摘要：气体绝缘全封闭组合电器/气体绝缘金属封闭输电线路(GIS/GIL)在生产、运行和维护过程中会不可避免地产生微米级粉尘,可能是诱发工程现场不明放电的根本原因。为检测微米级粉尘弥散浓度并研究浓度的时空演化特性,该文分析了10000目、2000目和1000目粉尘的光散射特性,在此基础上设计并搭建了基于平板电极的粉尘浓度探测平台,实现了粉尘弥散浓度的定量探测。通过实验研究,获得了在升压过程和持续加压下,不同粒径、不同初始质量微米级粉尘的弥散浓度演化规律。研究表明,随着电压作用时间的增加,粉尘浓度快速出现最大值,然后逐渐下降。微米级粉尘弥散浓度在升压过程中会出现峰值现象,当粉尘粒径减小或初始质量增大时,均出现更大的浓度峰值。在粉尘运动过程中,存在团聚启举的特殊现象,造成严重的电场畸变,威胁气隙绝缘安全。该文结果阐释了微米级金属粉尘弥散浓度的时空演化规律,可为GIS/GIL等电气设备中微米级金属污染物的监测和危险程度评估提供支撑。

摘要：直流GIS/GIL中金属微粒群的存在严重威胁设备的绝缘性能,其中线形微粒会发生“飞萤运动”。为厘清线形微粒群飞萤运动机制,该文搭建飞萤运动观测平台,获得线形微粒群的运动特性。进一步,建立微粒群荷电运动模型,实现线形微粒群飞萤运动的动态模拟。研究表明,微粒群飞萤起始电压与微粒数量呈负相关,且随微粒直径的增加而增大,随微粒长度的增大而减小,叠放状态下微粒群的启举电压减小,但飞萤起始电压不受微粒初始状态的影响;相较于单微粒,微粒间库仑力、空间电荷与场强的变化使得线形微粒群存在一系列不规则悬浮与随机跨越运动。微粒群飞萤显著降低了设备耐电强度,基于微粒的气隙击穿效应对线形微粒群运动行为进行危险程度评估。具体结果表明,对于飞萤的线形微粒群,地电极单微粒飞萤的危险程度最低,高压电极单微粒飞萤与静止微粒飞萤时危险程度较高,微粒绕飞时危险程度最高。该研究在抑制微粒群飞萤运动方面为设备的主绝缘设计提供一定参考依据。

摘要：为了研究GIS绝缘子沿面放电发展过程,文中设计了小型放电罐体模型,搭建了一套GIS沿面缺陷放电长期测试平台。在施加交流恒定电压作用下使用UHF检测系统采集放电数据直至试品击穿,分析了放电次数、放电幅值、放电时间间隔3种统计时序参量变化趋势规律,发现放电过程存在两个阶段,前期放电幅值低,放电密集,发展趋势平稳,为平稳发展阶段;后期放电幅值较高,放电稀疏,发展趋势振荡,为高击穿风险阶段。基于统计时序参量变化趋势,构造了10个表征放电阶段的特征参量,依据Fisher得分对特征参量进行优选,选取了4个特征参量用于放电阶段诊断。采用模糊C均值聚类对优选后的特征参量进行分析表明了阶段划分的准确性,将其用于BP神经网络进行放电阶段识别,准确率达85.62%,相比未被优选的特征量和全部特征量识别准确率高11.7%和5.1%。

摘要：为了研究GIS绝缘子界面气隙缺陷的放电发展过程,文中设计了空洞气隙缺陷模型,搭建了一套GIS气隙缺陷放电长期测试平台。基于缺陷模型的击穿电压对带有缺陷的试品施加90%Ub、60%Ub、30%Ub的交流恒压,使用UHF检测系统采集放电数据直至试品击穿。提取放电次数、放电幅值、放电时间间隔分析放电状态特征,发现GIS气隙缺陷放电发展过程存在两个阶段,前期放电幅值缓慢增大,放电脉冲逐渐稀疏,放电发展较为平稳;后期放电幅值急剧减小,放电脉冲密集,放电发展剧烈,采用k⁃means聚类算法及BP神经网络建立了气隙缺陷局放发展阶段的划分规则。研究表明,放电次数、放电幅值、放电时间间隔3种统计参量呈现阶段式单调性的趋势,可以用3种统计参量前向差分绝对值作为特征参量来评估GIS气隙放电严重程度;对GIS恒压试验进行聚类分析将放电过程划分为平稳劣化阶段和加速劣化阶段,随着外施电压水平的降低,平稳劣化阶段被压缩,加速劣化阶段占比升高。

摘要：交直流输电管道具有电压等级高、电磁辐射小、敷设灵活性强等优势,在超特高压输电领域弥补了架空线路和电缆铺设的局限性,具有广泛应用前景。影响输电管道运行安全的首要因素是绝缘故障,而其中两大重要诱因是内部微粒的荷电运动和气固界面的电荷积聚。该文系统化梳理国内外相关研究,包括微粒运动与电荷积聚的时空交互、微粒与电荷积聚耦合下的放电物理机制、绝缘子性能增强设计方法、微粒抑制技术等。在此基础上总结出亟待解决的两个关键难题以及需要攻克的技术瓶颈。针对荷电微纳粉尘随机动力学特性与其诱发微弱放电的物理机制,在测量基础上须突破粉尘可视化探测瓶颈,并发展粉尘动力学行为仿真方法,以及基于飞秒瞬态光谱特征的放电检测技术。针对基于电荷调控机制的主动式微粒活性抑制理论,须开发新型涂层材料的精准制备与稳定涂覆工艺,提出主动式微粒协同抑制方法,探索智能输电管道全生命周期数字孪生技术。上述问题的有效解决,可为提升交直流输电管道绝缘安全运行水平提供理论基础和技术支撑。

摘要：研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)环保绝缘气体的局部放电特性,可为环保型气体绝缘电气设备的设计制造及运维提供技术支撑。为此,利用针–板电极研究了极不均匀电场中C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体的交流局部放电起始电压(partial discharge initial voltage,PDIV),并分析了O_(2)的体积分数、气压以及电场不均匀系数对其PDIV的影响。试验结果表明:在0.15~0.25 MPa气压范围内,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中加入O_(2)体积分数不宜超过4%;而在0.35~0.65 MPa气压范围内,3种O_(2)占比中,在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体加入体积分数为4%的O_(2)的方案相对最优。混合气体的PDIV随气压的变化会出现“驼峰效应”;O_(2)体积分数小于8%时,不均匀系数的增加能够有效减少C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)和C_(4)F_(7)N/CO_(2)这2种混合气体PDIV幅值的差别;而O_(2)体积分数高于8%时,不均匀系数的变化对2种混合气体幅值差别的改变影响很小。因此,从混合气体交流局部放电起始电压角度考虑,C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体具备应用于气体绝缘交流设备的可行性。

摘要：直流气体绝缘组合电器和封闭输电线路中的运动金属微粒是造成绝缘故障的重要原因,采用驱赶电极可使微粒朝远离绝缘子的方向运动,与微粒陷阱配合使用可显著提高微粒的捕获概率。该文首先建立微粒与驱赶电极的碰撞动力学模型,发现受驱赶电极作用的微粒落点具有强集中性,进而考虑电场畸变特性与微粒落点分布对驱赶电极的结构参数进行了优化设计。进一步以微粒陷阱的捕获概率优化为目标,提出驱赶电极与微粒陷阱的协同布置策略,相较于无驱赶电极时,陷阱布置在驱赶电极下微粒集中落点位置时的捕获概率提升了20%。同时,考虑驱赶电极对陷阱中微粒入射角的影响,提出驱赶电极与微粒陷阱结构参数的协同优化方法,增加了微粒在陷阱内碰撞次数,提高了微粒陷阱的捕获概率。具体结果表明,当驱赶电极倾角为8°、陷阱倾角为50°时,微粒陷阱的捕获概率最高,可达69.8%。通过搭建包含驱赶电极与微粒陷阱的实验平台,验证了协同布置策略与参数优化方法的有效性。所提出的驱赶电极与微粒陷阱的协同设计方法适用于不同尺寸的直流气体绝缘装备,可为实际工程的微粒有效抑制提供指导。

摘要：直流气体绝缘输电线路(GIL)中自由金属微粒的活性较之交流GIL中更为活跃,对直流GIL的技术发展以及应用带来了严峻的挑战。目前,将各种抑制微粒手段进行主动式动态配合设计是未来发展的趋势。该文搭建直流GIL金属微粒主动式抑制的动态配合实验平台,并结合有限元仿真,从陷阱捕获率的角度优化了驱赶电极与陷阱间的位置配合;同时提出直流老练优化程序,最终获得主动式微粒抑制的动态配合有效方案。研究结果表明,当驱赶电极与陷阱间的距离为18 mm时,陷阱捕获率可高达70%;该文优化后的直流老练程序较传统程序可使陷阱捕获性能提升50%以上;最后通过实验验证了驱赶电极的有效性,且通过大量实验发现,高压电极布置驱赶电极后,陷阱捕获率可提高50%以上。因此,该文结果对提升直流GIL抑制金属微粒的能力具有一定的参考价值。

摘要：直流气体绝缘开关与输电管道(GIS/GIL)中线形微粒存在特殊的飞萤运动行为,即未碰撞地电极而反向运动或在高压电极表面悬浮运动,是影响直流GIS/GIL绝缘性能的关键因素之一。为厘清微粒飞萤运动物理机制,搭建了微粒飞萤运动观测与荷电量测试平台,获得了不同电压下线形微粒的运动与荷电特性。研究表明,线形微粒附近空间电荷导致微粒荷电量的极性变化,是产生飞萤运动的关键诱因,电极表面线形微粒的电晕起始电压是导致微粒荷电量极性改变的临界电压。进一步,基于直流棒板间隙的光电离模型计算了电极表面线形微粒的起晕电压,由测量结果拟合得到纳入起晕电压影响的微粒荷电量表达式,并结合电荷端部集中特性建立了线形微粒的荷电运动模型,由此提出飞萤运动的临界起始判据,实现了线形微粒飞萤运动的动态模拟。计算获得100kV直流GIL样机中不同尺寸微粒的飞萤起始电场强度,对于0.5MPa的SF6气体环境,直径0.2mm、长度5mm线形微粒的负极性飞萤起始电场强度为2.78MV/m,正极性飞萤起始电场强度为4.93MV/m。该研究在抑制微粒飞萤运动方面为直流GIL的主绝缘设计提供了参考依据。

摘要：特高压变压器直流偏磁计算存在收敛性差、收敛速度慢的问题,该文通过研究每个计算周期电流直流分量与周期初值之间的关系,提出了变压器直流偏磁指数收敛型算法。在计算步长或串联电阻不同时,与常规场路耦合法进行仿真对比,验证了指数算法在较大时间常数的计算中具有明显的速度和精度优势;研究了周期初值曲线及其存在的多零点现象;与电压补偿法进行仿真对比,并设计了指数收敛型并行计算,进一步将直流偏磁计算的收敛时间减少至2个周期;搭建了变压器直流偏磁实验平台,进行了实验验证。结果表明,指数算法具有全局收敛性,兼容并行计算,计算精度高,计算速度快。