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交流电场下变压器油中贴壁气泡形变特性

高电压技术 2024年第2期50卷 816-824页

作者：张哲滔张锐郭冲张乔根西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049

气泡是油纸绝缘系统的典型缺陷,会显著地降低变压器油的绝缘性能。为了明晰气泡对油纸绝缘系统的危害,搭建了油中贴壁气泡动力学观测平台,研究吸附于电极表面的气泡在交流电场中的形变特性及影响规律。结果发现:油中贴壁气泡沿电场方向... 详细信息

气泡是油纸绝缘系统的典型缺陷,会显著地降低变压器油的绝缘性能。为了明晰气泡对油纸绝缘系统的危害,搭建了油中贴壁气泡动力学观测平台,研究吸附于电极表面的气泡在交流电场中的形变特性及影响规律。结果发现:油中贴壁气泡沿电场方向拉伸并以100 Hz的频率进行脉动变形;随着电场强度、气泡半径和温度的增大,气泡的变形程度也逐渐增大。基于相场方法搭建了气液两相流仿真模型,仿真与实验结果相互验证,揭示了气泡变形的本质为电场力和表面张力作用的平衡。气泡会影响油隙电场分布,其内部场强随气泡沿电场方向的拉伸而降低。该文研究可为深入评估气泡对液体绝缘的危害和变压器的绝缘设计提供参考。

关键词：变压器油交流电场贴壁气泡形变特性相场方法

特高压混合直流工程快速旁路保护用兆伏级SF_6间隙等离子体喷射触发特性及工程设计

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高电压技术 2024年第6期50卷 2614-2622页

作者：李晓昂邵奕凯李志兵张然蒋攀张乔根西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049 中国电力科学研究院有限公司北京100192

在江苏白鹤滩±800 kV特高压混合直流工程中,受端交流侧三相接地故障穿越失败时,会在±400 kV柔直母线上产生高幅值过电压,严重威胁柔直阀组安全,而基于等离子体喷射的超快速旁路开关1 ms内将柔直母线快速接地保护柔直阀组是一种全新的... 详细信息

在江苏白鹤滩±800 kV特高压混合直流工程中,受端交流侧三相接地故障穿越失败时,会在±400 kV柔直母线上产生高幅值过电压,严重威胁柔直阀组安全,而基于等离子体喷射的超快速旁路开关1 ms内将柔直母线快速接地保护柔直阀组是一种全新的解决方案。DC 400 kV触发间隙需满足高耐压(>1.2 MV)、低工作系数(1250kV,临界可触发电压<50 kV,导通时延<0.5 ms。该研究结果为特高压混合直流输电系统中柔直阀组快速保护用兆伏级SF_6触发间隙工程应用提供了理论支持和工程初步设计方案。

关键词： SF_6触发间隙等离子体喷射快速旁路开关触发工作系数

氩气中铝丝电爆炸空间形态不均匀现象及其抑制方法

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高电压技术 2024年第7期50卷 3221-3234页

作者：刘浩宇郭小凡庞先海赵军平张乔根国网河北省电力有限公司电力科学研究院石家庄050021 西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049

铝丝电爆炸法制备纳米粉体具有低成本、高效率、产物纯度高且粒度分布可控等优势,其扩散阶段空间形态均匀性是影响纳米铝粉品质的关键因素。为此设计并搭建了铝丝电爆炸实验系统,可实现包括激光成像、分幅成像与辐射光谱分析的超快光学... 详细信息

铝丝电爆炸法制备纳米粉体具有低成本、高效率、产物纯度高且粒度分布可控等优势,其扩散阶段空间形态均匀性是影响纳米铝粉品质的关键因素。为此设计并搭建了铝丝电爆炸实验系统,可实现包括激光成像、分幅成像与辐射光谱分析的超快光学诊断。观测到铝丝电爆炸扩散阶段出现的等离子体晕层、“纺锤形”结构、“拉链状”结构、分层结构、局部热点、缺口、残留丝核等空间形态不均匀现象,并揭示了其产生原因包括氛围气体放电、径向非均匀汽化、热力学不稳定性、磁流体力学不稳定性。建立了基于自辐射图像的空间形态均匀性量化表征方法与判别准则。研究获得了气压与电流参数对阻性阶段及沉积能量特性的影响规律,并提出了空间形态不均匀性的抑制方法——增加气压与提高电流上升率,最终确定了可实现均匀电爆炸的参数选取方法。

关键词：铝丝电爆炸空间形态不均匀性沉积能量超快光学诊断不稳定性

基于堆叠滤波结构的高电压比低纹波隔离型DC-DC制氢变换器

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电工技术学报 2024年第18期39卷 5755-5767页

作者：刘海军张理张乔根韩民晓西安交通大学电气工程学院西安710049 先进输电技术全国重点试验室(国网智能电网研究院有限公司) 北京102209 华北电力大学电气与电子工程学院北京102206

氢能是未来新能源电力系统中一种重要的储能方式,DC-DC制氢变换器则是连接新能源系统直流母线和电解槽的关键设备。在制氢这种大电流应用场景中,现有的大电流DC-DC变换器拓扑通常难以兼顾高效率、高电压转换比和低输出电流纹波等指标要... 详细信息

氢能是未来新能源电力系统中一种重要的储能方式,DC-DC制氢变换器则是连接新能源系统直流母线和电解槽的关键设备。在制氢这种大电流应用场景中,现有的大电流DC-DC变换器拓扑通常难以兼顾高效率、高电压转换比和低输出电流纹波等指标要求。为此该文提出一种基于堆叠滤波结构的DC-DC制氢变换器,该堆叠滤波结构是简单的软开关电路,具有低功耗特点,可并联于变换器输出侧有源补偿输出电流纹波,使得纹波消除不再依赖繁重的无源滤波器和高开关频率,从而提升变换器效率。此外,提出一种半波导通控制方式,该控制作用于变压器二次侧的两相交错Buck电路,可有效提高变换器的电压转换比。分别对提出的制氢变换器的拓扑原理、控制方式、参数选取和性能进行了详细的理论分析,最后通过PSIM仿真和240 W/20 A的实验样机对DC-DC制氢变换器进行了验证。

关键词：制氢变换器堆叠滤波结构隔离型DC-DC 低输出电流纹波高电压转换比

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大功率高频变压器绝缘问题研究综述

中国电机工程学报 2024年第8期44卷 3306-3326,I0032页

作者：尚星宇庞磊卜钦浩吴治诚张乔根电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049

高频变压器是电力电子变换系统中负责电气隔离和电压变换的关键器件。大功率高频变压器紧凑化的结构使其复合绝缘或浇注绝缘承受严苛的电、热和机械应力,给绝缘设计带来很大挑战。该文首先回顾了高频变压器的应用背景和结构形式,然后分... 详细信息

高频变压器是电力电子变换系统中负责电气隔离和电压变换的关键器件。大功率高频变压器紧凑化的结构使其复合绝缘或浇注绝缘承受严苛的电、热和机械应力,给绝缘设计带来很大挑战。该文首先回顾了高频变压器的应用背景和结构形式,然后分析了高频变压器主绝缘和纵绝缘承受的电压应力,指出变压器局部介电损耗的问题,从优化设计的角度表明了功率密度与绝缘可靠性之间的矛盾,并阐明了高频变压器绝缘承受机械应力。提取了近年来高频变压器样机的绝缘设计中常用的绝缘材料、绝缘形式、绝缘等级,分析了绝缘设计对变压器体积、电场分布及寄生参数等的影响,提出绝缘设计流程的改进方向。高频电压下聚合物绝缘的介电损耗、局部放电和空间电荷特性是目前相关研究的关注重点,而这些因素之间通常互相耦合。分析归纳了高频方波波形参数和温度等条件对局部放电、绝缘寿命、空间电荷和电树枝发展规律的影响,指出研究领域的空白。最后,对高频变压器应力特点、绝缘设计和绝缘问题研究现状进行了总结。

关键词：高频变压器高频电压多应力电介质绝缘绝缘设计

等离子体喷射触发型SF_(6)和SF_(6)/N_(2)间隙开关的触发性能劣化规律

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电网技术 2024年第7期48卷 3084-3090,I0120-I0121页

作者：李晓昂蒋攀李志兵张然王海晖赵科张乔根电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192 国网江苏省电力公司电力科学研究院江苏省南京市210036

在江苏—白鹤滩±800 kV特高压混合直流输电工程中,采用等离子体喷射触发型气体间隙开关可以对可控避雷器进行旁路控制,具有响应速度快,绝缘恢复能力强,通流容量大等优势,应用前景广泛,但触发间隙气体氛围的优化选择尚有所缺失,间隙触... 详细信息

在江苏—白鹤滩±800 kV特高压混合直流输电工程中,采用等离子体喷射触发型气体间隙开关可以对可控避雷器进行旁路控制,具有响应速度快,绝缘恢复能力强,通流容量大等优势,应用前景广泛,但触发间隙气体氛围的优化选择尚有所缺失,间隙触发特性和寿命的提升仍有待进一步研究。搭建了等离子体喷射触发实验平台,研究了等离子体喷射触发气体间隙的触发性能劣化规律,分别在SF_(6)和SF_(6)/N_(2)混合气体中探究了间隙触发的临界电路参数,在确定的电路参数下进行触发寿命实验同时探究性能劣化规律。结果表明:相同绝缘强度下,当间隙电压为10 kV时,0.2 MPa SF_(6)氛围下间隙最低可触发电压为3.5 k V,而在0.266 MPa SF_(6)/N_(2)氛围下降低为2.6 kV;在最佳触发电路参数条件和相同绝缘强度下,实验初期,SF_(6)中间隙导通时延为~270μs,等离子体最大喷射高度为4.8 cm,最大喷射速度为1296 m/s,而在SF_(6)/N_(2)中间隙导通时延为~100μs,等离子体最大喷射高度为7.2 cm,最大喷射速度为1525 m/s,而随着放电次数的增加,间隙导通时延增加,等离子体最大喷射高度降低,最大喷射速度减小,直到间隙第一次触发失败达到间隙寿命,SF_(6)中间隙的触发寿命仅有695次,而SF_(6)/N_(2)混合气体中间隙的触发寿命达到了1540次。对可控避雷器用气体间隙触发开关的性能和寿命提升提供了理论指导,同时有助于其在工程领域推广应用。

关键词：气体氛围触发特性触发寿命性能劣化 SF_(6)和SF_(6)/N_(2)混合气体

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油纸绝缘层间气泡局部放电演化特性

高电压技术 2024年第5期50卷 2217-2224页

作者：周俊杰吴治诚张乔根张锐倪鹤立贺林西安交通大学电气工程学院西安710049 国网上海市电力公司电力科学研究院上海200437

在变压器内部电、热多重应力作用下,油纸绝缘匝间易产生气泡诱发局部放电,威胁变压器的安全运行。文中采用脉冲电流法研究油纸绝缘层间气泡局部放电的演化特性,掌握局部放电演化与气泡缺陷劣化的关联。结果表明,根据局部放电平均放电量... 详细信息

在变压器内部电、热多重应力作用下,油纸绝缘匝间易产生气泡诱发局部放电,威胁变压器的安全运行。文中采用脉冲电流法研究油纸绝缘层间气泡局部放电的演化特性,掌握局部放电演化与气泡缺陷劣化的关联。结果表明,根据局部放电平均放电量(Q)、放电重复率(N)、局部放电相位谱图(PRPD)随时间的变化规律,气泡局部放电演化可分为起始、过渡和稳定3个阶段。通过改变加压时间和气泡位置,以及分析局部放电持续不同时间后气泡内部气体含量的变化,研究局部放电演化机制,发现起始阶段图谱特征产生的原因为绝缘纸表面电荷的积累,而过渡阶段的演化则源于以氧气为代表的电负性气体在局部放电持续作用下消耗殆尽,使得气泡内的放电模式发生改变。此外,气泡所处层间位置、气泡高度以及面积对放电量和重复率影响显著。定量结果表明:局部放电剧烈程度与气泡缺陷参数正相关,可以通过局部放电评估缺陷的劣化程度。研究揭示了层间气泡局部放电的演化规律及影响因素,能够为变压器油纸绝缘状态评估提供参考。

关键词：油纸绝缘层间气泡局部放电演化特性气泡参数

基于法拉第效应的宽频光学电流传感器研制及其性能研究

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高电压技术 2024年第5期50卷 2198-2206页

作者：朱鸿沙致远李佳讯张乔根文韬合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049

当前智能电网和新型电力系统中存在大量高频暂态电流分量。高频暂态电流是反映电力系统扰动及故障过程的重要信息,对其波形、频率、幅值等信息参数进行实时观测是预防和确保电网安全稳定运行的前提。而传统电流测量方式存在频带窄、易... 详细信息

当前智能电网和新型电力系统中存在大量高频暂态电流分量。高频暂态电流是反映电力系统扰动及故障过程的重要信息,对其波形、频率、幅值等信息参数进行实时观测是预防和确保电网安全稳定运行的前提。而传统电流测量方式存在频带窄、易受电磁干扰、绝缘配合难度大等问题,难以对暂态电流进行有效检测。故提出并设计了一种具有抗干扰能力的螺线管式宽频光学电流传感器,基于传感器性能测试平台,研究了传感器的灵敏度、线性度以及频率特性,结果表明目前传感器的灵敏度为62.57 mV/A且带宽可以达到1 MHz以上;此外搭建了直流电弧实验平台对直流电弧进行了测量。试验结果表明,该传感器可实现对直流至高频电弧分量的有效测量,其测量结果与标准电流探头的线性相关度可达0.9971,多次实验结果表明相关系数的相对变化率小于2%,具有一定工程使用价值。

关键词：高频暂态电流光学电流传感器性能测试频率特性直流电弧

冲击振动激励下GIS内自由金属微粒运动及其诱发间隙击穿特性

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高电压技术 2024年第1期50卷 339-347页

作者：胡新文李晓昂王舒啸李志兵郝越峰张乔根西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 中国电力科学研究院有限公司北京100192 贵州电网有限责任公司贵阳供电局贵阳550001

大量GIS故障案例表明,断路器带电操作后的一段时间内,气室中常突发由金属微粒引起的间隙击穿故障。断路器操作产生的冲击振动可以有效地激励GIS中多个潜伏性微粒的起跳,但多个微粒起跳后在运动过程中诱发间隙击穿的过程尚不明确。针对于... 详细信息

大量GIS故障案例表明,断路器带电操作后的一段时间内,气室中常突发由金属微粒引起的间隙击穿故障。断路器操作产生的冲击振动可以有效地激励GIS中多个潜伏性微粒的起跳,但多个微粒起跳后在运动过程中诱发间隙击穿的过程尚不明确。针对于此,本研究在252kV真型GIS实验平台上进行了多微粒共存时的断路器带电操作实验,以复现GIS运行过程中微粒在冲击振动激励下的运动过程,并探究多微粒被激励起跳后诱发GIS放电故障的机理。研究表明,在带电实验中未操作断路器时,耐压期间自由金属微粒存在较大的概率可运动至气室的末端,并保持静止,形成了多微粒的聚集;在带电操作断路器后,多微粒受到壳体冲击振动的激励而起跳,并在起跳后的运动过程中于气隙间形成了多微粒串联击穿现象,而且断路器带电操作时多微粒引起的击穿电压总是低于耐压期间的击穿电压。基于流注放电理论,研究认为相较于耐压期间分散性的多微粒,带电操作前已形成聚集的多微粒彼此靠近,在操作后的运动过程中对电场的畸变能力更强,因此形成多微粒的串联击穿电压更低。

关键词： GIS 金属微粒断路器操作冲击振动串联击穿