不同电场下环氧树脂直流沿面闪络特性及其闪络电压分析

研究绝缘材料在不同条件下的沿面闪络特性对掌握绝缘子的电气强度及保证电气设备安全稳定运行具有重要意义。为此,研制了具有不同电场分布形式的沿面放电电极,通过实验研究了环氧树脂在真空及空气环境中的直流沿面闪络特性,并采用韦伯分布分析了闪络电压的变化规律。结果表明,环氧树脂在极不均匀电场下的闪络电压比稍不均匀电场下低,真空中闪络通道和闪络电压的分散性比空气中大,真空闪络受固体绝缘介质的影响大于空气闪络。不对称电场下沿面闪络电压具有明显极性效应,并且真空与空气中的极性效应相反。此外,环氧树脂直流闪络电压服从韦伯分布,可借助该方法定量评估绝缘系统对外加电压变化的敏感性。位置参数的引入有效提升了闪络电压数据的拟合效果,通过特征闪络电压、0.1%闪络概率的闪络电压进一步完善了对绝缘材料沿面电气性能的评价方法。     

存在固定导电微粒时SF_6中绝缘界面在陡波下的闪络特性

研究了SF_6气体中绝缘子表面具有固定金属导电微粒时,在不同短波头冲击电压作用下的闪络特性,同时研究了电晕起始电压和SF_6气压对闪络电压的影响。研究表明,极不均匀场中SF_6绝缘固体介质表面在陡波作用下的闪络特性不同于气体间隙,其原因可能是位移电流的作用。     

电极间距10~40mm时CO_2气体的放电特性

为了寻找可代替SF6气体的气体绝缘介质,研制了一种可以自动切换电极和自动调整电极间距的小距离放电装置,并采用该装置对CO2气体进行工频耐压试验,得到体积分数为99.99%的CO2气体在不同电场、压强和电极间距下的击穿电压。结果表明,对于均匀电场,测量得到的CO2气体的绝缘强度与理论计算值基本相同,击穿电压与压强和电极间距呈正相关;当板–板电极间距为30 mm、压强为0.5 MPa时,CO2气体绝缘强度满足110 kV气体绝缘设备的工频耐压要求。对于稍不均匀电场,当压强为0.3、0.4 MPa时,CO2气体的绝缘强度相差不大;当压强为0.5 MPa时,绝缘强度开始升高;当压强为0.6 MPa时,绝缘强度明显升高。对于极不均匀电场,压强的增大对于击穿电压没有明显影响。     

橡胶表面分离水珠在不均匀电场中的放电特性分析

通过针板电极模拟硅橡胶表面的极不均匀电场,研究硅橡胶表面分离水珠在不均匀电场中的放电特性,结果发现:在针板电极电场中,水珠的数量要达到一定程度后才能显著影响硅橡胶表面的闪络电压,少量分离水珠处于硅橡胶表面时闪络电压基本不变;水滴体积对不均匀电场中的闪络电压影响较小;硅橡胶表面闪络电压随分离水珠电导率的增大而减小。     

电场分量对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电特性的影响

油纸绝缘沿面放电现象与绝缘纸板表面的电场分布关系密切,因而使用无背面电极和有背面电极两种结构,研究了电场分量对交直流复合电压下油纸绝缘沿面放电特性的影响机制。研究结果表明:随着直流电压分量的不断增加,油纸绝缘的沿面闪络电压逐渐上升,且交流电压下的闪络电压最低;无背面电极结构下沿面闪络电压无极性效应,有背面电极结构中存在极性效应,且负极性直流电压分量作用下,由于纤维素中羟基的强电负性影响,致使沿面闪络电压较低;无背面电极结构时的闪络电压约为有背面电极结构时闪络电压的1.5倍,分析认为由于载流子受到强垂直电场分量作用,加剧了对绝缘纸板表面的碰撞,油纸绝缘空间电荷平衡状态易在较低交流电压分量作用下受到扰动而被破坏,进而诱发沿面闪络发生,致使沿面闪络电压逐渐下降,该下降趋势具有饱和现象;沿面闪络在交流电压分量接近波峰或者波谷位置处发生。     

直流电压分量对交直流叠加电压下油纸绝缘沿面闪络的影响

为了更加深入地了解换流变压器中交直流叠加电压下油纸绝缘的沿面闪络问题,通过搭建直流电压分量可以任意调节的交直流叠加电源系统,研究了具有背面电极和不具有背面电极这2种结构下油纸绝缘的沿面闪络问题。试验结果表明:在复合电场下,有背面电极时,沿面闪络电压比无背面电极时稍低;在2种结构下,沿面闪络电压均表现为纯交流电压时最低,随着直流电压分量的增加,沿面闪络电压也逐渐增加。此外为分析油纸绝缘界面的影响,还研究了相同电极结构下纯油的击穿电压。对比分析纯油的击穿电压和油纸绝缘的沿面闪络电压后发现:直流电压分量较低时,油纸绝缘界面的存在降低了该结构的击穿电压;而直流电压分量较高时,油纸绝缘界面的存在反而稍微提高了该结构的击穿电压。最后从复合电场分布的特点出发,分析了不同直流电压分量下油纸绝缘的沿面闪络过程。分析后认为:直流电压分量较小时,电极附近电场强度较高,导致油易于电离并产生大量载流子,从而促进了油纸沿面闪络的发展;而随着直流电压分量的变大,电场分布将变得不同,其沿面闪络电压升高;同时,上述电场分布的特点也是造成直流电压分量较低时沿面闪络电压低于纯油击穿电压的原因。     

极性反转条件下油纸界面电荷对沿面闪络电压的影响

高压直流输电系统出现潮流反转时,换流变压器的油纸绝缘会承受极性反转电压,容易造成绝缘失效.基于油纸沿面绝缘结构的极性反转闪络试验平台,研究了油纸界面电荷对沿面闪络电压的影响以及直流极性反转条件下油纸绝缘沿面闪络电压与单极性直流电压下沿面闪络电压的差别,并分析了油纸绝缘沿面放电针板电极模型的界面电荷在极性反转条件下对油纸绝缘沿面闪络电压的影响,发现油纸积聚的界面电荷密度越大极性反转时发生沿面闪络的电压越低.     

纳秒脉冲下真空绝缘沿面闪络特性实验研究

通过实验研究了纳秒脉冲(10/30 ns)下,真空绝缘沿面闪络电压随圆台形绝缘体锥角、圆柱形绝缘体截面直径、实验气压以及电极材料等物理因素的变化趋势,结果表明圆台形绝缘体锥角变化对闪络电压影响非常明显;厚度相同的圆柱形绝缘体闪络电压随截面直径的增大而降低,且直径越小,变化幅度越大;当气压处于高真空范围,即10-5~10-1Pa时,气压变化对闪络电压不构成影响;高真空条件下不同电极材料对闪络电压无影响。并在系统分析实验结果的基础上,提出了真空绝缘结构设计原则。     

表层氟化环氧树脂的直流闪络特性

绝缘电介质表面电荷积累和分布对其沿面放电和击穿行为具有重要影响。通过表层氟化调控环氧树脂表面微观形貌和表面电位衰减速率,研究电极间隙、升压速率和电场均匀程度对环氧树脂负极性直流闪络特性的影响。结果表明：氟化导致环氧树脂表面电位衰减速率加快和表面粗糙度明显增加。经较长时间氟化的环氧树脂样品,其表面粗糙度上升趋至饱和且其在准均匀电场和极不均匀电场中的沿面闪络场强均有所增加。氟化修饰对极不均匀电场下的闪络场强提升效果更为明显：电极间隙10 mm时氟化15、30和60 min使环氧树脂在极不均匀电场中的闪络场强分别增加16%、34%和47%,而在准均匀电场中的闪络场强增加幅度仅分别为9%、15%和22%。表层氟化可抑制环氧树脂表面电荷积累,阻碍放电通道形成,从而提高闪络场强。     

不均匀电场中温度对油纸绝缘沿面放电特性的影响

采用针-板电极结构研究不均匀电场中温度对变压器油纸绝缘沿面放电特性的影响。首先,确定油纸绝缘的局部放电起始电压和闪络电压。然后,在油纸界面上施加恒定电压,研究在不同温度下施加长期电压时油纸绝缘的沿面放电特性。结果表明:局部放电起始电压和闪络电压随温度升高而增加。施加长期电压时,高油温下,油纸绝缘沿面放电现象和纸板变化情况更为复杂。纸板在高油温下更容易发生碳化。虽然碳化会对纸板造成不可逆的损坏,但仅在表面发生碳化的纸板在恒定电压下表现出更长的耐压时间和更低的局部放电量与放电重复率。然而,在内部发生严重碳化时,其局部放电重复率变得更高,最终导致纸板击穿。     

纳秒脉冲同轴结构固体绝缘介质尺寸优化分析

同轴电场沿径向分布不均匀,径向电场降落集中在内电极表面附近一定范围内.在内电极直径不变,外电极直径增加的情况下,内外电极距离大于一定阈值后,电场变化在经过一个快速减小的阶段后明显变缓;在仅仅增加内电极直径,固定内外电极距离,相应增加外电极直径的情况下,内电极直径少量增加大于一定阈值后,同轴电场变化类似地经过一个快速衰减阶段后明显趋于缓和.根据同轴电极结构内外电极间隙距离与内电极直径变化影响电场分布的阈值的存在,利用Ansys数值计算结合纳秒脉冲下同轴电场变压器油中有机玻璃和尼龙1010闪络特性的实验结果,提出同轴结构高功率脉冲功率装置绝缘结构优化概念,并且给出依据闪络距离与内电极直径变化闪络电压的经验公式.     

交流电压下C4F7N/CO2混合气体中线性金属微粒放电特性研究

为了研究环保型气体C4F7N的绝缘性能,本文开展了绝缘子表面线性金属微粒在C4F7N/CO2混合气体下的放电特性实验并结合仿真和理论对实验结果进行了分析。研究结果表明,在0.1MPa气压条件下,C4F7N/CO2混合气体中,绝缘子表面附有金属微粒时,闪络电压会随金属微粒和接地电极之间距离的增加而先增大后减小。分析上述原因,线性金属微粒端部电晕放电产生的空间电荷削弱了空间电场的畸变程度;同时,C4F7N/CO2混合气体分解产生的CF3CN分子是一种高电气强度的物质,也会促使闪络电压升高。绝缘子倾角的变化对C4F7N/CO2混合气体闪络电压的影响要大于对SF6气体闪络电压的影响。绝缘子倾角为90度条件下,C4F7N/CO2混合气体下的闪络为SF6气体下闪络电压的0.96倍,两种气体绝缘性能相当。但C4F7N/CO2混合气体对不均匀电场的敏感性要高于SF6气体,电场不均匀系数由1变化到1.84时,C4F7N/CO2混合气体条件下闪络电压降低约26%。     

指形电极结构设计及其对快脉冲真空闪络特性的影响

为了更好的研究快脉冲真空闪络,宜选用指形电极结构。通过ANSYS有限元仿真和实验研究指形电极结构对快脉冲下真空沿面闪络特性的影响。仿真计算了相同电极间距d不同电极曲率半径r时指形电极系统的最大电场强度Emax;相同r不同d时指形电极系统的Emax;不同d、r时指形电极系统的场增强因子f。仿真结果表明:d一定时,电极曲率半径r<8mm时,电极顶端的最大电场强度随着曲率半径的增大而迅速减小,r为8~20mm时,电极前端的最大电场强度变化幅度不大;r一定时,d为1~8mm时,随着d增大,最大场强下降到原来的23%,d>8mm时,电极前端的最大场强下降趋势有所减慢;电极间距d取值越小,电极曲率半径r越大,场增强因子则越小,对应的电场分布越均匀;对于实验研究用指形电极结构,宜采用r<8mm,d>8mm的设计参数。基于18/500ns、峰值输出电压为75kV的快脉冲源以及r=10mm的不锈钢指形电极,研究了纯环氧试样在不同d时的闪络特性。实验结果表明:d为5~15mm时,沿面闪络电压值随d的增加而呈线性增长;d为20~45mm时沿面闪络电压增长缓慢,这与真空间距击穿的关系不同。并结合65/600ns脉冲电压和直流电压下平板电极和指形电极的沿面闪络实验数据,研究了r=10mm,d=10mm时指形电极结构的f,实验得出脉冲电压下f=1.73,直流电压下f=1.47。     

金属封闭式开关柜绝缘在线检测

通过对金属封闭式开关柜结构及绝缘故障类型的分析,认为测量开关柜内部局部放电和过热可对开关柜绝缘故障进行预警,并提出在开关柜顶部装设超声局放检测装置,在内壁装设光纤测温装置,可实现开关柜绝缘在线检测。     

不同电场下硅橡胶直流沿面闪络特性实验研究

为进一步探究聚合物绝缘材料的沿面闪络特性,搭建了沿面闪络实验平台,在不同电场下对硅橡胶(Si R)进行沿面闪络实验。通过图像处理技术及数值计算方法对沿面闪络光、电特性进行分析,探索并建立了沿面闪络光、电特性间的关联。结果表明:沿面闪络的光、电特性与电场分布有关。与稍不均匀电场相比,极不均匀电场下沿面闪络发光强度较低、放电通道分形维数较小;并且极不均匀电场下闪络电压较低,放电能量较小。沿面闪络的光、电特性存在一定关联。通常地,闪络电压、电流较大时,闪络通道的亮度较大且分布范围较广,沿面放电能量较高。因此,沿面闪络的光、电特性参数能够有效反映绝缘材料的沿面绝缘强度。     

一种无线在线测温装置在高压开关设备中的应用

无线测温的温度传感器单元和显示报警单元之间是通过无线方式传输数据的,不存在绝缘问题。介绍了无线测温系统的探头及温度检测传输装置的结构、在线测温的工作原理、信号处理和组网。从高压隔离、抗干扰措施、供电方式、热稳定性这几个方面解决技术问题。实验结果表明系统的测量误差小、工作可靠、结构简单、体积小巧、便于安装又不影响开关柜的结构性能。     

雷电冲击电压下环氧树脂绝缘特性研究

环氧树脂是固体绝缘开关柜(SIS)的重要绝缘介质,在冲击电压累积作用下会产生不可逆的绝缘损伤。为探明环氧树脂材料内部绝缘劣化累积效应以及外绝缘污秽闪络特性,基于固体绝缘开关柜用环氧树脂材料设计多种固体绝缘件,并对其进行相关测试。结果表明:随着雷电冲击电压幅值(U)的升高,环氧树脂材料击穿时的雷电冲击累积次数(N)明显减少,同时随着累积次数的增加,环氧树脂材料的相对介电常数与介质损耗因数(tanδ)均呈增大趋势,其中介质损耗因数整体增幅大于20%,对绝缘状态的评估具有较高的参考价值;雷电冲击电压下盐密、灰密对环氧树脂材料污秽闪络电压的影响符合幂指数规律,并得出了U-N特性关系方程和污秽闪络电压与盐密、灰密的关系方程,为固体绝缘开关柜耐雷电冲击能力设计提供参考。     

均匀电场作用下绝缘材料表面流注发展研究综述

绝缘子沿面闪络是输电线路设计和运行中面临的重要问题。流注的产生和发展是绝缘发生先导和闪络前的重要阶段,研究绝缘材料表面流注产生和传播对输电线路绝缘的设计和优化有很重要的意义。绝缘材料流注发展研究采用的实验装置是"三电极"结构,两个极板平行放置用以产生均匀电场,绝缘材料垂直放置在两极板之间,与下极板绝缘的针尖通以脉冲电压产生流注放电,均匀电场中流注的发展很少分叉,可以忽略空间电荷的影响。基于此,综述了绝缘材料表面流注发展的研究现状,介绍了绝缘材料性能、材料外形、外加电场、外加脉冲电压幅值等因素对绝缘表面流注发展的影响,总结了近年来绝缘材料表面流注发展所取得的成果,也提出了研究中尚不能合理解释的现象以及有待深入研究的问题。     

极不均匀场下SF_6/CF_4混合气体中环氧树脂绝缘子沿面闪络特性研究

文中通过实验手段研究SF_6/CF_4混合气体中环氧树脂复合材料绝缘子试样的直流沿面闪络特性,实验中采用针—板电极结构模拟极不均匀电场情况,分析了气体压强、SF_6混合比以及电压极性对闪络电压的影响规律。实验中,电极间距为5 mm,实验气压为0.1~0.4 MPa。实验结果表明:当混合气体中SF_6混合比为40%时,在实验气压范围内,绝缘子闪络电压可达到相同气压SF_6中闪络电压的60%以上。针—板电极下SF_6/CF_4混合气体闪络电压的协同效应在正、负极性下区别显著,负极性下的协同效应较弱。同时,绝缘子闪络电压具有明显的极性效应,并且随着气压的升高出现了极性反转的现象,这是由于不同气压下正、负电荷对空间电场的畸变作用不同而导致的。综合环保要求和沿面闪络特性,文中研究成果为GIS设备提供了潜在的SF_6替代方案。     

基于2．4GHz无线通信的开关柜测温系统

提出的无线测温系统解决了无线测温这一课题中装置供电问题、强磁场下温度测量精度低和影响开关柜绝缘性能等几个技术难点,实现了开关柜触头、连接处温度的数字化测量和传输,可以在线监测重负荷回路的工作状态,保证用电系统的可靠安全运行,为实现高压设备的状态检修提供了有效的监测数据。