大气压下短气隙放电过程分析

论文摘要

局部放电是高压电器设备绝缘劣化的主要原因,又是评定其绝缘老化程度的重要参数,存在于绝缘中的气泡或气穴是触发局部放电的主要根源。因此,短气隙放电特性的研究对高压电器设备在线监测和故障诊断具有实际意义。为了研究电力设备绝缘结构短气隙放电,并深入理解绝缘结构短气隙放电过程中的动力学行为,研究交流电压下介质表面积聚电荷对短间隙气体放电的影响,本文建立了一维自洽流体力学的气体放电模型,主要包括电子和离子的连续性方程和动量方程,同时耦合泊松方程。数值仿真的简化物理模型是由电极覆盖的平行圆板电极和短气隙构成。计算结果显示,当气隙中电场超过其击穿阈值时,形成放电电流脉冲,也就是气体中空间电荷运动形成电子雪崩放电,同时,获得了大气压下电子雪崩放电过程中气体间隙电场,电子密度,离子密度的时空分布。仿真结果表明,短气隙、电压幅值和驱动频率不仅会影响气隙放电电流脉冲的幅值,还会促使脉冲数目发生变化;短气隙放电具有较明显的混沌特征;介质表面积聚电荷是形成多脉冲气隙放电的根本原因。本文针对短气隙放电设计了5种实验电极模型,用于模拟不同气隙下电场分布。采集短气隙放电信号,利用连续小波进行处理,获取放电电流脉冲的时频特征,结果显示气隙放电信号的频带能量可以作为模式识别的输入特征向量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 短气隙放电研究意义
• 1.2 短气隙放电研究现状
• 1.3 气隙放电的理论研究方法
• 1.4 本论文主要研究工作
• 第2章 大气压短气隙放电模型
• 2.1 非电负性气体放电过程表述
• 2.2 电负性气体放电过程表述
• 2.3 本章小结
• 第3章 短气隙放电过程分析
• 3.1 短间隙N2 放电动力学特性
• 3.1.1 短气隙放电电流演化过程
• 3.1.2 气隙放电电流脉冲的时频特征
• 3.1.3 气隙空间微观粒子动力行为分析
• 3.1.4 短间隙长期放电特征
• 3.2 短间隙空气放电动力学特性
• 3.2.1 短空气隙放电基本特性
• 3.2.2 电荷输运与放电电流脉冲的关系
• 3.3 大气压短气隙放电的影响因素
• 3.3.1 外施电压幅值对短气隙放电的影响
• 3.3.2 外施电压频率对短气隙放电的影响
• 3.3.3 绝缘材料及间距对气隙放电的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 大气压下短气隙放电模拟实验
• 4.1 覆盖电极结构及其电场分布
• 4.2 短气隙放电实验模拟
• 4.3 短气隙放电图像和信号采集
• 4.4 气隙放电脉冲信号的时频分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢