脉冲电压下电力电子装备绝缘电荷特性研究综述

电力电子装备长期处于高频、陡脉冲电压的运行工况下,其绝缘系统易发生早期失效,可能会威胁电力系统运行的安全性和可靠性。因此,探究脉冲电压下绝缘劣化机理对保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。该文综合国内外研究现状,介绍了几种常见电力电子装备及其运行工况,通过对绝缘体击穿与沿面闪络影响机理的论述,揭示了电荷行为对绝缘劣化的重要作用,阐述了脉冲电压参数对电荷特性影响的研究进展,并对目前研究存在的不足进行了总结与探讨。未来应提升脉冲电压下电荷测试技术,明确脉冲边沿时刻电荷动态特性,以阐明绝缘劣化机理。这些研究成果将为脉冲电压下电力电子装备绝缘材料和电力系统的优化设计提供参考和理论指导。

电热联合老化对电缆附件应力锥处空间电荷积聚特性的影响

为研究电缆应力锥处电荷积聚效应,将10 kV交联聚乙烯电缆进行电热联合加速老化,采用电声脉冲法测试不同老化阶段的电缆应力锥处空间电荷在轴向和径向的分布规律。实验结果显示:空间电荷密度在距应力锥内侧边缘约2 cm位置最大,向轴向两侧逐渐减小;随着老化时间的增加,应力锥处的空间电荷密度逐渐增大,分布范围扩大。结合交流电压下电荷运输机制,分析得到电荷积聚的来源是空间电荷从外侧迁移至应力锥位置并发生积累。该研究可为电缆附件易发生故障原因分析提供理论参考,对于提升电缆绝缘性能具有重要现实意义和实用价值。

基于电致发光相位谱对电缆绝缘交流空间电荷特性的研究

为研究交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘性能,针对电热老化后的电缆绝缘试样开展电致发光测试,获得不同电压等级下的电致发光光谱和相位谱,分析电致发光光谱相位超前于交流电压相位的原因。结果表明:电缆绝缘在电热老化过程中发生氧化产生羰基;由于电缆绝缘制造过程中的残余交联副产物老化后分解形成杂质,使得电缆绝缘材料在交流电压作用下承受强烈的空间电荷作用,从而导致电缆绝缘交联聚乙烯的电致发光相位超前量远大于低密度聚乙烯。

紫外成像技术在RTV涂覆平板模型放电检测中的影响因素研究

用室温硫化硅橡胶(RTV)涂覆的平板模型模拟带有RTV涂层的绝缘子表面,将其均匀涂污后置于人工雾室内。改变雾室内的环境湿度、仪器增益等参数,通过成像仪记录放电光子数,利用示波器记录相应的泄漏电流。结果表明:环境湿度对于RTV涂覆平板模型放电具有显著影响,相对较高的环境湿度将会增强放电,但同时也会导致紫外光在传播中发生较大的衰减;成像仪的检测角度对电晕放电的检测没有明显影响,其以放电点为球心均匀向四周辐射;随着检测距离的增加,成像仪接收到的紫外光子数呈指数衰减;随着成像仪增益的提高,接收到的紫外光子数先增加,其后由于重叠效应逐渐减少。

基于复合特征的GIS振动信号特征提取方法

对GIS的振动信号进行分析可以及时有效的发现设备中存在的故障。在GIS设备的故障诊断中,特征提取是最为关键的步骤,文中针对单一种类的特征提取方法提取到的特征容易缺乏特异性这一缺点,提出了基于复合特征的GIS振动信号特征提取方法。首先将奇异值分解和基于总体最小二乘准则的旋转不变技术这两种时频法结合起来对振动信号中具有明确物理意义的特征量进行提取,对于没有明确物理意义的特征量,通过数据序列法中的变分模态分解和多重分形来对其进行提取;然后将这两种特征量组合得到新的特征量,并将该方法与单一的特征提取方法的分类效果进行了对比,文中提出的方法得到了更高的识别率,更具有优越性。

界面缺陷及老化状态下电力电子器件封装绝缘应力波检测与分析

电力电子器件在运行过程中会产生应力波,该信号可以表征器件的内部信息和工作状态,可用于器件的在线监测。该文首先从测量绝缘内部空间电荷的电声脉冲法原理出发,从封装绝缘的角度对脉冲边沿时刻应力波的形成机理进行了深入探讨,发现绝缘材料中空间电荷在脉冲边沿处的振动可能是应力波的发射源之一。在此基础上,设置具有单一的界面缺陷和老化缺陷的试样,进行脉冲边沿时刻的应力波检测,并将其与正常状态下的应力波进行对比,探究不同缺陷类型对应力波参数的影响。结果显示,界面缺陷会使得应力波在高频处产生新的峰,而老化缺陷则会导致应力波的频域分量向低频处集中,不同的缺陷类型与应力波的时域和频域检测结果存在良好的对应关系。该研究可为建立电力电子器件缺陷状态与应力波参数之间的关联关系奠定基础。

脉冲电压下聚酰亚胺空间电荷密度对电荷激发分子振动的影响

脉冲电压下绝缘更易发生早期失效,严重威胁电力电子器件及装备运行的稳定性。为探究脉冲电压下绝缘失效的微观机理,本文探究了聚酰亚胺中空间电荷密度对脉冲边沿时刻电荷激发分子振动的影响,并从频域的角度阐述了脉冲电压边沿时刻分子振动机理。结果表明:在直流电压的作用下聚酰亚胺试样内部积聚大量异极性空间电荷,导致分子振动波形极性发生反转;在脉冲电压上升沿频谱中,5×10^(6)~1×10^(7)Hz频段的电压分量对分子振动起主要作用。电荷激发分子振动会使得绝缘缺陷扩大,并最终导致绝缘失效。

基于局部放电的电力变压器油纸绝缘状态评估关键问题分析

目前局部放电(PD)已作为绝缘状态质量监控的重要指标,但基于局部放电的变压器油纸绝缘状态评估并无广泛工程应用。为此,总结基于局部放电的变压器油纸绝缘状态评估的研究成果,并提出需要深入研究的方向与未来发展趋势,以为后续研究提供基础。通过讨论分析油纸绝缘局部放电特性、油纸绝缘局部放电模式识别、油纸绝缘老化评估及油纸绝缘缺陷发展程度诊断4个问题,得出:不同电场类型下,油纸绝缘局部放电的起始放电特性和波形特性差异较大;在局部放电模式识别中,时间序列谱图与相位分辨局部放电(PRPD)谱图相结合的识别率最高,可达95%;图谱多元特征量的提取、降维、分类以及识别是老化评估的必要步骤;局部放电程度可分为起始、发展、严重、危害4个阶段。研究表明针对不同问题的特征量灵敏度分类以及缺陷诊断与老化评估的综合分析是需要深入研究的方向。此外,多维信息融合评估是未来变压器油纸绝缘在线评估的发展趋势。

液电效应及电火花震源的研究现状与展望

该文系统介绍了与液电效应相关的基础和应用研究现状和发展趋势。基础研究方面分别从液相放电的起始机制、发展过程和冲击波形成机理等方面进行阐述,从建模和实验方法等角度提出了未来在放电起始和发展过程中重要参量的瞬态过程研究等方面的重点和难点;应用研究方面对液相放电应用最为广泛的电火花震源技术现状进行详细介绍,分别从海洋和陆地两个场景对该技术的应用现状作了论述,同时从深海资源精细调查、水声学研究等角度概述了深海电火花震源、冲击波可控输出等方面的技术发展趋势。

大气压氩氧脉冲介质阻挡放电等离子体中长生存时间活性氧粒子的演化机理

大气压脉冲介质阻挡放电等离子体中,活性氧粒子的生成和调控对于等离子体在生物医学中的应用具有重要意义,而活性氧粒子的生成和调控又与他们在放电中密度的时空演化密切相关。因此,研究活性氧粒子在1个放电周期中随时间的演化十分必要。使用1维流体模型,模拟研究了氧气体积分数为1%情况下大气压氩氧脉冲介质阻挡放电等离子体中,所考虑的各粒子的空间平均粒子数密度在1个完整周期内随时间的变化。结果表明：电子e、Ar~＋、Ar_r、Ar_m和Ar＊等粒子均主要生成于脉冲的上升沿和下降沿,并随脉冲的关断继续演化而后缓慢衰减至0,而O、O_2（~1Δg）和O_3 3种活性氧粒子在脉冲关断以后仍大量存在于气隙中。因此,针对具有长生存时间的O、O_2（~1Δ_g）和O_3粒子,进一步研究了他们在1个完整脉冲周期内的生成与消耗途径及随脉冲参数的变化,分析了相应的机制。

大气压脉冲介质阻挡放电长脉宽效应研究

大气压脉冲介质阻挡放电已得到广泛应用,它的机理和放电特征一直是人们关注的课题。文中对长脉宽脉冲电压作用下氩气放电等离子体进行了模拟研究,以给出这一放电所具有的特征的理论估计。模拟使用了一维流体模型,并对边界条件作了较严格的理论处理,这一处理使得在不同脉宽下计算的放电电流与实验符合得更好。应用建立的流体模型,分别对长脉宽和相应的短脉宽下的放电电流峰值、各粒子密度的空间分布、电场强度的轴向分布等作了计算和比较,对各态氩粒子的产生反应路径及其贡献进行了分析。文中研究表明:长脉宽下的计算结果与相应的短脉宽的结果呈现交换对称的特征;无论是长脉宽还是相应的短脉宽,放电模式均为典型的大气压辉光放电;改变脉宽对各态氩粒子反应路径的贡献影响较小。

局部放电检测用D-dot探头的可行性研究

为了对开关柜等电气设备中产生的局部放电进行检测和模式识别,研制了一种用于局部放电检测的Ddot探头,并搭建了三种典型的局部放电实验模型,采用该探头和脉冲电流法同时对局部放电进行测量,通过比较两者信号之间的幅值能量关系,验证了探头的可靠性。此外还研究了不同距离下的局放信号频谱图,分析了信号高低频分量衰减与其传播距离之间的关系。试验结果表明:(1)D-dot信号能很好的反应局部放电的相位分布;(2)局部放电D-dot信号幅值与脉冲电压峰峰值呈线性关系,信号能量与脉冲电压峰峰值呈二次相关,且针对不同放电模型比例系数有较大差别,可依此进行局放源放电类型分类;(3)D-dot信号中高频部分随距离增加衰减很快,只在短距离(10 cm)内能够测得,低频部分衰减缓慢,在1m范围内基本无衰减。

脉冲电压下聚酰亚胺空间电荷行为及其机理研究

电力电子装备长期处于高重复频率、陡上升时间脉冲电压运行工况,绝缘更容易发生劣化和早期失效。为探究脉冲电压下绝缘失效的微观机理,对ns级别下的脉冲边沿前后空间电荷分布情况进行研究对比,探究了电场强度、硅油对脉冲边沿时刻电荷振动波形的影响。通过分析不同脉冲上升时间下的电荷振动波形及电压波形频谱、电荷积聚特性,阐明了脉冲电压边沿时刻电荷振动机理以及ns脉冲下电荷行为对绝缘劣化影响机理。研究发现,ns脉冲上升沿和下降沿前后电荷分布特性存在差异,在脉冲边沿处发现了特殊的空间电荷迁移行为;电场强度会影响异极性电荷的积累速度及积累量,从而影响电荷振动波形的形状;电极与试样之间涂敷硅油会影响电荷振动波形的极性;5×10^(6)~1×10^(7)Hz频段的电压分量对空间电荷振动起主要作用;ns脉冲电压下电荷积聚导致电场畸变更加严重。

电热老化对应力锥处空间电荷积聚规律影响与机理研究

为了研究应力锥对空间电荷积聚的影响,设计了具有应力锥结构的模型电缆。搭建平台对模型电缆进行电热联合老化,采用电声脉冲法测量老化前后空间电荷的分布情况,对比不同轴向位置和径向位置的空间电荷积聚情况。结果表明:越靠近应力锥根部,积聚的空间电荷越多,且积聚的空间电荷主要分布在电缆绝缘层靠外侧。对这一现象进行初步解释,认为是应力锥引起的电场畸变造成空间电荷容易在此区域积聚。