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基于等离子体化学模型的短空气隙电晕放电特性研究

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基于等离子体化学模型的短空气隙电晕放电特性研究

作者：尹凯强山东理工大学

学位级别：硕士

自然雷暴活动在地面附近产生强烈的电磁场变化,会引起高处尖端目标物产生电晕放电现象。尖端目标物表面的电晕放电过程会在其周围产生大量空间电荷,影响尖端目标物上行先导的起始过程。为了研究雷云电场环境下避雷针尖端电晕放电的微观... 详细信息

自然雷暴活动在地面附近产生强烈的电磁场变化,会引起高处尖端目标物产生电晕放电现象。尖端目标物表面的电晕放电过程会在其周围产生大量空间电荷,影响尖端目标物上行先导的起始过程。为了研究雷云电场环境下避雷针尖端电晕放电的微观物理过程以及环境因素对电晕放电的影响,本文分析放电过程输运参数变化规律,搭建空气电晕放电过程的等离子体化学和流体动力学耦合模型,模拟“板-棒”空气间隙中接地电极头部电晕放电过程,分析不同因素对接地棒头部电晕放电过程的影响,并通过“板-双棒”间隙电晕放电试验分析接地电极之间屏蔽效应。本文主要研究工作如下:(1)采用两项近似理论并结合现有电子与大气分子碰撞反应的截面数据得到Boltzmann方程的电子碰撞源项,获得电子能量分布函数并计算电子输运参数,对比相关文献验证了所考虑电子碰撞反应的合理性。并对比分析气压、温度对电子输运参数的影响。气压对约化电离系数和约化吸附系数的影响较大,温度对其影响较小。(2)搭建了“板-棒”间隙电晕放电数值计算模型。分析了电晕放电过程中电场强度、电子浓度、电子温度和重粒子浓度的空间分布,以及气压、温度和电压对电晕放电过程的影响规律。随着放电发展,电子浓度峰值均处于接地电极头部,电场强度、电子温度、N浓度和O浓度峰值逐渐向板电极移动。气压和电压对电晕放电的影响较大,随着气压的降低、电压的增加,放电速度逐渐加快;温度对电晕放电的影响较小。(3)开展了3种“板-棒”和2种“板-双棒”接地电极电晕放电特性试验。利用电-光联合观测试验平台,分析了接地电极头部形状对电晕放电特性的影响以及“板-双棒”间隙中两接地电极之间的屏蔽效应。在“板-棒”间隙中,锥形接地电极流注放电阶段电压差|U-U|明显大于球形(r=0.75cm);对于锥形接地电极的辉光电晕,其电压差|U-U|随间隙距离的增大逐渐减小,而球形(r=0.75cm)接地电极的电压差基本一致,表明流注电晕和辉光电晕阶段易于发生在曲率半径较小的接地电极尖端。在“板-双棒”间隙中,球形(r=0.75cm)接地电极的电晕起始电压相比于“板-棒”间隙大约增加了-30k V,锥形接地电极的电晕起始电压基本不变;锥形接地电极脉冲电流幅值随球形曲率半径的增大而减小;采用图像处理方法得到各接地电极的光子数,起晕后光子数大致呈线性增长,并且接地电极距离越近,屏蔽效应越强。

关键词：电晕放电等离子体雷云电场紫外光子数屏蔽效应

基于紫外成像技术的瓷绝缘子串放电程度量化评估

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高电压技术 2017年第5期43卷 1467-1475页

作者：贾志东王林军尚晓光贾骉石海珍张楠清华大学深圳研究生院深圳518055 清华大学计算机系北京100084 国网新疆电力公司检修公司乌鲁木齐830002

为利用紫外成像技术对绝缘子串的放电程度进行量化评估,首先以稳定放电源和紫外成像仪搭建试验装置,研究了增益、距离、角度和风力4种参数对紫外成像结果的影响。然后利用瓷绝缘子串开展了一系列人工污秽试验,用紫外成像仪记录下绝缘子... 详细信息

为利用紫外成像技术对绝缘子串的放电程度进行量化评估,首先以稳定放电源和紫外成像仪搭建试验装置,研究了增益、距离、角度和风力4种参数对紫外成像结果的影响。然后利用瓷绝缘子串开展了一系列人工污秽试验,用紫外成像仪记录下绝缘子串在电压不断升高过程中的放电现象,从紫外检测视频中提取了光子数、光斑面积和光斑数量等指标,分析了其与绝缘子串放电强度的对应关系。稳定放电源试验发现,仪器增益、距离与紫外检测结果在一定范围内均存在指数关系,角度和风力对放电的影响可忽略不计。污闪试验研究发现,从视频中提取的指标与绝缘子串放电强度存在明显的正相关关系,根据指标数值大小可将放电分为电晕放电、间歇性电弧放电和持续性电弧放电3个等级,实现了利用紫外成像技术对绝缘子串放电强度进行量化评估的目的。研究成果对紫外成像技术的应用以及绝缘子串污闪预警具有重要意义。

关键词：紫外成像仪器增益检测距离紫外光子数光斑面积脉冲放电评估污闪预警

基于紫外成像技术的110kV输电线路复合绝缘子融冰闪络预警方法及判据

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高电压技术 2012年第10期38卷 2589-2595页

作者：文华周文俊唐泽洋喻剑辉张亚魁郭婷云南省电力公司大理供电局大理671000 武汉大学电气工程学院武汉430072

为减少覆冰导致的输电线路绝缘子融冰闪络事故,对110kV输电线路覆冰复合绝缘子进行了融冰闪络试验研究。用紫外(UV)成像仪监测其融冰过程中的放电现象,并与泄漏电流在线监测装置记录的试验过程中的泄漏电流进行对比,发现融冰闪络过程中... 详细信息

为减少覆冰导致的输电线路绝缘子融冰闪络事故,对110kV输电线路覆冰复合绝缘子进行了融冰闪络试验研究。用紫外(UV)成像仪监测其融冰过程中的放电现象,并与泄漏电流在线监测装置记录的试验过程中的泄漏电流进行对比,发现融冰闪络过程中的泄漏电流与紫外图像存在对应关系。用紫外光子数作为检测绝缘子放电的特征量,提出了覆冰绝缘子放电过程紫外预警3区段法,即安全区、预警区及危险区。给出了110kV输电线路复合绝缘子融冰闪络预警方法及判据:当监测距离为6.5m时,若高压端有间歇性光子数突变现象,则视为进入预警区,在不同的增益情况下,根据放电情况判断是否给出预警。

关键词：紫外成像技术覆冰绝缘子融冰闪络紫外光子数泄漏电流闪络预警紫外预警3区段法

交直流复合电压下的稍不均匀场高压电极起晕特性

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高电压技术 2017年第9期43卷 2991-2997页

作者：齐磊张静岚符瑜科徐永生卞星明罗兵华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 国网冀北电力有限公司电力科学研究院北京100045 中国南方电网科学研究院广州510080

为研究复合电压下阀内部屏蔽罩电极的起晕电压特性,搭建了用稍不均匀电场电极缩尺模拟阀用屏蔽罩电极,并搭建了复合电压电极电晕放电平台,基于紫外成像技术研究了稍不均匀场中阀用屏蔽罩电极缩尺模型的紫外光子数特性及起晕电压特性,并... 详细信息

为研究复合电压下阀内部屏蔽罩电极的起晕电压特性,搭建了用稍不均匀电场电极缩尺模拟阀用屏蔽罩电极,并搭建了复合电压电极电晕放电平台,基于紫外成像技术研究了稍不均匀场中阀用屏蔽罩电极缩尺模型的紫外光子数特性及起晕电压特性,并获得了不同电极尺寸下的起晕电压的变化规律。在此基础上,利用有限元方法对不同交直流配比下,电晕起始电场强度分布进行了仿真。通过分析可以得到:气隙间距在0~10 cm范围内,在固定直流改变交流的复合升压方式下,随着正直流分量的增加,电极所加交流分量会逐渐降低,若认为起晕时交直流分量直接线性叠加得到的电压为起晕电压,则起晕电压值会随正直流分量的增加呈现先增加后降低的趋势,存在一组交流和直流电压配比,使得复合电压作用下电极的起晕电压达到峰值,数值可达65 k V左右。该研究可以为换流阀内电极结构的绝缘优化设计提供参考。

关键词：复合电压阀用屏蔽罩缩尺模型紫外光子数起晕电压电场仿真

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电晕放电探测用紫外检测设备的研究

电工技术 2023年第12期 106-112页

作者：王凯张宁陈权广东电网有限责任公司中山供电局广东中山528400

检测电晕放电是发现高压电气设备有无绝缘故障或潜在绝缘故障最直接、最有效的方法。传统的紫外成像仪在电晕放电检测中不但价格昂贵且需专业人员操作,无法在电力系统中大规模推广使用。针对该现象,分析了电晕放电的原理以及紫外光子数... 详细信息

检测电晕放电是发现高压电气设备有无绝缘故障或潜在绝缘故障最直接、最有效的方法。传统的紫外成像仪在电晕放电检测中不但价格昂贵且需专业人员操作,无法在电力系统中大规模推广使用。针对该现象,分析了电晕放电的原理以及紫外光子数与电晕强度的联系,提出了基于UV传感器的紫外检测设备的研究课题,其主要功能模块有主控模块、紫外线的采集与转换电路(光电转换电路)、成像模块、GPS定位模块、数据存储与通信模块以及显示模块等,重点对光电转换电路、成像模块和定位模块进行了设计。通过在高压实验室测试,所设计的紫外检测设备可以有效表征电晕放电强度,并能够准确定位放电位置。

关键词：绝缘故障紫外光子数电晕放电紫外传感器 GPS定位

基于人工污秽试验的750kV耐张瓷绝缘子紫外检测技术

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中国电力 2016年第9期49卷 23-29页

作者：蔡晶张楠马众彭敏尚晓光贾志东王林军国网新疆电力公司检修公司新疆乌鲁木齐830002 清华大学深圳研究生院广东深圳518055

750kV输电线路的运行过程中需要对绝缘子进行及时有效的检测,紫外检测是一种快速高效的绝缘子放电检测技术,如何将这种方法应用到750kV绝缘子检测中尤为重要。通过对750kV瓷绝缘子进行人工污秽试验的紫外检测结果进行研究,提出了紫外光... 详细信息

750kV输电线路的运行过程中需要对绝缘子进行及时有效的检测,紫外检测是一种快速高效的绝缘子放电检测技术,如何将这种方法应用到750kV绝缘子检测中尤为重要。通过对750kV瓷绝缘子进行人工污秽试验的紫外检测结果进行研究,提出了紫外光子数相对波动性以及帧光斑面积均值这2个评估绝缘子放电严重程度的特征量,发现2个特征量均可以有效地评估绝缘子放电严重程度。其结论对紫外检测技术在750kV绝缘子检测中的应用具有重要意义。

关键词：紫外检测紫外光子数光斑面积放电严重程度

绝缘子表面RTV憎水性与其放电的紫外成像结果关系研究

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环境技术 2016年第1期34卷 5-8,17页

作者：孟岩石海珍杨继红杨乐贾志东王林军尚晓光国网新疆电力公司检修公司乌鲁木齐830000 清华大学深圳研究生院深圳518055

室温硫化硅橡胶(RTV)涂料在运行过程中会逐渐老化,可采用憎水性测量和理化手段分析其老化程度,但无法对运行中的绝缘子进行评估。通过涂污的方式模拟绝缘子表面RTV憎水性的减弱,对绝缘子串加压并用紫外成像仪记录放电过程,研究憎水性与... 详细信息

室温硫化硅橡胶(RTV)涂料在运行过程中会逐渐老化,可采用憎水性测量和理化手段分析其老化程度,但无法对运行中的绝缘子进行评估。通过涂污的方式模拟绝缘子表面RTV憎水性的减弱,对绝缘子串加压并用紫外成像仪记录放电过程,研究憎水性与紫外成像结果的关系。分析放电产生的紫外光子数和光斑面积发现,绝缘子串表面RTV憎水性越差,其发生显著放电的电压越低,相同电压下放电程度越剧烈。研究成果为运行中绝缘子RTV憎水性能的评估提供了一种新思路。

关键词： RTV憎水性紫外检测紫外光子数紫外光斑面积

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两种紫外成像仪放电检测影响因素研究

广东电力 2016年第4期29卷 110-114页

作者：王锐王林军彭向阳贾志东尚晓光广东电网有限责任公司电力科学研究院广东广州510080 清华大学深圳研究生院广东深圳518055

紫外成像技术能够检测到电力设备的放电状况,但使用时会受到仪器参数、检测条件等众多因素的影响,这阻碍了紫外检测技术的有效应用。利用棒板电极产生稳定的放电源,研究仪器增益和门槛值、检测距离和角度、风力状态5种因素对2种型号紫... 详细信息

紫外成像技术能够检测到电力设备的放电状况,但使用时会受到仪器参数、检测条件等众多因素的影响,这阻碍了紫外检测技术的有效应用。利用棒板电极产生稳定的放电源,研究仪器增益和门槛值、检测距离和角度、风力状态5种因素对2种型号紫外成像仪检测到的紫外光子数的影响,发现了仪器增益、仪器门槛值和检测距离3种因素对紫外光子数的影响规律,检测角度和风力大小的影响可忽略不计。

关键词：紫外成像仪紫外光子数仪器参数检测条件影响因素