特高压GIS现场雷电冲击试验电压台阶现象分析EI北大核心CSCD

随着电压等级的提高,气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)的应用越来越广泛。为确保绝缘性能,GIS设备在入网前都要进行现场耐压及绝缘试验。雷电冲击耐压试验是GIS等高压电器设备现场试验必须进行的试验项目之一,但现场发现,雷电冲击耐压试验过程中存在波形畸变问题,在雷电波的上升沿会出现所谓的"台阶"现象。通过ATP-EMTP电磁暂态分析软件搭建试验系统模型,对电压波在特高压GIS负载内的传播过程进行了计算,并对出现台阶现象的原因进行了分析。结果表明,台阶现象是由负载的分布特性与各个电气环节间波阻抗的相互作用引起,高压引线与分支母线间节点处、分支母线末端集中性负载所产生的电压负反射是引起电压波形出现台阶的主要因素。根据以上研究,提出了存在台阶的试验电压波形波前时间的确定方法。     

火花放电喷射等离子体触发气体开关导通特性及工作模式分析

为理解喷射等离子体触发气体开关的导通过程和触发机理,利用高速分幅相机拍摄火花放电喷射等离子体触发气体开关的导通过程,结合开关导通时延测量,研究了该开关在10%~90%工作系数下的触发导通特性,分析了开关在高、低工作系数下的导通过程和工作模式。结果表明,火花放电喷射等离子体触发气体开关在10%~90%的极宽工作系数范围内能可靠触发导通,导通时延随工作系数提高而逐步从数十μs减小至数百ns。低工作系数时气体开关为慢导通模式,导通过程可分为喷射等离子体形成阶段、喷射等离子体快速发展阶段、喷射等离子体发展饱和阶段和主间隙放电4个阶段,其导通延时受工作系数和触发脉冲幅值的影响,为数μs至数十μs。随着开关工作系数提高,开关由慢导通模式逐步过渡到快导通模式,导通过程只包括喷射等离子体形成阶段和主间隙放电两个阶段,放电发展过程较为迅速,导通时延约为数百ns。     

Analysis on discharge process of a plasma-jet trigered gas spark switch

The plasma-jet triggered gas switch (PJTGS) could operate at a low working coefficient with a low jitter. We observed and analyzed the discharge process of the PJTGS at the lowest working coefficient of 47% with the trigger voltage of 40 kV and the pulse energy of 2 J to evaluate the effect of the plasma jet. The temporal and spatial evolution and the optical emission spectrum of the plasma jet were captured. And the spraying delay time and outlet velocity under different gas pressures were investigated. In addition, the particle in cell with Monte Carlo collision was employed to obtain the particle distribution of the plasma jet varying with time. The results show that, the plasma jet generated by spark discharge is sprayed into a spark gap within tens of nanoseconds, and its outlet velocity could reach 104ms−1. The plasma jet plays a non-penetrating inducing role in the triggered discharge process of the PJTGS. On the one hand, the plasma jet provides the initial electrons needed by the discharge; on the other hand, a large number of electrons focusing on the head of the plasma jet distort the electric field between the head of the plasma jet and the opposite electrode. Therefore, a fast discharge originated from the plasma jet is induced and quickly bridges two electrodes.     

气体绝缘开关设备中特快速瞬态过电压研究的新进展

气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）中的隔离开关操作空载短母线会产生陡波前、高幅值的特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO）、瞬态壳体电位和电磁干扰,对GIS及其连接的具有绕组的设备、与壳体连接的二次设备绝缘产生危害,干扰二次设备工作,严重影响设备的安全运行。对2009年前国内外在VFTO测量方法、特性试验、数字仿真和对绝缘影响以及外部VFTO方面的研究状况进行了综述。概要总结了国家电网公司在特高压GIS中VFTO实测及仿真研究方面取得的新进展,提出了特高压GIS中VFTO需要深化研究的内容,即重点关注VFTO的传播特性与仿真建模,VFTO下的绝缘特性和机制研究,以期全面掌握特高压GIS中VFTO特性,对特高压输变电设备的研制、工程设计和运行提供依据和有益的参考。     

2.5MV特快速瞬态过电压发生器

气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）以其占地面积少、密封性好,受环境影响小,运行可靠、维修周期长等优点在中国电网中得到了广泛应用。在330kV以上电压等级的系统中,开关动作产生的特快速瞬态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO）对系统有很大危害。为满足特高压GIS中VFTO的模拟,利用6MV敞开式冲击电压发生器与陡化装置结合的方法,研制出一种模拟VFTO产生的装置。通过增加GIS母线长度来补偿回路固有电感的影响,以及通过控制陡化间隙的击穿电压来控制输出电压幅值,使该装置可以输出幅值为2.5MV、高频振荡达到35 MHz的电压波,能够满足特高压试验对VFTO模拟的要求。采用外加积分器方式,制作了一种锥形电容传感器来测量该装置产生的电压波,测试结果表明该电容传感器可以满足试验的要求。     

脉冲气体开关用SF6混合气体放电特性的研究

脉冲功率技术在大功率激光、Z箍缩、高功率微波和材料合成等领域均有非常广泛的应用,气体开关是脉冲功率装置中关键元件之一.为了获得开关间隙中不同气体电介质时开关工作性能、开关寿命等的变化规律,笔者针对一种典型结构的场畸变气体开关,采用工程中常用的正负充压回路方式,通过改变SF6/N2、SF6/Ar混合比、气压和电极间距等实...     

离子注入在改善电器触头性能中的应用

本文简述了离子注入的发度情况及特征,介绍了离子注入在电器触头改性方面的应用研究,并对今后的发展作了展望。     

基于泄漏电流的复合绝缘子憎水性能诊断技术

为建立基于泄漏电流特征量的复合绝缘子憎水性能诊断方法,研究了在饱和湿度情况下,污秽度和憎水性能对泄漏电流最大值、泄漏电流出现次数及累积放电量的影响,用聚类分析法对复合绝缘子的憎水性能进行诊断。结果表明:泄漏电流最大值随污秽度和憎水性等级的变大呈增加趋势,污秽度和憎水性能影响泄漏电流幅值的区间不同,污秽度主要影响泄漏电流的低幅值部分,而憎水性能主要影响泄漏电流的高幅值部分,造成这种差异的原因是污秽度和憎水性能对复合绝缘子表面电阻的影响不同;污秽度对复合绝缘子表面累积放电量的影响更明显。使用聚类分析法,选取的泄漏电流特征量能够实现对复合绝缘子憎水性能的诊断。     

SF6短间隙中高频电弧的阻抗特性

气体绝缘开关设备(GIS)中隔离开关操作时,触头间隙会出现高频放电,产生威胁电力设备安全的特快速暂态过电压(VFTO),高频电弧的阻抗特性对VFTO的上升沿和幅值等具有重要影响。为此,提出了利用SF6间隙研究GIS隔离开关高频电弧阻抗特性,分SF6短间隙和长间隙2个阶段开展工作的技术方案,并介绍了SF6短间隙阶段的研究工作。建立SF6短间隙和紧凑型RLC放电回路产生高频电弧。采用高压探头、Rogowski线圈、B-dot传感器分别测量电弧电压、电流及电流变化率,利用高速分幅相机观测电弧形态。提出了电弧电感和电阻的分析方法,研究了气压、弧长及电流对电弧电感和电阻的影响,建立了基于能量平衡关系的电弧电阻模型。研究结果表明:高频放电起始后,电弧电感从约13μH/m迅速减小并趋于稳定值约9μH/m;电弧电阻在约60ns内快速跌落至约1Ω,随后缓慢下降并趋于稳定值约0.1Ω;气压增大时电弧电感和电阻增大,电流增大时电弧电感和电阻减小;提出的模型能够计算全过程电弧电阻,计算结果与试验分析结果基本符合。     

气体间隙放电火花电阻的光谱诊断

火花电阻是影响开关能量传输效率、寿命的重要因素,为了对其进行准确测量,提出了一种利用光学诊断获得气体间隙放电火花电阻的方法。首先利用光谱仪测量脉冲电压下气体间隙火花放电的发射光谱,获得了不同放电发展阶段和通道内不同位置的电子温度、电子数密度,并根据Spitzer电导率修正公式得到不同放电阶段火花通道的电导率。然后通过通道径向成像后谱线长度计算了不同阶段火花通道的外径,结合放电通道外径与电导率即可得到火花放电通道电阻。结果表明:随着放电发展,火花通道等离子体的电导率先迅速增大后逐渐减小,最后保持在104 S/m左右;火花通道电阻从绝缘状态骤减至0.1Ω左右然后基本维持不变,通道电阻值与过去文献中所提出的经验公式计算结果基本一致。随着电流增大,通道电导率基本不变,通道半径增大,通道电阻减小。随着气压增大,放电通道等离子体的电子温度降低,电导率减小,导致通道电阻增大。