高压直流绝缘材料表面电荷积聚研究进展

随着直流输电技术的发展,直流气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)因其具有占地面积小、可靠性高、维护少等优点已得到越来越多的关注。相比交流GIS,直流GIS盆式绝缘子存在严重的表面电荷积聚问题,导致其沿面闪络特性下降,制约着直流GIS的工程应用。目前关于高压直流下绝缘材料表面电荷积聚特性及抑制措施的研究已成为国际上的热点,本文对此进行系统性的综述,包括:表面电荷测试的常用技术和电荷反演算法,表面电荷的积聚途径及相应来源,表面电荷积聚的仿真模型,表面电荷积聚的影响因素及调控措施。最后,对表面电荷积聚下一步的研究工作给出了建议。     

准均匀电场下C5F10O/干燥空气与C5F10O/N2的绝缘特性

SF6因优异的电气特性广泛应用于电器绝缘设备中,但其产生的温室效应对大气环境具有极大损害.近年来,C5F10O作为一种环保型SF6潜在替代气体受到国内外科研工作者的关注.为进一步探究C5F10O/干燥空气与C5F10O/N2的绝缘特性,文中利用气体绝缘性能测试平台,对不同气压、不同C5F10O分压下的2种混合气体在准均匀电场下进行工频击穿试验.实验结果表明,C5F10O混合气体绝缘强度随气体压强的增大而增大;提高C5F10O分压亦可提高两类缓冲气体的绝缘强度,且对N2绝缘强度提升相对值大于干燥空气.从绝缘强度考虑,适当增大C5F10O混合气体气压和C5F10O分压,C5F10O/干燥空气比C5F10O/N2混合气体更具潜力替代室内中低压设备中的 SF6.     

用最优谐波小波包变换抑制局部放电混频随机窄带干扰

在进行电气设备局部放电(partial discharge,PD)在线监测中,当多个随机周期性窄带干扰的频率位于传感器监测频段内部时,会严重影响监测的可信性和准确性,然而目前缺乏有效抑制此类干扰的方法。为此,利用谐波小波具有严格盒形频谱特性的优点,提出一种基于最优离散谐波小波包变换的PD去噪新方法,将不同频率窄带干扰的能量分别集中在单一的子带内,用分解后子带香农熵比值的大小来确定包含各窄带干扰的子带,只要将对应的小波系数置零后重构就能得到去除窄带干扰后的PD信号,克服了离散小波包变换子带间存在频谱泄漏的缺点,实现了对PD监测信号的自适应优化分解。通过对仿真和实测PD信号频带范围内含有的混频随机窄带干扰进行去噪处理,并与离散小波包变换去噪结果进行对比分析后表明,最优离散谐波小波包变换对PD信号去噪后的能量损失和波形畸变较小,有利于后续对PD信号的模式识别,可以解决干扰频率位于监测频段内难于抑制的难题。     

基于开放光路FLRDS技术的C2H2和C2H6气体检测

磷酸铁锂电池因其较长的使用寿命和环保性,被广泛应用于储能系统。然而,近年来,储能电站安全事故频发,给电网稳定运行造成了威胁。在热失控过程中,磷酸铁锂电池会产生C₂H₂和C₂H₆等可燃气体,是造成燃烧、爆炸等灾害的重要原因。因此,实时准确监测储能预制舱内C₂H₂和C₂H₆等可燃气体的浓度是保障其安全稳定运行的关键。文中提出一种基于开放光路光纤环形腔衰荡光谱(fiber loop ring-down spectroscopy,FLRDS)技术的气体检测方法,可实现自由空间内微量气体在线监测。对梯度折射率(gradient index,GRIN)透镜的空间光耦合光学损耗进行理论和实验分析,建立插入损耗为0.95 dB的开放光路FLRDS气体检测系统。根据C₂H₂和C₂H₆红外光谱特性,开展激光光源性能测试。模拟开放空间气体环境研究了C₂H₂和C₂H₆的气体浓度检测方法,结果表明,该系统具有较好的稳定性,N₂背景下测量信号标准偏差S仅为平均值的0.156%。衰荡时间与气体浓度之间存在良好的线性关系,C₂H₂线性拟合度R²为0.998 32,C₂H₆线性拟合度R²为0.994 72。反演计算结果表明,C₂H₂和C₂H₆的最大相对误差分别为3.215%和4.72%,最大绝对误差分别为16.86 μL/L和12.74 μL/L,测量精度良好。     

工频交流电压下C_6F_(12)O与N_2混合气体的击穿特性和分解特性

探索了新型环保绝缘气体C_6F_(12)O与N_2混合气体在交流电压下的击穿特性和分解特性。讨论了C_6F_(12)O与N_2在设备中使用的混合比,并在工频交流平台下进行击穿实验,探究C_6F_(12)O与N_2混合气体在准均匀场下的击穿性能并与SF6混合气体进行比较。对3%C_6F_(12)O与N_2混合气体进行100次击穿实验后采用GC-MS定性检测混合气体击穿后的分解产物,最后采用密度泛函理论计算分解产物的生成过程,分析温度对生成能量的影响并计算分解产物分子轨道间隙。实验结果表明:在0.10MPa下3%C_6F_(12)O与N_2混合气体的击穿电压约为纯N_2的1.7倍,与10%SF6与N_2混合气体的击穿电压相当。击穿后检测到的分解产物主要为CF_4、C_2F_6、C3F6、C_3F_8、C_4F_(10)和C_5F_(12)。计算表明:生成主要分解产物的反应能量随着温度升高呈现不同的变化趋势,且分解产物的分子轨道间隙值由大到小的排序依次为CF_4,C_2F_6,C_3F_8,C_4F_(10),C_5F_(12),C_3F_6。CF_4分子的轨道间隙值最大,约为12.590 eV。     

新型环保绝缘气体研发回顾与展望

文中针对目前电力行业SF6替代的迫切问题,重点回顾了环保型SF6替代气体的重要探索历程,以及气体分子设计方法的发展趋势,指出传统方法难以创造出新颖的分子结构以兼顾环保绝缘气体的各项性能要求.针对目前的问题与挑战,文中创新性地提出将材料基因工程这一兼具颠覆性和可行性的前沿技术引入到新型气体的探索研究中,研发出性能更优的单...     

高压直流转换开关电流转换特性及其影响因素

高压直流转换开关是高压直流输电系统中的关键设备,需针对其电流转换特性及影响因素展开研究。通过构建直流转换开关所满足的基本电路方程并对方程进行离散处理,建立了500 kV自激振荡型高压直流转换开关的场路耦合电弧模型。首先研究了直流转换开关分断4 kA直流电流时的电流转换特性,得到了电弧电流和电弧电压的动态变化曲线并与实验结果进行对比。其次,通过改变换流支路的电感和电容(L、C为典型值的0.8倍和1.2倍),分析了二者对电流振荡过程的影响,讨论了不同电感参数值下电弧半径、温度、压力特性与电流转换特性的关系。最后,考虑到空气是一种低成本和环境友好型气体,对比研究了SF6和空气介质中转换开关的电弧特性。结果表明:仿真和实验结果较为一致,实验和计算中电弧电流振荡频率分别为3 450 Hz和3 759 Hz;在一定范围内,增大电感或者电容可以增强电弧振荡,加快电流转移过程,减小燃弧时间;相同谐振频率下,电感对电弧振荡过程的影响较电容大;空气相比SF6可以显著缩短燃弧时间(燃弧时间减少约4.5 ms),降低电容电压水平(电容电压峰值由4 086.6 V降至2 760.5 V),在直流转换开关中具有一定的应用前景。此外,仿真方法也有望用于直流转换开关参数的优化设计。     

碳化硅表面改性对固体绝缘介质表面电荷聚散特性的影响研究

为了揭示涂覆碳化硅对固体绝缘介质表面电荷聚散特性的影响机制,本研究建立了基于静电探头的固体绝缘表面电荷的测量实验平台,通过对表面涂覆碳化硅的PMMA试样进行测定,获取了不同条件下固体绝缘介质的表面电荷分布特性。结果表明:涂覆碳化硅对绝缘材料表面电荷积聚的影响较小,而当碳化硅含量超过45%时,绝缘材料表面电荷消散速率明显加快,且由于碳化硅体积电导率与外加电场存在非线性关系,阈值电场随着涂覆碳化硅含量增加而降低,在涂覆较高含量碳化硅后,固体绝缘材料因积聚一定量的表面电荷使其表面等效电导率明显提升,表面电荷消散速率加快,对固体绝缘介质表面积聚的电荷起到了调控作用。     

Experimental study on the effect of H2O and O2 on the degradation of SF6 by pulsed dielectric barrier discharge

SF₆ has excellent insulation performance and arc extinguishing ability,and is widely used in the power industry.However,its global warming potential is about 23,500 times that of C0₂,it can exist stably in the atmosphere,it is not easily degradable and is of great potential harm to the environment.Based on pulsed dielectric barrier discharge plasma technology,the effects of H₂O and 0₂ on the degradation of SF₆ were studied.Studies have shown...