检索结果-内蒙古大学图书馆

高电压技术 2014年第10期40卷 2945-2955页

作者：曾嵘庄池杰余占清陈赦李志钊陈维江电力系统及发电设备仿真与控制国家重点实验室清华大学电机系北京100084 国家电网公司北京100031

开展空气间隙放电的理论研究,是支撑我国特高压工程建设、提升电力系统雷击防护水平的现实需求。通过分析特高压下长空气间隙放电的工程需求,以及雷电绕击输电线路的先导发展模型、电气几何模型所面临的理论困境,归纳了当前长空气间隙... 详细信息

开展空气间隙放电的理论研究,是支撑我国特高压工程建设、提升电力系统雷击防护水平的现实需求。通过分析特高压下长空气间隙放电的工程需求,以及雷电绕击输电线路的先导发展模型、电气几何模型所面临的理论困境,归纳了当前长空气间隙研究所面临的主要挑战——物理模型的内在复杂性、测试手段的局限性及数值求解方法的不确定性。同时,基于过去30多年测量、计算方法的长足进步,指出目前我国开展长空气间隙放电研究的重大机遇。另外,还简要总结了国内外长空气间隙放电研究的发展历程及流注先导模型在不同历史时期的典型成果,详细介绍了清华大学在973项目的支持下,在长空气间隙放电的微观机理与宏观过程研究方面的最新进展,并对未来的研究方向与目标做了初步展望,包括:1)明晰不同尺度流注起始及发展的规律;2)更深入认识流注转化为先导的规律及机理;3)清晰描述先导的发展过程特征参数;4)建立更完备的长空气间隙击穿模型,能够更准确地预测长空气间隙的放电特性;5)建立更科学的雷击闪络先导发展模型及雷击闪络风险评估方法;6)提出工程实用的更优化的长空气间隙结构。

关键词：长空气间隙放电流注先导流注起始特性雷电上行先导放电过程观测放电过程数值仿真

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长空气间隙放电过程的试验观测技术

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中国电机工程学报 2012年第10期32卷 13-21,13-21页

作者：陈维江谷山强谢施君孙豹贺恒鑫陈家宏何俊佳钱冠军向念文国家电网公司北京市西城区100031 国网电力科学研究院湖北省武汉市430074 华中科技大学电气与电子工程学院湖北省武汉市430074 电子科技大学四川省成都市611731

长空气间隙放电物理过程的试验观测研究是揭示长间隙放电机制和建立放电分析模型的基础。在高速光学观测技术、放电电流测量技术、空间瞬态电场测量技术和同步观测技术4方面开展了研究。通过分析高速摄影仪的成像原理,设计了针对不同放... 详细信息

长空气间隙放电物理过程的试验观测研究是揭示长间隙放电机制和建立放电分析模型的基础。在高速光学观测技术、放电电流测量技术、空间瞬态电场测量技术和同步观测技术4方面开展了研究。通过分析高速摄影仪的成像原理,设计了针对不同放电阶段先导通道光学特性的观测方法;通过合理设计电极结构,研制全数字式光电隔离采集系统,实现了对高电位放电通道电流的全数字式测量;基于Pockels效应,研制出测量幅值上限达800 kV/m的集成光波导瞬态电场仪;基于高速摄影仪曝光时钟信号,提出了各测量设备的数据同步方案。该研究为准确地获取长空气间隙放电关键物理参数,揭示长空气间隙放电发展的物理过程提供了有力支撑。

关键词：长空气间隙放电放电物理过程高速光学观测放电通道电流空间瞬态电场同步观测技术

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长空气间隙放电通道绝缘恢复过程的激波特性

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南方电网技术 2020年第10期14卷 65-70页

作者：刘磊赵贤根唐力罗兵黎小林王俊刚钟伟华直流输电技术国家重点实验室(南方电网科学研究院) 广州510063 中国南方电网有限责任公司广州510063

基于高速纹影技术,建立了长间隙放电过程和通道绝缘恢复过程的试验观测平台,提出了同步策略,开展了长空气间隙放电过程和通道绝缘恢复过程的电压、电流和纹影图片同步观测。发现长空气间隙击穿后放电通道与电极接触点处的球面激波和沿... 详细信息

基于高速纹影技术,建立了长间隙放电过程和通道绝缘恢复过程的试验观测平台,提出了同步策略,开展了长空气间隙放电过程和通道绝缘恢复过程的电压、电流和纹影图片同步观测。发现长空气间隙击穿后放电通道与电极接触点处的球面激波和沿着放电通道的柱面激波,统计获得了柱面激波传播速度与激波半径的关系曲线,以及施加不同电压类型对激波速度的影响规律。

关键词：长空气间隙放电绝缘恢复纹影图片激波特性

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长空气间隙放电试验观测系统研究

长空气间隙放电试验观测系统研究

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中国电机工程学会高电压专业委员会2009年学术年会

作者：陈家宏谷山强丁中民陈维江贺恒鑫钱冠军向念文谢施君国网电力科学研究院，武汉 430074 国家电网公司，北京 100031

长空气间隙放电试验观测系统是研究长空气间隙放电、雷电屏蔽模拟试验技术的重要手段。本文介绍了一套由瞬态电场测量仪、罗氏线圈电流传感器、高速摄影仪等组成的长空气间隙放电试验观测系统，对该系统的组成、原理、主要参数及综合观... 详细信息

长空气间隙放电试验观测系统是研究长空气间隙放电、雷电屏蔽模拟试验技术的重要手段。本文介绍了一套由瞬态电场测量仪、罗氏线圈电流传感器、高速摄影仪等组成的长空气间隙放电试验观测系统，对该系统的组成、原理、主要参数及综合观测平台的构建进行了介绍。利用该系统对长空气间隙放电进行观测的结果表明，该系统自动化程度高、测最准确、抗干扰能力强，可为开展长空气问隙放电试验及机理研究、雷电屏蔽模拟试验研究提供方便的观测手段。

关键词：长空气间隙放电光波导电场传感器罗氏线圈分流器雷电屏蔽模拟高速摄像仪

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正极性长空气间隙放电通道连续先导通道温度测量与仿真研究

正极性长空气间隙放电通道连续先导通道温度测量与仿真研究

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作者：吴雨桐华中科技大学

学位级别：硕士

正极性先导发展过程是长空气间隙击穿与雷电接闪放电机理研究所关注的关键物理过程。先导放电本质是一种非平衡态热等离子体,其通道温度与电子密度及其电场等关键参数紧密相关,是决定先导通道等离子特性的基础参数。囿于测量方法不完善... 详细信息

正极性先导发展过程是长空气间隙击穿与雷电接闪放电机理研究所关注的关键物理过程。先导放电本质是一种非平衡态热等离子体,其通道温度与电子密度及其电场等关键参数紧密相关,是决定先导通道等离子特性的基础参数。囿于测量方法不完善,已有研究主要针对m级以下间隙中正先导放电起始过程的温度特性,而对于m级以上间隙尺度中连续正先导放电通道温度的实测数据十分匮乏,致使对连续正先导通道等离子体参数的估计仅能基于局部热力学平衡理论假设。因此,本文聚焦于长空气间隙连续正先导通道温度时空分布演化测量难题,围绕测量系统仿真设计、先导通道温度实验观测和等离子体特性理论仿真三个方面开展研究。本文首先基于射线光学理论建立了包括LED光源、成像光学器件和先导放电通道的定量纹影成像数值仿真模型,定量获得阴影成像对偏折角测量误差影响,设计构建了适用于3 m棒-板间隙放电通道温度的定量纹影诊断系统,空间分辨率分辨为60μm/像素、时间分辨率为0.37μs/帧。仿真偏折角曲线与实测结果吻合,系统适用间隙尺度和时间分辨率指标优于文献报告结果。实验获取3 m棒-板间隙正极性标准操作冲击电压下先导起始和发展过程通道根部温度二维分布时域变化规律。发现其稳定发展过程通道中心平均温度介于2000 K-6000 K处于局部热力学不平衡状态;对比发展至击穿、发展停止和重燃三种典型条件通道温度变化规律,得出维持正先导连续发展的通道中心临界温度为4000 K。建立了考虑非平衡态等离子体特性的长间隙正先导放电通道数值仿真模型,仿真获得的通道气体温度、热力学半径与实验测量结果吻合。发现当通道温度大于3200 K后,N和O原子结合电离是导致电子密度上升、通道约化电场下降并维持先导连续发展的主要原因,解决了基于局部热力学平衡假设的Gallimberti模型计算先导通道电场偏低的问题。本文研究工作对于揭示正先导放电发展物理机制、促进长空气间隙放电数值仿真模型与雷电先导发展模型的完善具有重要的理论价值。

关键词：长空气间隙放电连续先导定量纹影系统非平衡态等离子体参数

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长空气间隙正极性先导放电起始阶段通道瞬态温度演化规律研究

长空气间隙正极性先导放电起始阶段通道瞬态温度演化规律研究

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作者：程晨华中科技大学

学位级别：博士

长空气间隙正极性先导放电特性是超特高压输变电系统操作过电压绝缘配合和地面高目标物雷电屏蔽设计的重要基础。先导放电包括起始和连续发展两个阶段,起始阶段通道处于非局部热力学平衡态,获取其通道热力学特性对于揭示先导放电物理机... 详细信息

长空气间隙正极性先导放电特性是超特高压输变电系统操作过电压绝缘配合和地面高目标物雷电屏蔽设计的重要基础。先导放电包括起始和连续发展两个阶段,起始阶段通道处于非局部热力学平衡态,获取其通道热力学特性对于揭示先导放电物理机制和实现全过程仿真建模至关重要。针对先导起始阶段,国内外学者围绕流注茎热力学几何形态特性开展了一些研究,但未能获取通道温度分布演化规律,且相关仿真模型未经实测验证。另外恒功率光源驱动的定量纹影系统用于连续先导通道热力学参数测量取得了很好的效果,但用于非局部热力学平衡态的先导起始阶段通道参数测量存在时空分辨率不足的问题。本文聚焦瞬态温度测量方法、实验测量和理论仿真三个方面,开展先导放电起始阶段通道温度演化规律系统性研究,对于揭示其放电物理机制和支撑设备绝缘配合、雷电屏蔽设计具有重要的科学意义和工程应用价值。基于定量纹影法瞬态温度测量理论,推导了定量纹影系统灵敏度、光源光强以及时空分辨率之间的定量耦合关系。提出了采用脉冲电流源驱动LED芯片产生瞬态强光以提升定量纹影系统时空分辨率的方法,研制出适用于非局部热力学平衡态放电通道瞬态温度测量的脉冲驱动定量纹影系统,时间和空间分辨率分别为0.37μs和31μm/像素,与通用的恒功率光源驱动定量纹影系统最高指标相比,分别提高了1.7倍和2.2倍,解决了长空气间隙放电通道瞬态温度时域连续测量的难题。开展了1.0 m棒-板间隙正极性先导放电实验观测,获得了放电电流、定量纹影图像及通道光学图像等数据。通过反演纹影图像获得了流注茎温度分布特性:首次流注产生后,流注茎初始热力学形态呈梯形圆柱,根部、头部直径介于0.4～0.6 mm和0.6～1.0 mm,高度介于0.8～1.2 mm。流注茎的温度沿轴向随着离开根部的距离增大而减小,根部温度2000 K左右,在径向上呈钟形对称分布。获得了流注茎温度随时间的演化规律:流注茎温度随首次流注产生迅速升至最大值,因流注放电电荷量不同,在暗区使流注茎温度演化存在3种情况:一是当平动动能沉积与耗散速率相当,温度基本稳定,二是当耗散速率较慢,温度逐渐上升,三是当耗散速率较快,温度逐渐下降,暗区结束前温度最高的流注茎根部中心温度均稳定在1000～1200 K。发现了暗区流注茎前端生长出一种热细通道的现象,其温度介于400～800 K,通道直径约0.2mm,发展速度约为0.1 mm/μs,与通道中离子迁移速率相当。阐明了热细通道形成宏观机制:在电场作用下,正离子与中性粒子碰撞产生能量传递,进而使通道温度升高,随着正离子朝远离电极方向持续迁移,通道温升区域不断伸长并形成热细通道。通过反演二次流注起始后的定量纹影图像获得了不稳定先导通道温度时空分布特性并阐明了宏观演化机制,二次流注产生于热细通道头部,自由电子通过热细通道、首次流注茎进入电极,电子与中性粒子碰撞产生能量传递,使热细通道径向尺寸迅速扩张,流注茎根部温度迅速升至2000 K,不稳定先导起始,初始先导通道长度为流注茎和热细通道长度之和;随着不稳定先导电流持续注入,通道轴向温度分布均匀且幅值约5000 K,通道沿轴向延伸、径向扩张,引起热对流能量耗散损失使温度下降,放电难以维持而进入弛豫阶段,同时又生长出热细通道,此阶段由于热传导能量耗散导致通道温度不断下降,最终稳定在1600 K左右直至下一次放电起始。基于先导起始一维热流体动力学仿真模型,通过实验观测确定了先导通道初始半径和放电电流等关键模型输入条件,仿真获得了放电通道中不同形式能量沉积、耗散速率和粒子生成、消耗速率等微观参数,数值模拟了粒子输运、能量传递和化学反应过程,从微观角度进一步阐明了长空气间隙先导放电起始阶段通道温度演化机制:首次流注产生后,激发态粒子淬灭产生大量能量使流注茎温度快速升至最大值,暗区阶段通道电场持续升高,流注茎中存在功率持续增大的离子电流加热过程,其和振动-平动能弛豫共同作用于平动动能沉积过程,并与热传导能量耗散过程相平衡使流注茎温度出现上升、基本稳定和下降3种情况;二次流注产生后,通道中再次出现激发态粒子淬灭过程,同时热解离过程产生大量O原子、N原子并产生大量热解离能,使流注茎温度持续升高,不稳定先导起始,N和O原子结合电离成为电子生成主导机制,并与电子-离子复合过程相平衡使电子密度维持在1015 cm-3以上,随着径向快速扩张,热对流成为能量耗散主导形式,温度开始下降,结合电离速率下降并逐渐小于复合过程速率,当温度降至2000 K以下,不稳定先导放电停止进入弛豫阶段。

关键词：长空气间隙放电流注茎热细通道不稳定先导通道定量纹影系统通道温度演化热传导热对流

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低气压长空气间隙流注放电特性研究

低气压长空气间隙流注放电特性研究

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作者：胡锦洋华中科技大学

学位级别：硕士

长空气间隙放电是高压输变电外绝缘安全设计的主要问题,同时也是雷电物理学研究的重要基础。空气的绝缘强度随海拔高度的增加、气体密度的降低而显著降低。气压是影响空气间隙放电特性的主要环境因素之一,但以往的研究不够深入缺乏对其... 详细信息

长空气间隙放电是高压输变电外绝缘安全设计的主要问题,同时也是雷电物理学研究的重要基础。空气的绝缘强度随海拔高度的增加、气体密度的降低而显著降低。气压是影响空气间隙放电特性的主要环境因素之一,但以往的研究不够深入缺乏对其物理机制的研究。本论文以长空气间隙流注放电过程为研究对象,通过试验观测和仿真计算的方法深入研究了气压对长空气间隙流注放电过程的影响规律,并建立了考虑气压影响的流注放电模型。既为高海拔地区的高压输变电系统外绝缘的优化配置提供依据,也为高空雷电物理研究奠定了理论基础。首先,研制了低气压长间隙放电腔体,提出了电流测量、高压电流、腔体本体的一体化设计方案,实现了密闭空间放电电流的精确测量;提出了解耦气压和湿度两种影响因素的方法,实现对放电腔体内气压参数的单一调控。建立了低气压长间隙流注放电特性同步观测平台,实现了放电电压波形、放电电流波形、流注放电起始发展长曝光光学图像和流注放电激波发展演化图像的同步观测。其次,研究了气压对流注放电起始特性的影响规律和机理。通过试验获得了约化电场恒定不同气压下流注放电平均起始电压、起始时延分布、发展长度和分支二维角度等重要参数,研究了气压变化对流注起始特性的影响规律。建立考虑气压影响的流注放电起始模型,分析了气压对流注平均起始场强、起始时延分散性的影响,并通过试验结果验证了模型的合理性。最后,研究了气压对流注放电激波发展特性的影响规律。开展了0.2 bar、0.4 bar和0.6 bar三种气压条件下的放电激波观测试验,获取了不同低气压条件下流注放电产生的球形激波发展参数,分析了气压大小对激波发展速度和激波相对强度时域演化的影响规律。建立了低气压流注放电1D径向热流体动力学模型,获取了不同低气压大小条件下放电通道相对气体密度、气体压强径向分布及其时域演化参数,验证了采用纹影灰度变化量表征激波强度变化的合理性,进一步分析了不同流注电流注入电荷量大小条件下的激波强度时域演化规律。

关键词：长空气间隙放电低气压流注起始激波

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激光干涉法在空气间隙放电参数测量中的应用

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中国电机工程学报 2015年第8期35卷 2073-2078页

作者：周旋曾嵘庄池杰陈赦电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机工程与应用电子技术系) 北京市海淀区100084

空气间隙放电现象物理过程复杂,利用先进手段对其关键参数进行测量具有重要意义。搭建了一套基于激光干涉原理的Mach-Zehnder干涉仪放电参数测量系统,利用干涉条纹图像可推算测试区域的折射率分布,进而可得到温度、粒子密度等热物理参... 详细信息

空气间隙放电现象物理过程复杂,利用先进手段对其关键参数进行测量具有重要意义。搭建了一套基于激光干涉原理的Mach-Zehnder干涉仪放电参数测量系统,利用干涉条纹图像可推算测试区域的折射率分布,进而可得到温度、粒子密度等热物理参数。以空气电弧为主要研究对象,对尖–板电极交流电弧（约0.1 A）和电焊机直流电弧（30 A）进行诊断实验,建立局部热力学平衡模型,得到其温度和电子密度等参数的径向分布,前者的弧心温度约为3 000~6 000 K,后者的弧心温度约为12 000 K。另外,还初步得到了空气间隙放电通道的干涉条纹图像。实验结果验证了激光干涉法在空气放电参数测量研究中的可行性,为该方法在长空气间隙放电研究中的应用奠定了基础。

关键词：激光干涉法 Mach-Zehnder干涉仪空气电弧局部热力学平衡模型电弧温度长空气间隙放电

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正极性雷电冲击电压下5m棒-板空气间隙放电特性试验研究

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南方电网技术 2019年第6期13卷 30-36页

作者：马义刚刘磊王卫刘世增郭纯海文文赵贤根中国南方电网超高压输电公司大理局云南大理671000 直流输电技术国家重点实验室(南方电网科学研究院) 广州510663

开展了正极性雷电冲击电压下5 m棒-板间隙的放电试验,同步测量获得了放电电压、放电电流和图像。根据放电不同阶段的电流特性,辨识了初始电流放电、二次流注放电和先导放电过程,并研究了电压幅值和电极形状对上述放电阶段的影响。试验... 详细信息

开展了正极性雷电冲击电压下5 m棒-板间隙的放电试验,同步测量获得了放电电压、放电电流和图像。根据放电不同阶段的电流特性,辨识了初始电流放电、二次流注放电和先导放电过程,并研究了电压幅值和电极形状对上述放电阶段的影响。试验结果表明,初始流注放电产生的空间电荷与电压幅值和电极曲率半径均正相关,其抑制作用使得流注起始时延的平均值近似为常数;二次流注的平均速度为700~1 060 cm/μs,其随着电压幅值的增加逐渐增大,而随着曲率半径的增大而减小;先导发展的平均速度为29~111 cm/μs,随电压幅值的增加线性增大,而随电极曲率半径增大有所降低。

关键词：雷电冲击电压长空气间隙放电初始流注放电二次流注放电先导放电

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低气压正极性1 m空气间隙冲击流注放电起始特性研究

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湖南电力 2023年第1期43卷 70-78页

作者：胡锦洋徐晓贇车俊儒张宛霞程晨贺恒鑫国网上海市电力公司嘉定供电公司上海201800 华中科技大学湖北武汉430074

流注放电是正极性长空气间隙放电过程中首个完整放电阶段,获取低气压流注放电特性对于理解高海拔地区空气间隙击穿机制和雷击接闪过程具有重要意义。基于冲击电压下流注放电临界体积模型,同时考虑气压对临界体积内负离子脱附速率的影响... 详细信息

流注放电是正极性长空气间隙放电过程中首个完整放电阶段,获取低气压流注放电特性对于理解高海拔地区空气间隙击穿机制和雷击接闪过程具有重要意义。基于冲击电压下流注放电临界体积模型,同时考虑气压对临界体积内负离子脱附速率的影响,建立了综合考虑气压、电极曲率半径及电压上升率等多种因素的流注放电起始模型,实现了不同工况下流注放电起始场强和起始时延等特征参数的计算。设计构建了基于低气压1 m空气间隙放电腔体的流注放电实验观测系统,实验获取了0.06 MPa、0.08 MPa及0.1 MPa三种气压条件下的流注放电起始时延分布特性,并进一步对模型计算准确性进行了验证。利用该流注起始模型,在约化电场E/N恒定条件下,计算分析了气压、端部电极尺寸及电压上升率对流注放电起始平均电场和起始时延分散性的影响规律。该研究可为高海拔输变电工程设备绝缘配合和雷电屏蔽性能评估提供指导和参考。

关键词：长空气间隙放电低气压流注起始临界体积模型放电时延

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