针-板电晕放电特性及空间电荷迁移规律研究

摘要

电晕放电是局部放电的典型放电形式，在电力系统的绝缘故障问题中频繁发生。电晕放电典型放电模型为针板、棒板放电模型，通过研究这一简化模型可以减少空间电荷分布的复杂性带来的诸多问题，从而更好得理解电晕放电物理过程，得到更符合实验现象的分析结果。
　　电子崩持续时间极短，传统脉冲电流法检测频带低，无法反应放电瞬时特性，并且在放电重复率较高时脉冲发生重叠影响放电量的计算结果。利用与空气电晕放电信号频带匹配的高频无感电阻，通过串联检测回路及高存储高采样率示波器进行放电信号的采集，不但能够得到放电量及放电时间间隔的精确测量结果，也能在ns级别研究单次放电电子崩的瞬时特性；脉冲间的关系主要由迁移区空间电荷决定，由于低频交流电压交变时间远小于空间电荷的迁移时间，因此低频交流电压与直流电压作用下的正负电晕放电特征相同，低频交流作用下的电晕放电可以近似看作是不同直流电压下的电晕放电，当外加电压的变化频率与空间电荷的迁移时间相近时，放电特性将受到表面场强及空间电荷场强的共同影响而改变；由于正负电晕由于电子崩发展方向相反，高频下的单次放电波形存在极大的差异，而在相同电极间距及电压作用下，迁移区离子的运动状态相似，因而正负电晕脉冲间的关系存在一定的共性。深入分析正负电晕放电特征对解决不均匀电场下气体放电空间电荷迁移规律争议性问题具有重要意义。
　　随着直流负电晕Trichel脉冲频率的增大，间隙可能存在多个负离子云团。负离子云团的迁移量与迁移时间及对下一次放电的影响程度并没有文章进行精确的推到与计算。本文基于时间等待恢复模型，通过脉冲幅值及脉冲时间间隔的统计数据计算了单次脉冲放电量及其产生的空间电荷在迁移区的迁移特征和对针尖场强的影响，解释了负电晕脉冲幅值、重复率与迁移区负离子迁移过程的关系，并研究了高频纹波作用下由于空间电荷影响导致的负电晕的相位迁移特征。通过实验分析了不同曲率半径针尖及间隙长度对负电晕脉冲的影响，验证空间电荷的迁移规律。
　　利用高频无感检测电阻测得的正电晕单次脉冲对应的放电量比负电晕单次放电量大一个数量级，计算得到迁移区正离子的畸变场强与外加场强在相同数量级，迁移区的正离子将显著影响下一次放电，使得正电晕放电更倾向于清除迁移区的正离子。因此正电晕存在一个特征放电重复率，对应一次放电正离子的迁移时间。另外，利用高频无感电阻得到的正脉冲单次波形存在一个二次峰值，与脉冲首峰间隔约0.05us，分析了正电晕在电离瞬间可能存在的二次过程。
　　电晕放电产生的空间电荷不仅在电场力的作用下作迁移运动，而且由于离子浓度及离子间相互作用使得迁移区的离子向周围空间扩散。在单一极性电晕放电持续作用后，空间中将存在一定浓度的相同极性的空间电荷。在密闭空间中这种环境空间电荷将在电极极性反转时对放电产生明显的影响，对于这一过程很少有文献提到，本文初步对环境空间电荷影响下的静电场针板电晕放电进行了实验分析。

目录

1 绪 论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 正负电晕放电特点及其应用现状

1.3 国内外研究现状

1.4 当前研究过程中存在的不足

1.5 本文主要工作

2 时间等待恢复模型及电晕放电离子迁移过程分析

2.1 引言

2.2 迁移区空间电荷对放电的影响

2.3 基于时间等待恢复模型的放电脉冲序列研究方法

2.4 针板间隙电场强度分析

2.5 离子、电子迁移理论

2.6 本章小结

3 针板负电晕放电特征及空间电荷迁移规律研究

3.1 引言

3.2 实验平台的搭建

3.3 静电场下负电晕放电特征分析

3.4 迁移区空间电荷迁移过程验证分析

3.5 本章小结

4 针板正电晕放电特征及空间电荷迁移规律研究

4.1 引言

4.2 正电晕放电特点

4.3 静电场下正电晕放电特征分析

4.4 迁移区空间电荷迁移过程验证分析

4.5 正电晕放电瞬时特性研究

4.6 本章小结

5 残余环境空间电荷对电晕放电的影响研究

5.1引言

5.2 环境空间电荷的产生

5.3残余环境空间电荷对起晕电压的影响研究

5.4残余环境空间电荷对电晕放电发展的影响

5.5 空间电荷影响下的交流电晕放电

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 本文研究中存在的问题与课题展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目