摘要：向环氧树脂基体中加入纳米填料是实现其多功能化的常用手段,其中拥有一维纳米结构的氮化硼纳米管(BNNTs),因具有超高导热系数、宽能级带隙、高长径比、高力学强度而备受关注.然而,表面惰性、易团聚、与环氧树脂之间界面作用弱等缺点极大地制约了BNNTs进一步应用.基于此,本文提出采用表面包覆介孔二氧化硅(mSiO_(2)),并接枝硅烷偶联剂功能分子的方法,优化BNNTs表面特性.结果表明,通过表面结构设计及功能化,可显著改善BNNTs的分散特性,提升其与环氧树脂的界面作用.以此所制备的环氧复合电介质可实现力学韧性和导热系数的同步提升,并兼具较低的介电常数与损耗.此外,mSiO_(2)独特的纳米介孔结构赋予复合电介质大量的深陷阱,有效阻碍了电子的迁移,进而提高复合电介质的电气强度.本文为环氧树脂的多功能化提供了新思路,亦对揭示纳米填料表面特性-复合电介质微观结构-宏观性能之间的关联关系提供了一定实验数据支撑.

摘要：直流断路器在研究过程中需要试验测试为设计提供参考,在其制造完成后则需要进行型式试验验证其可靠性。文中以15 kV电压等级的负压耦合型混合式直流断路器为例,对其短路电流开断过程进行仿真并提取了关键点电应力;阐述了两电平电压源合成试验方法,设计了适用于负压耦合型混合式直流断路器的两电平电压源合成试验回路,并优化了参数选取;将两电平回路下开断过程的仿真结果与开断过程所需的电应力进行对比,证明了两电平电压源合成试验方法可以提供开断过程所需的电压与电流应力,验证了两电平合成试验方法的等效性与可行性。文中研究结果可为高压直流断路器的研究、设计及试验提供参考。

摘要：六氟化硫(SF_(6))是一种强温室效应气体,其全球变暖潜能指数(GWP)为二氧化碳的23900倍,且大气寿命为3200 a,被广泛应用于高压开关设备。SF_(6)的大量使用给温室效应问题带来了巨大的潜在威胁,限制其在电力开关设备中的使用是促进绿色电力工业发展的有效途径。近年来,国内外对基于去SF_(6)技术的环保型开关设备开展了大量研究,本文对近年来国内外环保型开关设备的发展现状、趋势、关键技术进行了综述。环保型开关设备开关的发展是基于去SF_(6)技术–环保替代气体绝缘开断和真空开断+环保气体绝缘的发展。总结对比了SF_(6)替代气体C_(4)F_(7)N、C_(5)F_(10)O、全氟化碳类气体(c-C_(4)F_(8)、C_(3)F_(8)、CF_4))、CF_(3)I、HFO类气体的绝缘性能、开断性能及分解特性,介绍了现有环保气体绝缘开关设备产品现状及发展趋势。结果表明:环保气体中CF_(3)I和c-C_(4)F_(8)多次放电后产生固体微粒影响其绝缘性能,全氟化碳类气体的弱介电强度制约了其研究进展;对比分析认为,C_(4)F_(7)N、C_(5)F_(10)O是一种前景广阔的气体替代方案,两者混合气体绝缘和开断性能基本满足设备需求,但其绝缘性能对设备内部电场的均匀程度较敏感,且分解过程不可逆产物复杂。目前,高压气体环保绝缘开关设备已发展至170 kV/50 kA,所用的环保混合气体共3类:C_(5)F_(10)O/O_(2)/CO_(2)、C_(4)F_(7)N/O_(2)/CO_(2)、C_(4)F_(7)N/CO_(2)。对真空开断+洁净空气的关键技术进行了阐述,总结了大电流真空电弧磁场控制技术、真空灭弧室内外绝缘技术、真空断路器X射线泄漏及温升特性研究现状,并在此基础上总结了真空开断型环保电力开关设备现状及其未来发展趋势。结果表明:纵磁控制是一种有效的电弧调控手段,但对纵磁下的真空电弧研究主要集中于小间隙;分析认为纵磁控制将是真空开关向更高电压等级发展的一大难点,通过优化真空断路器的分闸曲线可以有效提高纵磁调控效益;真空开关向更高电压等级发展,真空灭弧室内、外绝缘面临巨大挑战,增大触头间隙和采用多断口是目前提高灭弧室内绝缘能力的主要途径,但存在真空绝缘“饱和”和均压困难的问题,环保气体加压和绝缘涂层能有效提高真空灭弧室外绝缘能力,这对开关设备的气密性、真空波纹管提出更高的要求;真空开关向更高电压等级发展,额定电流提升,对真空灭弧室散热和X射线屏蔽提出更高的要求,以往研究表明马蹄铁型纵磁触头具有较好的热通流能力。商用单断口真空灭弧室已经发展到了145 kV/40 kA,本文在现有产品的基础上总结了真空开断型环保电力开关设备的发展趋势;并基于目前的研究现状,总结了环保型高压电力开关设备向更高电压等级发展的进一步研究重点:不同故障条件下的环保气体分解特性及其分解产物与绝缘灭弧性能的作用关系,大直径、大开距真空电弧的磁控技术,真空开断型环保电力开关设备绝缘配合优化设计,大电流下真空灭弧室温升控制等亟待研究的内容,旨在为未来环保型电力高压开关设备的开发提供参考。

摘要：基于高耦合电抗器的500 kV限流器在限流状态下的阻抗较大,而由于试验室电源电压有限,限流状态下的试验电流远小于额定短路电流,因此500 kV限流器在额定短路工况下的限流特性试验和动稳定性考核试验无法直接进行。针对上述问题,提出了一种间接验证限流器限流特性的等效试验方法。通过设计降低阻抗参数的比例缩小样机,在试验室条件下进行全电流的比例缩小样机间接试验,同时结合试验室内500 kV限流器比例缩小样机的低电压试验和500 kV限流器接入实际系统的高电压人工短路试验,综合验证500 kV限流器的限流能力。研究结果表明,500 kV限流器在额定短路工况下的限流幅度满足设计要求,所设计试验方法具有良好的等价性。

摘要：将开关设备在线状态监测技术与微电子技术相结合,提出了开关设备在线状态监测系统级专用芯片的设计方案。该芯片集采集、计量、通信、调度功能于一体,配以少量外围器件,就可以实时监测开关设备的温度、机械、绝缘等各项状态参数,而且可以与上位机通信。与以往使用单片机进行在线状态监测相比,专用芯片具有可靠性高、通用性强、成本低等优点,代表了在线监测技术未来发展的方向。通过用现场可编程门阵列(FPGA)进行硬件仿真,验证了该设计的正确性。

摘要：利用现场可编程门阵列可靠性高、通用性强、可重构等优点,设计出用于开关设备状态在线监测的专用芯片。该芯片集采集、计量、通讯、报警功能于一体,配以少量的外围器件,便可实时监测开关设备的温度、机械、绝缘等各项状态参数。该芯片具有通用的通讯接口,可以与上位机通讯。与以往使用单片机实现开关设备状态在线监测的设计方案相比,该设计具有可重构、速度快、灵活性高的特点。

摘要：基于多体动力学原理,利用多体系统仿真软件包建立了VS1型高压断路器的机构动力学模型,并通过试验测试了该型号断路器的机械特性,结果表明所建模型的输出特性跟试验结果吻合得很好,证明了模型的正确性.该模型的建立对于研究断路器的瞬态特性具有重要意义,从而为优化设计提供了良好的平台.基于所建立的模型,对断路器中的部分关键部件,如凸轮连杆机构和油缓冲器进行了优化设计.优化结果表明:对于凸轮连杆机构,若滚轮半径为12 5mm,该机构将有较好的动力传递特性;对于油缓冲器,要想得到较好的缓冲特性,阻力系数的合理范围应为0 05～0 5.

摘要：为了辅助高压SF6断路器灭弧室的设计和优化,以拉法尔喷口结构为基础,对3种长度喷口结构下的冷态SF6气流场进行了数值计算和分析.通过对比压力与马赫数的变化特点,研究了上、下游压力以及喷口长短对气流场分布的影响.确定了3种长度喷口对应的临界压力比值,并着重分析了压力比与激波产生和运动之间的关系,讨论了物性参数所引起的计算误差.结果表明:不同长度的喷口结构,临界压力比不同,当上下游压力比低于临界值时,喷口中产生激波,反之则无激波产生;激波的位置随着压力比以及喷口的长度而变化;当喷口下游气体始终处于超音速流动时,出口压力与设定值无关,仅随着入口压力的增加而增大.此外,有效地导入气体属性能够降低数值仿真中的误差,提高仿真结果的精度.

摘要：弧后介质热恢复特性对断路器开断能力有着显著的影响,该文旨在通过实验手段研究不同因素对高压气体断路器弧后电流特性的影响。首先以126 kV SF6断路器为原型设计了实验样机,之后在不同触头分开时电流相位θ(20°、50°、80°),预期短路电流值I(12、18 kA)及腔体充气压力P(0.5、0.6及0.7 MPa)下进行了一系列开断实验,利用高分辨率的零区设备采集零区电弧电流。结果表明:间隙电弧重燃概率随θ增加而增大,当I=18 kA且P=0.5 MPa时,θ为20°时间隙未发生击穿,而θ分别为50°和80°时弧隙击穿且弧后电流的上升速率分别为1.03和2.08 A/μs;弧后电流及其上升速率随I的增大而增加,当θ=80°且P=0.6 MPa,I为12、18 kA时所对应的弧后电流上升速率分别为1和2.05 A/μs;当θ=80°且I=12 kA时,弧后剩余电流随着P的增大趋向于减小。气体的热开断能力与临界弧后电流存在对应关系,一定程度上可以考虑将弧后电流的临界值作为弧后热击穿的判据。

摘要：毛细管放电等离子体发生器是电热化学炮中的关键部件,其工作特性直接影响着等离子体的点火效果。发生器工作的一致性则是实现发生器输出优化的基础,也是实现电热化学炮优势的重要保障。为验证并优化发生器的工作一致性,以放电中的电参数与射流压强作为表征参数,对一种典型的等离子体发生器设计结构开展了相同条件下的重复性实验。结果显示发生器不同次实验的输出特性一致性较差,且实验后的发生器中可见明显的烧蚀痕迹与大量炭黑。实验结果表明发生器内部密封性不足是造成输出不一致性的最主要原因。针对这一问题,设计了一种特殊截面的电极结构以增强发生器的密封性,验证性实验结果显示改进的发生器方案可明显改善发生器的内部密封性与工作一致性。