压下对乙酸气体的敏感特性。结果表明,该传感器对不同体积分数的乙酸气体的响应具有较好的线性关系,对体积分数为10^(-6)的乙酸气体的响应约为0.61 mV,理论检测限(三倍噪声)约为1.2×10^(-5)。传感器对乙酸气体响应灵敏度高、重复性好。

高压开关柜尖端放电的电场计算与分析

针对高压开关柜的尖端放电,首先,提出仿真分析局部放电问题时阈值判据的计算方法,并推导出电晕层厚度的计算公式;然后,考虑到湿度是影响高压开关柜局部放电的重要因素,通过实验数据拟合,得到电晕起始电压随相对湿度的变化公式;最后,采用有限元分析软件进行尖端放电的电场计算与分析,并通过尖端放电实验测试电晕起始电压.仿真实验结果表明:高压开关柜尖端放电的电场计算方法是正确的,且简便实用,有助于高压开关柜进行结构优化设计.

吸头小柱微萃取-解吸电晕束电离质谱用于快速分析体液中的降压药物

将C18 ZipTip吸头小柱微萃取(Micropipette tip-based micro-extraction)与解吸电晕束电离质谱(Desorption corona beam ionization mass spectrometry,DCBI-MS)联用,用于快速分析复杂生物样品中的小分子药物。吸头小柱微萃取装置简单、操作快速,适合作为与常压直接离子化质谱技术联用的前处理技术,能实现分析物的富集和基质干扰的消除。优化了萃取条件和离子源的参数,最终选择20%(V/V)乙腈溶液作为上样溶液,4!L乙腈作为解吸液。分析全过程包括萃取、自然挥干、电晕束解析电离等步骤,并可以在3 min内完成。此方法用于血浆中的地平类降血压药及尿液中氯胺酮的快速分析,结果满意。这种方法拓展了常压直接离子化质谱技术在体液分析中的应用。

基于硅尖阵列的SF_6传感器制备及特性研究

针对电气设备中SF_6气体泄漏监测的需求,设计制备了基于硅尖阵列的SF_6传感器。完成了基于硅尖阵列的多针-板型负电晕放电气体传感器结构设计,主要包括硅尖阵列负电极、Au平板正电极、绝缘隔离层3部分。利用物理场有限元仿真软件COMSOL分析了针尖高度、针尖距离及电极间距对电场分布的影响,优化了器件结构参数。介绍了硅尖阵列负电极及Au平板正电极的MEMS工艺流程,完成了传感器的封装。搭建了测试系统,在不同湿度条件下测试了器件对0~100 ppm SF_6气体的响应。结果表明,设计制备的基于硅尖阵列的多针-板型电晕放电传感器可用于SF_6气体检测。

ZnO修饰多针-板结构负电晕放电气体传感器

基于负电晕放电原理的气体传感器利用局部高压电场将目标气体电离,根据电离特性对气体进行识别。采用MEMS技术制备硅尖阵列电极,利用电喷ZnO纳米颗粒对电极表面进行修饰,结合金平板正电极构建了多针-板结构电晕放电气体传感器。研究了电极间距对传感器负电晕放电特性的影响,综合考虑起晕电压、信号输出范围及稳定放电范围,优化电极间距为100μm。测试了在-0.70 kV放电电压下传感器对乙酸气体的敏感特性。该传感器对乙酸气体的响应灵敏度约为1.05 mV/10-6,理论检测限(三倍噪声)约为8.6×10-6,测试范围内传感器响应同乙酸气体体积分数近似呈线性关系。实验结果表明,ZnO纳米颗粒修饰减小了放电尖端曲率半径,增加了放电尖端个数,消除了硅尖阵列之间高度和顶端曲率半径的差异,从而有效降低了起晕电压,提高了传感器对乙酸气体响应灵敏度及电晕放电的稳定性。

550 kV罐式断路器现场耐压试验优化分析

针对某换流变电站550 kV罐式断路器全电压耐压试验存在的耐压值高、现场环境复杂等问题,提出了优化设备摆放位置及耐压顺序、屏蔽金属尖端、优化试验设备匹配等解决方案。在不拆除隔离开关、接地刀闸的前提下完成了550 kV罐式断路器的全电压耐压试验,解决了现场金属尖端周围电场不均易造成空气击穿,现场电晕过大造成试验品质因数低等问题。

接闪杆尖端形状对电晕放电的影响研究

论文以三种常见的接闪杆尖端形状(圆柱形、圆锥形和半椭球形)为例,利用高压实验室研究了其尖端的电晕电流特征,同时建立对应的三维变网格尖端起晕数值模型,讨论了不同形状接闪杆的尖端起晕特性。综合实验和数值模拟结果可得:在相同的雷暴变化电场下,接闪杆的曲率半径影响了尖端起晕的难易程度,圆锥形最易,圆柱形次之,半椭球形最难;不同尖端电晕电流的大小,同时受环境电场大小的影响和尖端表面能同时达到起晕的面积大小影响,圆柱形起晕面积最大,半椭球形次之,圆锥形最小,且与实验所得结论一致。因此,尖端形状除了影响电晕起始的难易程度,还将因尖端表面同时达到起晕面积大小的不同而影响后续的电晕电流大小,进而影响电晕向流光先导的转化过程。

大气电场下金属尖端电晕放电阈值的研究

针对大气电场下金属尖端电晕放电阈值的问题,通过理论分析与试验相结合的方法,测量了电晕放电阈值电压并利用ANSOFT Maxwell有限元软件对阈值电场的计算,研究了不同金属、高度、环境以及有无尖端时金属尖端电晕放电电压阈值和电场阈值的变化规律,得出以下结论:大气电场下,电导率不同的铁、铝、铜,电晕放电电压阈值和电场阈值大小与电导率关系不大;同温同湿,同高度金属棒的电晕放电电压阈值与电场阈值大小与尖端高度是负相关的;同温同湿,金属棒高度与电晕放电电压阈值和电场阈值是负相关的;湿度与温度的增大都会造成电晕放电电压阈值与电场阈值的降低,但温度的影响比湿度更大。