线性/非线性复合绝缘交流介电特性仿真分析

摘要

聚合物复合绝缘以其优异的加工性能和电气绝缘性能，在电缆终端的电场应力控制片和高压大电机线圈端部防电晕结构中的防电晕带中得到广泛应用。由于它能够抑制空间电荷的产生，并有自行均化绝缘结构中电场分布的作用，因此，研究线性/非线性复合绝缘在交流电场下的介电特性在工程和理论上都有实际意义。本文以工程上广泛应用的聚乙烯和非线性氧化锌复合绝缘为研究对象，采用一种新的形式来描述线性/非线性复合绝缘，而不是过去的在聚合物基体中添加小球或椭球的形式来模拟复合绝缘。通过定量分析线性/非线性复合绝缘内部成角研究其在交流激励下的广泛意义上的非线性特性。
　　本文以一个线性/非线性复合绝缘的介观结构单元作为研究对象，建立了0°～90°之间五种不同类型的线性/非线性复合绝缘结构单元。借鉴非线性绝缘的交流等效电路模型，建立线性/非线性复合绝缘的交流等效电路模型，并用Simulink仿真工具箱进行复合绝缘的仿真建模。利用本课题组已开发成功的非线性绝缘介质交流特性测试系统测试氧化锌阀片，得到其在不同电压幅值下的非线性电导和电容参数。以MATLAB软件为平台开发出响应电流的时域分解算法，将总响应电流分解为阻性电流和容性电流，并进一步进行介电表征。通过电路仿真，分别分析体积浓度、复合绝缘内部成角、激励电压幅值及频率对复合绝缘介电性能的影响，并分析复合绝缘内部电场强度的变化规律。
　　仿真发现:复合绝缘介电特性与其体积浓度、复合绝缘内部成角有关，并依赖于激励电压的幅值和频率。复合绝缘内部电场强度幅值与其所在支路中线性和非线性介质比例有关，电场强度曲线有超前或滞后的相移。线性/非线性复合绝缘交流介电特性仿真分析结果对复合绝缘后续的研究和应用有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 非线性绝缘介质介电特性的国内外研究现状

1．3 本文研究内容

第2章 非线性绝缘介质电路模型及响应电流时域分解

2．1 非线性绝缘电介质的交流等效电路

2．2 非线性绝缘电介质在均匀交变电场下的表征

2．3 响应电流的加减运算分解

2．4 加减运算分解法的验证

2．4．1 加减运算分解法的仿真验证

2．4．2 加减运算分解法的实验验证

2．5 本章小结

第3章 复合绝缘电路模型与Simulink仿真建模

3．1 线性／非线性复合绝缘的交流等效电路

3．2 复合绝缘电路模型的参数设定

3．3 复合绝缘在Simulink中的仿真建模

3．4 仿真的参数设置

3．5 本章小结

第4章 线性／非线性复合绝缘介电特性仿真结果分析

4．1 体积浓度对复合绝缘介电性能的影响

4．2 模型内介质成角对复合绝缘介电性能的影响

4．3 激励电压幅值对复合绝缘介电性能的影响

4．4 频率对复合绝缘介电性能的影响

4．5 复合绝缘内部电场强度分布曲线

4．6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢