频变电应力下高频电力变压器绝缘沿面放电形态及发展过程 被引量：23

1

作者 刘涛 韩帅 +2 位作者 李庆民 鲁旭 黄旭炜 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第19期199-207,共9页

沿面放电是导致绝缘失效的主要原因之一。为研究高频电力变压器绝缘在频变电应力下的沿面放电形态及发展过程，搭建了高频沿面放电实验平台。首先在10～40kHz正弦电压下．测试了不同频率下的沿面放电起始、闪络电压及沿面寿命，然后采... 沿面放电是导致绝缘失效的主要原因之一。为研究高频电力变压器绝缘在频变电应力下的沿面放电形态及发展过程，搭建了高频沿面放电实验平台。首先在10～40kHz正弦电压下．测试了不同频率下的沿面放电起始、闪络电压及沿面寿命，然后采用恒压法开展沿面放电实验，记录了放电起始、发展至闪络的整个过程，获得了不同阶段的放电特征参量和放电相位谱图，并结合二次电子发射雪崩模型和陷阱理论，对沿面放电的发展演化过程进行了分析。实验及分析结果表明，电压频率的升高会导致沿面闪络电压的降低和沿面寿命的缩短；高频下聚酰亚胺的沿面放电形态为直线型，在放电的不同阶段，放电幅值、次数、相位谱图及其统计量均呈现出特定的变化规律，可作为沿面放电发展程度的评估指标；绝缘表面电荷分布和陷阱参数对沿面放电特性有重要影响，是进一步揭示沿面闪络机理的关键。 展开更多

关键词 高频电力变压器 高频正弦电压 频变电应力 沿面放电 放电形态

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分子模拟技术在高电压绝缘领域的应用进展 被引量：39

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作者 李庆民 黄旭炜 +4 位作者 刘涛 闫江燕 王兆东 张颖 鲁旭 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第12期1-13,共13页

对用于分子模拟计算的三种主要方法:量子化学方法、分子动力学方法以及反应分子动力学方法进行了综述,对比分析几种分子模拟方法的数学原理、发展历程和适用范围。在此基础上,从高压输变电装备固/液体绝缘特性以及新材料研发等视角论述... 对用于分子模拟计算的三种主要方法:量子化学方法、分子动力学方法以及反应分子动力学方法进行了综述,对比分析几种分子模拟方法的数学原理、发展历程和适用范围。在此基础上,从高压输变电装备固/液体绝缘特性以及新材料研发等视角论述了分子模拟的科学价值,特别是反应分子动力学在高电压工程学中的应用潜力,指出借助分子模拟方法可深化研究电介质绝缘在电、磁、机、热复合应力作用下的老/劣化过程,预测绝缘材料极化、介质损耗等性能,并有效指导新型绝缘材料的研发过程。综合分析现有研究进展后指出,分子模拟技术可为揭示电绝缘微观物理与化学特性、解决电力装备绝缘劣化与破坏机制提供基础方法论和定量解析手段,但根据高电压与绝缘技术学科的发展现状,还应结合多物理场数值仿真、电磁暂态分析等计算机模拟方法,构建日趋完善的"计算高电压工程学"学科体系,实现对高电压工程实践的有效理论支撑。 展开更多

关键词 分子模拟 绝缘材料 微观机理 高分子材料 化学改性

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基于热解动力学的有机硅凝胶封装绝缘剩余寿命评估方法

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作者 王伟 李贝 +2 位作者 王健 任瀚文 李庆民 《电工技术学报》 北大核心 2025年第7期2295-2305,共11页

随着电能变换装备大量投入智能电网与新能源发电领域,功率器件封装绝缘的劣化状态与寿命评估逐渐成为研究热点,采用热分析动力学方法可为封装绝缘剩余寿命评估提供新的解决途径。该文首先推导出有机硅凝胶的微观热解动力学表征模型,建... 随着电能变换装备大量投入智能电网与新能源发电领域,功率器件封装绝缘的劣化状态与寿命评估逐渐成为研究热点,采用热分析动力学方法可为封装绝缘剩余寿命评估提供新的解决途径。该文首先推导出有机硅凝胶的微观热解动力学表征模型,建立了剩余寿命与温度积分P(u)、热解活化能E及绝缘失效温度T_f三个状态参量的关联关系,进而给出了高效求解模型状态参量的算法。验证结果表明,该文提出的温度积分算法在整个积分区间内的精度都优于现有温度积分结果,改进Flynn-Wall-Ozawa法可使活化能的计算精度提升2%。同时,由微观判定法得出有机硅凝胶样品的绝缘失效温度为453℃,此时失重率仅为3.4%,明显低于国标推荐的5%失重率,有助于建立更为合理的寿命失效判据。评估结果指出,温度对封装绝缘的影响较为显著,运行温度每升高10℃,绝缘寿命减少约60%。最后,通过有机硅凝胶加速热老化实验证明了使用该文所提模型进行寿命预测的准确性。上述研究结果可为封装绝缘的剩余寿命预测提供理论与方法基础。 展开更多

关键词 封装绝缘 热失重分析 活化能 寿命预测

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电热协同老化应力下环氧树脂复合材料沿面闪络特性与数值模拟

4

作者 李思庚 李庆民 +2 位作者 王伟 金虎 李锐海 《电工技术学报》 北大核心 2025年第13期4045-4057,共13页

干式变压器正在向高电压等级、高功率密度方向发展,长期运行于电热协同等多应力复杂工况下的环氧树脂浇注绝缘更易诱发沿面闪络故障。为研究电热协同老化应力下环氧树脂的沿面闪络特性,该文搭建了交流沿面闪络实验平台,实验发现当老化... 干式变压器正在向高电压等级、高功率密度方向发展,长期运行于电热协同等多应力复杂工况下的环氧树脂浇注绝缘更易诱发沿面闪络故障。为研究电热协同老化应力下环氧树脂的沿面闪络特性,该文搭建了交流沿面闪络实验平台,实验发现当老化温度为160℃时,老化80天的环氧树脂试样闪络场强为2.11kV/mm,下降了25.7%。进一步地,结合带电粒子连续性方程、平均电子能量方程和界面反应表征式建立了环氧树脂沿面闪络等离子体模型,实现了工频下沿面闪络的动态模拟。根据老化实验结果引入随机函数改变介质表面粗糙度,并结合老化后的介电常数模拟环氧树脂准确的电热老化行为,得到了老化前后环氧树脂闪络过程中切向电场强度、电子密度和表面电荷密度的时空演化规律。仿真结果表明,老化环氧树脂闪络发展过程中电子密度和表面电荷密度均增大,12ns时流注头部电场强度达到1.183kV/mm,增加近10.87%,且老化会引起闪络演化速度更快。最后,通过表面电荷消散实验对其进行机理解释,发现老化试样表面电荷消散速率明显减弱,深陷阱能级和密度均增大,分别达到1.06 eV和2.56×10^(16) eV^(-1)·m^(-3),导致材料表面电荷大量积聚,最终造成闪络场强下降。上述研究结果可为干式变压器故障运维及寿命预测提供理论和方法基础。 展开更多

关键词 环氧树脂 电热联合老化 沿面闪络 等离子体 表面陷阱

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GIS内微纳粉尘沿绝缘子界面吸附的时空动力学特性与团聚爆炸现象

5

作者 薛乃凡 李庆民 +3 位作者 王媛 杨睿成 杨宁 张斐琛 《高电压技术》 北大核心 2025年第4期2002-2012,共11页

气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)是构建新能源电力系统不可或缺的物理支撑。近十年超/特高压放电故障统计分析表明,金属微粒与粉尘放电占比超过60%,现有特高频、超声传感等技术手段针对亚毫米及以上大尺寸微粒可以实现... 气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)是构建新能源电力系统不可或缺的物理支撑。近十年超/特高压放电故障统计分析表明,金属微粒与粉尘放电占比超过60%,现有特高频、超声传感等技术手段针对亚毫米及以上大尺寸微粒可以实现较好的在线监测,而随机性高、隐蔽性强且必然存在的微纳粉尘由于无法被现有技术有效表征,极有可能是隐藏在背后的“安全杀手”。为此针对微纳粉尘检测难、机制复杂这一难题,搭建了适于观察且契合GIS运行实际的微纳粉尘吸附实验平台,发现微纳粉尘在电场中的吸附状态主要包括沿绝缘子界面的团聚式吸附与沿地电极方向的扩散式吸附,影响运动行为的关键因素包括微纳粉尘的初始位置、质量、材质以及外施电压;进一步厘清了吸附过程中的特殊物理现象,团聚式吸附会在环氧树脂绝缘子表面吸附形成微纳粉尘斑随着电压升高,微纳粉尘斑会“爆炸”形成环状粉尘晕、粉尘晕轮廓加深等不同于起举吸附的特殊物理现象,这类特殊物理现象被认为是诱导沿面闪络的必要条件。粉尘斑构成的局部短路区域与剧烈电场畸变被认为是微纳粉尘诱导沿面闪络的重要先导因素,最多可降低实验系统击穿电压达71%。该研究针对微纳粉尘吸附动力学特性的研究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。 展开更多

关键词 气体绝缘开关设备 微纳粉尘 吸附动力学行为 沿面闪络 团聚爆炸

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直流GIS/GIL绝缘子沿面绝缘性能提升方法研究进展

6

作者 李庆民 王昌柱 +3 位作者 武文琪 边亚琳 任瀚文 王健 《高电压技术》 北大核心 2025年第3期987-1009,共23页

直流气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear, GIS)和气体绝缘输电线路(gas insulated transmission line,GIL)具有体积小、通流容量高、适用范围广等优点,是构建新型电力系统、实现双碳目标的重要支撑。尽管GIS/GIL等气体绝缘装备... 直流气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear, GIS)和气体绝缘输电线路(gas insulated transmission line,GIL)具有体积小、通流容量高、适用范围广等优点,是构建新型电力系统、实现双碳目标的重要支撑。尽管GIS/GIL等气体绝缘装备获得了广泛应用,绝缘子沿面绝缘故障仍然是造成设备失效的重要原因,故障两大重要来源是绝缘子表面电荷积聚和金属微粒或粉尘吸附。为此着眼于气-固界面电荷输运关系,修正了绝缘气体离子密度连续性方程并分析了电场调控的重要性,梳理了国内外学者通过绝缘子结构优化、本体材料改性和表面材料改性的技术手段,总结了调控界面电荷、优化沿面电场和抑制粉尘吸附方面的研究成果,并进一步提出亟待解决的关键问题和重要技术瓶颈。针对绝缘子结构优化研究,在电场仿真准确及优化算法先进的基础上,还须发掘闪络电压与沿面电场矢量及放电路径的泛函表征关系,以确定合适的最优化目标函数;针对绝缘子本体及表面材料改性,须开发新型改性材料的规模化制备工艺及精确掺杂与稳定涂覆技术,关注改性材料长时服役稳定运行下的耐热性能与绝缘性能,并提出长时可靠粘附而又抑制粉尘附着的高粘度、低表面能涂层的设计方法。上述问题的有效解决,可为处理直流GIS/GIL的沿面绝缘问题提供有效支撑。 展开更多

关键词 直流GIS/GIL 电荷积聚 粉尘吸附 几何结构优化 材料改性

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激励侧参数对激光诱导压力波特性的影响与空间电荷测量精度提升方法

7

作者 马一丹 綦天润 +2 位作者 任瀚文 高浩予 李庆民 《电工技术学报》 北大核心 2025年第15期4999-5010,共12页

采用激光诱导压力波(LIPP)法测量空间电荷时,激励侧产生的压力波会直接影响测量电荷结果,但目前鲜有研究讨论不同激励方案对其特性及电荷测量精度的影响。为此,该文搭建了压力波压电传感测量装置,研究不同靶电极材料、激光脉冲能量和光... 采用激光诱导压力波(LIPP)法测量空间电荷时,激励侧产生的压力波会直接影响测量电荷结果,但目前鲜有研究讨论不同激励方案对其特性及电荷测量精度的影响。为此,该文搭建了压力波压电传感测量装置,研究不同靶电极材料、激光脉冲能量和光斑直径下的压力波脉冲特性与LIPP空间电荷测量结果,进一步结合构建的激光诱导弹性波传播仿真模型,分析基于激光烧蚀效应的弹性波产生过程,阐释不同激励参数对压力波特性的影响机制,最终确定LIPP测量装置的最优激励方案,即采用μm级雾化石墨喷剂配合金属铝作为靶电极,并且利用单脉冲能量为340 mJ和光斑直径为10 mm的激光能显著提高LIPP系统的空间分辨率及信噪比,空间分辨率达到14μm,同时强电场极化下的聚酰亚胺空间电荷测量结果也验证了激励优化方案的有效性。该文研究结果可为LIPP空间电荷测量系统的激励方案设计与压力波传播机制研究等提供一定的参考。 展开更多

关键词 空间电荷 激光诱导压力波法 激励特性 信噪比

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多巴胺接枝的纳米氮化硼改性环氧树脂绝缘表面电荷高频消散特性 被引量：14

8

作者 李志辉 解曾祺 +2 位作者 李庆民 董紫薇 王忠东 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期1116-1128,共13页

环氧树脂(EP)常用作高频变压器的主绝缘材料,因长期受高频重复电应力作用,导致表面积累的电荷密度增加,容易诱发绝缘失效。纳米改性是提升复合绝缘界面电荷消散特性的重要手段。该文采用多巴胺接枝的纳米氮化硼(h-BN)改性制备了环氧树... 环氧树脂(EP)常用作高频变压器的主绝缘材料,因长期受高频重复电应力作用,导致表面积累的电荷密度增加,容易诱发绝缘失效。纳米改性是提升复合绝缘界面电荷消散特性的重要手段。该文采用多巴胺接枝的纳米氮化硼(h-BN)改性制备了环氧树脂复合材料,重点考察绝缘表面电荷的高频消散特性。受耗散时间、高频致热效应及深陷阱能级的影响,高频下的绝缘表面电荷不易消散,而引入多巴胺接枝的BN可有效提升环氧树脂复合绝缘的电荷消散速率。具体结果表明,掺杂质量分数为10%时,电荷消散速率达到最大值62.15%,相较于纯EP提高了19.41%,与此同时高频沿面闪络电压比纯EP提高了14.73%。其提升机理主要缘于两个方面:一是BN表面接枝的氨基增强了填料与基体的相容性,形成的三维交联网络拓宽了电荷消散路径;二是材料表层浅陷阱密度的提高,使得载流子易通过隧穿效应参与到电导过程,提高了载流子迁移率;此二者协同作用有效提高了表面电荷的高频消散速率。上述研究结果为高频变压器主绝缘系统优化设计提供了基础依据。 展开更多

关键词 高频变压器 纳米氮化硼 环氧树脂 表面电荷 浅陷阱

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直流GIS/GIL中线形金属微粒群飞萤运动现象与危险程度评估 被引量：7

9

作者 胡智莹 魏来 +3 位作者 耿秋钰 王健 李庆民 常亚楠 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第15期6219-6228,I0032,共11页

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... 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。 展开更多

关键词 GIS/GIL 线形微粒群 运动特性 飞萤机制 危险程度评估

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交直流输电管道绝缘运行安全关键技术 被引量：5

10

作者 李庆民 薛乃凡 +6 位作者 王媛 魏来 杨睿成 王健 李玄 王昌柱 耿秋钰 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期1629-1648,I0032,共21页

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... 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。 展开更多

关键词 输电管道 金属/非金属微粒 电荷积聚 界面绝缘增强设计 微粒协同抑制

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平板电极下微米级粉尘弥散浓度探测方法与时空演化特性分析 被引量：4

11

作者 薛乃凡 魏来 +2 位作者 李庆民 王媛 杨睿成 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期2132-2142,共11页

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、200... 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。 展开更多

关键词 微米级粉尘 光散射法 浓度检测 弥散特性 时空演化

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基于TSC测试的硅橡胶复合绝缘子伞裙材料老化特性研究 被引量：45

12

作者 张辉 屠幼萍 +2 位作者 佟宇梁 李庆峰 邓桃 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第19期169-174,201,共6页

为利用热刺激电流(thermally stimulated current,TSC)测试手段对复合绝缘子老化特性进行评估,以现场运行复合绝缘子为研究对象,进行了TSC测试及憎水性等级喷水分级测试。初步探寻了伞裙位置、运行年限及环境污秽等级等因素对现场运行... 为利用热刺激电流(thermally stimulated current,TSC)测试手段对复合绝缘子老化特性进行评估,以现场运行复合绝缘子为研究对象,进行了TSC测试及憎水性等级喷水分级测试。初步探寻了伞裙位置、运行年限及环境污秽等级等因素对现场运行复合绝缘子伞裙材料TSC特性的影响规律。结果表明,绝缘子串上场强分布较高的位置、有较长运行年限及重污区的绝缘子,其伞裙材料的TSC曲线峰值较大,相应的陷阱电荷量也较大。对2种评估复合绝缘子伞裙材料老化的测试手段进行了对比分析,可知TSC测试结果能更加明显地区分复合绝缘子伞裙材料老化程度的不同,对于老化性能的评估更具优越性。 展开更多

关键词 复合绝缘子 老化 憎水性 热刺激电流

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升温过程中水在矿物油和纤维素界面扩散和聚集行为的分子模拟 被引量：15

13

作者 王伟 董文妍 +2 位作者 李芳义 蒋达 宁中正 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第17期3696-3704,共9页

受取样及测量等技术手段的限制,水分在油纸界面的迁移和聚集行为缺乏深入的研究。本文从分子层面对升温过程中水在矿物油与纤维素界面的迁移和聚集行为进行研究。建立了105原子量级的矿物油与纤维素复合介质模型,对其从293 K升温到353 ... 受取样及测量等技术手段的限制,水分在油纸界面的迁移和聚集行为缺乏深入的研究。本文从分子层面对升温过程中水在矿物油与纤维素界面的迁移和聚集行为进行研究。建立了105原子量级的矿物油与纤维素复合介质模型,对其从293 K升温到353 K的过程进行了模拟,计算分析了水分子的聚集状态、扩散系数、自由体积和径向分布函数,并比较了电场和温度场在此过程中的作用。研究结果表明,当纤维素中水分含量超过4%时,快速升温会导致水分子在油纸界面通过分子间氢键作用聚集成水分子簇,形成局部液态水;当水分含量超过5%时,则会形成较大的液态水分区。电场的极化作用加强了水分子间的氢键作用力,增加了高水分区出现的概率,减少了水分子的扩散系数和自由体积,并使其扩散系数呈现各向异性。 展开更多

关键词 油纸界面 分子模拟 电场 温度场 水分子

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GIS/GIL内微米级金属粉尘动力学行为与诱发放电特性研究进展 被引量：25

14

作者 梁瑞雪 刘衡 +2 位作者 胡琦 王健 李庆民 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第22期7153-7165,共13页

GIS/GIL在生产与运行过程中不可避免地会产生微米级的金属粉尘,被认为是造成绝缘子沿面闪络等严重故障的主要原因,但目前相关的研究成果较少。对国内外的相关研究进展进行梳理,总结金属粉尘的动力学行为特征以及诱发放电的现象。首先,... GIS/GIL在生产与运行过程中不可避免地会产生微米级的金属粉尘,被认为是造成绝缘子沿面闪络等严重故障的主要原因,但目前相关的研究成果较少。对国内外的相关研究进展进行梳理,总结金属粉尘的动力学行为特征以及诱发放电的现象。首先,粉尘在腔体内的运动模式主要包括积聚式吸附和扩散式吸附,其中电场畸变力是引发粉尘吸附的驱动因素,而绝缘子表面电荷和粉尘粒子之间的斥力将分别进一步影响粉尘的积聚和扩散行为。由于粉尘尺寸微小,其所受微观作用如范德华力等更为突出,多物理场中的粉尘受力模型仍是亟待解决的关键问题之一。其次,粉尘在电场中会引发3类放电行为,即沿面闪络、气隙击穿以及扩散式爆炸,但目前对于粉尘诱发放电的条件以及放电发展过程的认识尚不清晰,也缺乏有效的观测手段和表征方法。值得注意的是,粉尘和绝缘纤维在电场中会发生交互吸附,使气隙击穿强度下降20%~40%。受限于粉尘体积小、放电微弱等因素,针对粉尘介观尺度效应的探测方法和检测技术仍是一大难题。最后,总结当前抑制金属粉尘的相关实验措施,其中纳米涂覆在抑制粉尘积聚式吸附方面具有较好的效果,若要同时抑制粉尘的积聚和扩散作用,还须发展新型粉尘诱导捕获技术。 展开更多

关键词 金属粉尘 动力学特性 闪络 爆炸 粉尘抑制

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直流GIL盆式绝缘子附近微米级金属粉尘的动力学行为与吸附机制研究 被引量：23

15

作者 梁瑞雪 王健 +3 位作者 胡琦 李庆民 肖风良 黄家旗 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期1387-1396,1429,共11页

直流GIS/GIL在生产、运行过程中往往会产生微米级的金属粉尘,可能导致绝缘子沿面闪络等严重故障。通过搭建半封闭式同轴圆柱电极实验平台,研究盆式绝缘子附近金属粉尘的运动行为与吸附机制。研究结果表明,金属粉尘主要表现为向绝缘子表... 直流GIS/GIL在生产、运行过程中往往会产生微米级的金属粉尘,可能导致绝缘子沿面闪络等严重故障。通过搭建半封闭式同轴圆柱电极实验平台,研究盆式绝缘子附近金属粉尘的运动行为与吸附机制。研究结果表明,金属粉尘主要表现为向绝缘子表面运动的"积聚式吸附"和向电极运动的"扩散式吸附"行为,且粉尘的积聚吸附量随施加电压增大会出现"极值"现象;微米级粉尘的积聚吸附呈明显的极性效应,负极性电压下的分布范围更广、吸附量更大且吸附过程更短;粉尘粒径越小,其吸附启举电压越高,越容易发生闪络,且随着粉尘量增多以及不断升压,还会导致粉尘的"爆炸"式行为。为揭示上述现象的发生机制,进一步建立金属粉尘的多物理场受力分析模型。在绝缘子表面和金属粉尘堆形成的"V形"区域内,左右两侧相反的畸变电场对金属粉尘的作用几近抵消,绝缘子表面电荷对带电金属粉尘的库仑力作用成为引发积聚吸附的关键因素,表面电荷极性则是极性效应的直接原因。粉尘堆远离绝缘子侧的畸变电场作用,是造成带电金属粉尘扩散吸附的影响因素。库仑引力和畸变电场力的交互作用,造成积聚吸附量的"极值"现象。微米级金属粉尘粒子间的范德华力作用,则是导致粉尘粒径越小而吸附启举电压越高的主要原因。 展开更多

关键词 微米级金属粉尘 积聚式吸附 扩散式吸附 极值现象 极性效应

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硅橡胶电晕老化热刺激电流特性的正交试验研究 被引量：20

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作者 屠幼萍 罗梅馨 +1 位作者 应高峰 丁立健 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第7期139-144,202,共6页

为研究硅橡胶复合绝缘子电晕老化过程中多因素的作用,采用正交试验法开展了电晕电压、老化时间及相对湿度3个因素作用下硅橡胶材料的电晕老化试验,对老化后的试样进行了热刺激电流测试。采用极差分析法对试验数据进行分析,发现电晕电压... 为研究硅橡胶复合绝缘子电晕老化过程中多因素的作用,采用正交试验法开展了电晕电压、老化时间及相对湿度3个因素作用下硅橡胶材料的电晕老化试验,对老化后的试样进行了热刺激电流测试。采用极差分析法对试验数据进行分析,发现电晕电压水平的变动对陷阱电荷量的影响最大,其次是老化时间,相对湿度对老化程度的影响最小;而采用方差分析法可知:电晕电压和老化时间对试验指标具有显著影响,且电晕电压的影响显著性较老化时间大,相对湿度的影响最不显著。 展开更多

关键词 硅橡胶 电晕老化 正交试验法 热刺激电流

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直流GIS/GIL中驱赶电极与微粒陷阱的协同抑制作用及优化设计方法 被引量：18

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作者 胡智莹 耿秋钰 +2 位作者 魏来 常亚楠 李庆民 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期3338-3349,共12页

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... 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。 展开更多

关键词 驱赶电极 微粒陷阱 协同抑制 优化设计方法

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基于表层梯度电导调控的直流三支柱绝缘子界面电场优化方法 被引量：13

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作者 胡琦 李庆民 +2 位作者 刘智鹏 刘衡 AManu Haddad 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期1856-1865,共10页

气-固界面和嵌件-环氧界面的电场强度集中效应被认为是导致直流三支柱绝缘子发生沿面闪络和支腿炸裂的重要原因,传统的结构优化难以同时有效调控两个界面的电场分布,迫切需要更合理的调控手段。通过电-热-流多物理场仿真,研究直流三支... 气-固界面和嵌件-环氧界面的电场强度集中效应被认为是导致直流三支柱绝缘子发生沿面闪络和支腿炸裂的重要原因,传统的结构优化难以同时有效调控两个界面的电场分布,迫切需要更合理的调控手段。通过电-热-流多物理场仿真,研究直流三支柱绝缘子界面电场分布特性,指出电荷积聚是造成界面处场强集中的主要原因。据此提出基于“类U型”梯度电导的绝缘子双界面电场联合调控策略,通过嵌件-环氧界面高电导涂层和气-固界面非线性电导涂层的协同使用,使得三支柱绝缘子体电导和表面电导呈“类U型”梯度分布,可降低绝缘子内部及表面电荷积聚程度,从而优化界面电场分布。进一步研究双界面涂层对直流三支柱绝缘子界面电场的调控作用,并针对电场调节与损耗控制目标,实现对涂层电导参数的优化。研究结果表明:当嵌件-环氧界面涂覆材料电导率不小于10^(-12)S/m、气-固界面非线性电导材料参数处于“临界饱和线”上时,支柱绝缘子嵌件-环氧界面最大电场强度可从4.48kV/mm降至0.04kV/mm,气-固界面最大切向电场强度从2.47kV/mm降至1.73kV/mm。参数优化后的双界面梯度电导涂层,可使界面电场集中效应得到有效抑制,同时将绝缘子最大电场与功率损耗控制在允许范围内,为高压直流三支柱绝缘子的优化设计提供了基础依据。 展开更多

关键词 直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL) 三支柱绝缘子 界面涂层 梯度电导 界面电场优化

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微纳粉尘运动行为与微弱放电探测技术研究进展 被引量：9

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作者 薛乃凡 李庆民 +2 位作者 刘智鹏 常亚楠 梁瑞雪 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第13期3380-3392,共13页

气体绝缘开关/气体绝缘输电线路(GIS/GIL)装备在生产、安装和运行过程中不可避免地会产生微米-纳米尺度的粉尘,这种微尺度粉尘不易被检测到,其荷电运动的物理机制尚不清晰,带来的安全隐患隐蔽性强。该文对国内外相关研究进展进行了梳理... 气体绝缘开关/气体绝缘输电线路(GIS/GIL)装备在生产、安装和运行过程中不可避免地会产生微米-纳米尺度的粉尘,这种微尺度粉尘不易被检测到,其荷电运动的物理机制尚不清晰,带来的安全隐患隐蔽性强。该文对国内外相关研究进展进行了梳理,主要包括粉尘的荷电运动行为与表征、粉尘浓度检测、粉尘可视化探测技术、粉尘诱发微弱放电机制等。在此基础上,进一步梳理微纳粉尘研究有待解决的两个关键问题以及需要突破的技术难点。针对微纳粉尘的随机荷电机制与时空动力学行为特性研究,在测量基础上须突破微纳粉尘的快速识别方法和空间浓度的有效检测技术,其中,微纳粉尘运动行为的可视化探测技术是发展方向。针对荷电微纳粉尘诱导微弱放电的物理机制,需利用放电光谱学特征,发展基于飞秒激光和太赫兹波技术的高灵敏度检测方法。上述问题的有效解决,可为处理GIS/GIL内微纳粉尘引发的绝缘缺陷与放电现象提供基础支撑。 展开更多

关键词 微米-纳米粉尘 随机荷电机制 时空动力学行为 可视化探测 微弱放电

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温度梯度下直流GIL三支柱绝缘子电荷积聚对电场分布的影响分析 被引量：9

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作者 胡琦 李庆民 +1 位作者 刘智鹏 刘衡 《电工电能新技术》 CSCD 北大核心 2021年第7期20-27,共8页

在直流电压和温度梯度作用下,气体绝缘输电管道的三支柱绝缘子表面及内部容易积聚电荷,引起局部电场畸变,易诱发三支柱绝缘子沿面闪络和支腿炸裂。通过建立直流三支柱绝缘子电-热-流多物理场的电荷积聚模型,研究了不同运行电流下直流三... 在直流电压和温度梯度作用下,气体绝缘输电管道的三支柱绝缘子表面及内部容易积聚电荷,引起局部电场畸变,易诱发三支柱绝缘子沿面闪络和支腿炸裂。通过建立直流三支柱绝缘子电-热-流多物理场的电荷积聚模型,研究了不同运行电流下直流三支柱绝缘子的电场畸变特征。在最大允许电流下,三支柱绝缘子的表面切向电场强度主要集中在支腿底部,最大切向电场强度可达2.87 kV/mm,而三支柱绝缘子金属嵌件-环氧界面的电场强度可达5.96 kV/mm。直流三支柱绝缘子支腿底部特别是与金属嵌件的交界面,是电场畸变的薄弱环节,在优化设计时需重点考虑温度梯度下支腿底部和金属嵌件的表面电场均匀分布。该研究结果可为高压直流气体绝缘输电管道三支柱绝缘子研发提供参考。 展开更多

关键词 直流GIL 三支柱绝缘子 电荷积聚 温度梯度 电场强度

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