非线性复合材料对不均匀电场的改善效果仿真分析

为改善绝缘介质空间电场的分布,针对实际运行中高压试验所采用的针-板电极以及330 kV电力系统中复合绝缘子的不均匀电场,建立其仿真模型,分析探讨了非线性复合材料对不均匀电场的改善效果及其内在作用机制。在直流和交流电压作用下,采用非线性复合材料局部替换高电场强度区域的绝缘材料,则其轴向电场强度最大值与平均值之比分别从9.06和5.22降为1.03和1.77。仿真分析结果表明,非线性复合材料可以有效改善绝缘介质空间电场分布;采用局部替换的方法可以使得绝缘材料的介质损耗和泄漏电流相对较小。     

稍不均匀电场中SF6气体的工程击穿场强

介绍国外一些对在稍不均匀电场中SF6气体的工程击穿场强的研究现状，并说明了电场均匀程度的一种判断方法。     

压敏陶瓷-硅橡胶复合材料的非线性压敏介电特性

开展兼具非线性电导和介电特性的复合材料的理论基础和应用研究,有助于更有效、广泛地解决高电压等级电力系统绝缘设备或部件电场分布不均匀的难题。为此,制备了ZnO压敏陶瓷-硅橡胶复合材料并测量了其非线性压敏介电特性。结果表明:制备的复合材料具有良好的分散性和非线性电导及介电特性;当ZnO压敏陶瓷填料体积分数10%时,复合材料可以表现出明显的非线性介电特性,可以起到更显著的电场均匀作用;当ZnO压敏陶瓷填料体积分数20%时,复合材料呈现出明显的非线性电导特性,电导非线性系数可以达到10以上,当电场强度超过压敏电压梯度时电导率可以提高100倍以上,而电场强度达到1.5倍压敏电压梯度时,可在对不均匀电场起抑制作用的同时,避免较大的损耗。     

非均匀电场下原油乳化液脱水特性

为了提高陆上及海上原油平台的脱水效率,利用同轴圆柱电极结构开展了乳化液在非均匀电场下的脱水特性研究;通过分析水滴在非均匀电场中的极化特性,建立了水滴极化及受力模型,分别对水滴运动、聚结和破裂的动力学特性进行了分析。研究结果表明:随着非均匀系数的升高,乳化液脱水速度增大;在一定范围内提高电场非均匀系数有利于乳化液最终含水率的降低,但电场非均匀系数过高容易造成电分散。在非均匀电场中,水滴受到的介电泳力和水滴之间的偶极聚结力与电场场强、水滴半径、电场的非均匀系数成正比,与水滴距电极中心的距离和水滴之间的距离成反比。水滴电分散场强与水滴电荷面密度、水滴粒径、表面张力有关,当水滴发生荷电后,其电分散场强减小。所建立的非均匀电场脱水模型较好地解释了电脱水试验现象,可为高效电脱水器的设计提供依据。     

非线性电导聚合物材料研究进展

空间复杂辐射环境料可以保证正常情况(弱带电时)下的高绝缘性能,又能在高场强下以暂态高电导释放介质内部危险电下,高能带电粒子引起的航天器介质深层充放电效应是导致航天器故障的主要因素之一。研究表明,具有非线性I-U特性的复合材料可有效抑制航天器介质深层充放电。为此分析了非线性电导复合材料用于抑制航天器介质深层充放电的可行性,并从导电机理、改性方法、应用现状等方面阐述研究进展,并对非线性电导航天器介质的发展方向进行展望。分析结果表明：复合材料的非线性电导受多种电荷输运机制影响,非线性电导复合材料的制备工艺逐渐完善,并实现了从简单材料制备向仿真计算、空间环境地面模拟试验的突破。下一步的研究重点在于空间环境下的导电机理,材料制备和仿真计算、试验的协同性,仿真模型和多源模拟试验条件的优化。     

稍不均匀电场中绝缘子附近导电微粒受力分析

建立稍不均匀电场中绝缘子附近的自由导电微粒所受作用力的2-D计算模型,通过对微粒表面Maxwell应力张量进行计算,得到微粒在电场中所受的静电力。改变电极倾斜角、绝缘子材料以及绝缘子的外形,对影响自由导电微粒运动的因素进行了分析,结果显示通过减小高压电极倾斜角度,减小绝缘子材料的介电常数,并采取合适的绝缘子外形, 可减小微粒受到的向上的静电力和微粒受到的指向绝缘子方向的水平静电力,从而可以减小微粒浮起和附着于绝缘子表面的概率。     

含有非线性电场均化层的高压套管电场分布特性

直流套管是制约我国直流输变电技术发展和安全可靠运行的主要因素之一。该文提出了含有非线性电场均化层的高压套管技术路线,仿真研究了接地屏位置、长度以及非线性电场均化层几何尺寸、材料参数对高压套管电场分布的影响规律。分析表明：接地屏的位置和长度主要影响导杆表面电场值及其电场集中区域范围;电场均化层的长度、非线性参数、位置会对套管内部及表面电场分布产生显著影响;更长的电场均化层、较低的非线性材料阈值场强以及更远的电场均化层到导杆表面的距离均能有效均化套管电场。直流电场下含有非线性电场均化层的高压套管电场分布与交流电场下存在较大差异,具有高阈值场强的非线性电场均化层均场效果更优。非线性均压层能够有效改善高压套管的电场分布,无需采用电容均压结构。该工作将为非线性复合材料在高压套管中的应用提供参考。     

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。     

锥尖棒－平板间隙电场不均匀系数的近似公式

本文分析了以往计算锥尖棒－平板间隙电场不均匀系数公式的局限性，采用ＣＳＭ对这种间隙电场进行了数值计算。根据计算结果讨论了锥尖棒电极圆柱体半径和长度对间隙电场的影响，并利用数据拟合方法给出了含圆柱体半径的锥尖棒－平板间隙电场不均匀系数近似计算公式。     

不均匀污秽下110 kV绝缘子串电场分布

研究了110 kV XWP-160绝缘子在洁净和污染条件下的电位和电场分布,分别在洁净、均匀污染和不均匀污染条件下对绝缘子串进行了COMSOL仿真,设置了不同污秽等级。模拟过程中发现,电场分布整体“马鞍”形状,中部电场较低且平稳;贯通电极的湿污秽有使高压电极附近电位分布变平缓的趋势,电位分布均匀,且污秽均匀时效果较好;随着上下表面不均匀程度的增加,瓷绝缘子串闪络电压增加,因为各畸变电场位置很难形成放电。研究结果将进一步加深对XWP-160绝缘子在各种不均匀污秽环境下的性能的认识。     

不均匀电场造成绝缘电缆放电原因分析

根据笔者经验总结,绝缘电缆发生放电现象有三种基本原因：一是必须有不均匀电场存在,二是绝缘距离不达标,三是绝缘介质不合格。笔者根据以上经验成功解决了实际问题,现介绍如下。     

不均匀电场SF_6/N_2混合气体击穿特性的实验研究

文中对SF_6/N_2混合气体在不均匀场下的击穿特性展开研究,通过测量棒—板电极在不同电极间距、混合比、压强下的正、负极性击穿电压值,分析电场不均匀度及气体压强对SF_6/N_2混合气体极性效应的影响。研究结果表明:在0.1 MPa时,击穿电压随着电极间距的增大而增大,N_2负极性的击穿电压高于正极性的击穿电压,在电极间距为12 mm时,负极性击穿电压是正极性击穿电压的1.71倍,而SF_6气体与N_2极性效应相反,表现为正极性的击穿电压略高于负极性的击穿电压;电极间距为4 mm时,随气体压强的升高负极性击穿电压增大,正极性的击穿电压出现饱和效应甚至出现击穿电压跌落现象,SF_6气体体积分数为20%时,0.4 MPa下的正极性击穿电压是0.35 MPa的91.3%。SF_6/N_2混合气体的极性效应随着混合气体中SF_6气体所占比例的下降发生极性反转现象。     

110 kV变压器油纸绝缘套管不均匀绝缘受潮劣化分析

利用频域介电谱方法对油纸绝缘变压器套管的受潮特性进行了系统研究。从频域介电谱基础理论,对均匀与不均匀受潮的油纸绝缘模型的介电响应特性进行了分析。同时对现场油纸绝缘套管的频域介电谱测试诊断与应用进行了相关研究。提出了一种油纸绝缘设备内受潮均匀度评估方法。综合考虑均匀受潮与不均匀受潮时的介电响应特征,即油纸绝缘不均匀受潮时,曲线有明显损耗峰、波动等特征。并针对现场变压器套管展开频域介电谱测试与解体理化分析,进一步验证了理论模型,为现场变压器套管受潮评估提供了一种可靠的方法。     

低温次大气压不均匀电场空气流注放电特性研究EI北大核心CSCD

搭建空气放电实验平台,并构建仿真模型,通过实验和仿真对低温次大气压不均匀电场空气流注放电特性展开研究。结果表明:当约化场强E/N相同时,海拔高度与流注分叉数目、流注传播速度、电流峰值以及电流衰减时间均呈负相关,与流注半径呈正相关,但仿真得到的流注传播速度和电流与实际相比略有不同;预电离区域的存在导致针-板和针-针电极结构下的放电形态不同;随着方波电压频率的增大,二次放电通道对于一次放电通道的依赖性逐渐增大。随着方波电压占空比的增大,二次放电通道仅在一次放电通道尾部有所体现。     

纳米碳化硅改性纸板的介电特性与电场均化分析

针对换流变压器绝缘结构中直流电场分布不均的问题,通过纳米掺杂手段制备出碳化硅( SiC)改性绝缘纸板,研究了不同纳米掺杂比例对改性绝缘纸板介电参数的影响,以及改性绝缘纸板介电参数随电场强度的变化规律,并通过仿真手段验证了改性绝缘纸板对油纸绝缘电场分布的均化作用。试验结果表明：纳米掺杂可改变绝缘纸板的电导率,但对其相对介电常数影响不大,随纳米碳化硅掺杂比例的提高,改性绝缘纸板的电导率呈指数增加;在较低纳米掺杂比例下,电场强度对改性纸板电导率的影响较小,而随着纳米掺杂比例的提高,其电导率随电场强度的增大呈指数增加,表现出明显的非线性特性。仿真结果表明：利用改性纸板的非线性变化特性,可很好地均化直流电压作用下油纸绝缘的电场分布。     

不均匀老化油纸绝缘稳态水分分布的频域介电谱

绕组和油温之间的温度梯度导致了绝缘纸的不均匀老化,绝缘纸的聚合度会影响水分在其中的分布情况。测试了5种不同聚合度绝缘纸含有相同水分含量以及不同聚合度绝缘纸浸渍于同一水分浓度绝缘油时水分扩散至稳态时的频域介电谱。制作了5种含有稳态水分含量的不同聚合度的绝缘纸叠加试样,用来模拟不均匀老化油纸绝缘含有稳态水分分布的试样,测试了该试样的频域介电谱,并采用分布阻抗的方法建立了油纸绝缘频域介电模型对其进行了数值计算。测试及计算结果表明:复介电常数实部、虚部及介质损耗随水分含量的增大而增大,随聚合度下降而增大;绝缘纸中水分含量对频域介电谱的影响要远远大于聚合度对频域介电谱的影响;不均匀老化油纸绝缘试样的频域介电谱测试结果与分布阻抗模型计算结果除在10-3 Hz~10-4 Hz频段内复介电常数虚部有5%的平均误差、实部有2%的平均误差外,其余频段基本相符,表明分布阻抗介电模型有效。     

基于非线性电导材料和COMSOL-MATLAB联合仿真的电缆接头场强分布优化研究

以110 kV电缆接头为例,提出采用非线性电导绝缘材料替代固定电导材料,实现材料参数关于空间的自匹配,进而实现对电缆接头局部高场强的抑制作用.仿真结果发现,应力锥采用非线性电导材料与采用固定电导时电缆接头场强分布几乎一致,而电缆绝缘采用非线性电导材料情况下对局部场强集中抑制效果较为明显.为获取最佳非线性参数,建立电缆接...     

基于紫外成像技术的极不均匀电场电晕放电

为监测电气设备外绝缘缺陷、灵敏观察和准确定位电晕放电,以紫外光谱特征量为量化电晕放电强度的表征参数,以相同工频电压等级下的放电水平和电晕脉冲电流峰值作为量化比较参数,在基本相同的大气条件下,利用紫外成像技术试验研究了极不均匀电场工频电压下电晕放电。结果表明,电晕放电强度量化表征参数与量化比较参数之间的对应关系很好;表征参数可反映电晕放电的几个阶段;结合紫外成像反映的放电形态,可分辨电晕放电过程的各阶段,且紫外光谱特征量在电晕放电过程各阶段的分布具有一定的统计规律。最后提出选取流注放电阶段的紫外光谱特征量交集作为空气间隙击穿的注意范围判据。     

不均匀电场下CF3SO2F混合气体的工频击穿特性

在球-球和尖-板电极下测量了新型环保绝缘混合气体CF₃SO₂F/N₂和CF₃SO₂F/CO₂的工频击穿电压,分析了气压、电极间距和电场不均匀度等因素对混合气体工频击穿特性的影响,并与SF₆进行了对比。结果表明：稍不均匀电场下CF₃SO₂F混合气体的工频击穿电压与气压为正向线性关系,随间距增长击穿电压出现微弱的饱和趋势。极不均匀电场下CF₃SO₂F混合气体的工频击穿电压随气压变化呈现“上升-下降-上升”的“驼峰”曲线,“驼峰”峰值对应的气压值在0.2～0.35 MPa之间。其中CF₃SO₂F/N₂混合气体的工频击穿电压整体大于CF₃SO₂F/CO₂混合气体。在0.3 MPa及以上,CF₃SO