气—固交界面处绝缘子表面电荷试验与测量系统的设计

论文摘要

随着输电电压等级的提高,要求绝缘材料承受的场强也越来越高。在外施电压的作用下,绝缘子表面会有电荷积聚现象发生,尤其是在直流气体绝缘开关装置中,绝缘子长期承受单极性的直流高电压,电荷积聚现象更加严重。积聚的表面电荷改变了原有的电场分布,常常会引起绝缘子表面电场集中,严重时会引起绝缘子沿面的异常闪络。研究气-固交界面处绝缘子表面电荷积聚问题,对于改善高压绝缘子的绝缘性能有着重要的意义。本文首先总结了影响绝缘子表面电荷积聚的因素。绝缘子形状、材料,施加电压波形、幅值、极性,电极结构,气体压力、湿度等都会对绝缘子表面电荷积聚情况产生影响。绝缘子相对介电常数越大,电荷积聚越严重;施加电压幅值越大,积聚电荷越容易;电场越不均匀,越容易出现电荷积聚。在高压绝缘研究领域,表面电荷的测量属于静电测量的范畴,不能用常规的仪表进行测量。本文在目前研究成果的基础上,对静电探头结构进行了改进,分析表明本文所设计的探头具有更高的分辨率。为了能对绝缘子气-固交界面处表面电荷的积聚机理及其对绝缘子沿面闪络的影响进行研究,本文设计了直流、冲击高电压发生器以及表面电荷测量系统,并结合有限元软件模拟绝缘子表面电场,对绝缘子表面电荷的积聚机理进行了分析。研究与分析表明,影响绝缘表面电荷积聚的因素很多,但是绝缘子表面的法向场强分量是气固交界面处引起表面电荷积聚的根本原因;在相同条件下绝缘子表面各处积聚电荷量最大值并不同,有时甚至差别很大;在绝缘子表面敷上一层导电涂层,可以较好的抑制绝缘子表面电荷积聚。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究绝缘子表面电荷积聚的意义
• 1.2 影响表面电荷积聚的因素
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 特高压GIS 技术的发展
• 1.3.2 绝缘子表面电荷的研究
• 1.4 论文的主要研究工作
• 第2章 表面电荷测量系统的设计
• 2.1 测量方法概述
• 2.1.1 粉尘图法
• 2.1.2 利用Pockels 效应测量法
• 2.1.3 电容探头法
• 2.1.4 反馈式静电计
• 2.2 测量系统的设计
• 2.2.1 静电探头法原理及探头结构
• 2.2.2 典型试验模型
• 2.2.3 测量系统构成
• 2.3 绝缘子及探头位置的控制
• 2.3.1 步进电机基本原理
• 2.3.2 细分驱动原理
• 2.3.3 绝缘子空间位置的控制
• 2.4 本章小结
• 第3章 高电压发生器及其测量系统设计
• 3.1 高电压的产生及其测量系统
• 3.1.1 直流高电压的产生与测量
• 3.1.2 冲击电压的产生与测量
• 3.2 直流、冲击高电压发生器设计
• 3.3 红外发射触发球隙放电
• 3.3.1 工作原理
• 3.3.2 红外遥控电路设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 气-固交界面处电荷积聚机理分析
• 4.1 气-固交界面处电荷的来源和途径
• 4.2 直流电压下绝缘子表面电荷积聚
• 4.2.1 电压幅值和作用时间对表面电荷分布的影响
• 4.2.2 表面电荷积聚的理论分析
• 4.3 表面电荷对沿面放电的影响
• 4.4 绝缘子表面电荷抑制途径的讨论
• 4.4.1 优化绝缘子结构
• 4.4.2 优化电极结构
• 4.4.3 绝缘子表面传导涂层
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录