气体绝缘短间隙电子崩过程计算机仿真及放电信号采集

摘要

气体放电是研究带电粒子在电场中运动规律及应用的学科.气体放电机理的实验研究和理论探讨对认识不同条件和不同电极系统下的气体放电规律、充分利用气体介质的电特性、促进开发新型气体绝缘高压电器及实现其运行状态监测以保证安全可靠运行具有理论价值和实际意义.在探索气体放电现象的过程中,科学家进行了大量的研究工作,取得了丰硕的成果.但由于气体放电过程涉及到物质结构的不同层次(包括电子、原子、分子和光子),影响因素比较多,因而还没有一个理想模型能够对放电过程进行精确描述.根据汤逊电子碰撞电离理论,电子崩是气体放电最基本的过程.该文在借鉴国内外气体放电理论和实验成果的同时,以汤逊碰撞电离及流注理论为基础,应用雷特-米克判据构建了气体绝缘短间隙电子崩发展过程的数学模型和相应的计算机仿真方法.在板—板、尖—板电极系统中,对介质分别是空气和SF<,6>进行电子崩过程仿真,不仅考虑电子和正离子空间电荷场对电子崩发展的影响,同时,还充分考虑了带电粒子在电场中的行为,包括电离、复合、漂移、扩散和气体分子密度等对电子崩过程的作用.仿真结果表明,空间电荷场对负针尖电极系统中电子崩过程的影响大于正针尖电极系统,其影响程度与介质特性和气体分子密度有关.电子崩发展过程伴随有电磁波辐射,不同电极结构和不同条件下电磁波信号具有不同的时频特性.实验模拟不同电极间隙电子崩过程产生的电磁波信号,采集并进行分析,获得不同条件下气体放电信号的模式特征量,用于气体放电故障模式识别.该文的研究工作不仅为气体放电理论探讨和实验研究提供一种方法和手段,而且也为气体绝缘结构耐电强度的确定、气体绝缘高压电器运行状态监测提供理论依据和参考.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1气体放电理论研究意义

1.2国内外气体放电研究的状况

1.3课题来源及主要研究内容

第2章气体放电基本理论

2.1汤逊碰撞电离理论

2.1.1电子碰撞电离的α过程

2.1.2 γ过程和自持放电条件

2.2气体放电流注理论

2.2.1流注理论的物理概念

2.2.2 Raether判据

2.2.3 Meek判据

2.2.4流注的形成机理

2.3带电粒子在电场中的行为

2.3.1离子在电场中的迁移运动

2.3.2电子在电场中的运动规律

2.3.3电场中电子的速度分布

2.4 SF6气体自持放电条件

2.5本章小结

第3章均匀电场下电子崩发展过程仿真计算

3.1均匀电场下电子崩数学模型

3.2仿真计算

3.3相关计算参数的选择

3.3.1电离系数α的选取

3.3.2电子漂移速度的选取

3.3.3扩散系数的选取

3.4计算结果

3.4.1空气中电子崩发展过程计算结果

3.4.2 SF6气体中电子崩发展过程计算结果

3.5计算结果讨论

3.6本章小结

第4章不均匀电场下电子崩发展过程仿真计算

4.1模拟电荷法

4.1.1点电荷的计算公式

4.1.2环形线电荷的计算公式

4.2计算结果

4.2.1空气中正针尖电子崩发展过程计算结果

4.2.2空气中负针尖电子崩发展过程计算结果

4.2.3 SF6气体中正针尖电子崩发展过程计算结果

4.2.4 SF6气体中负针尖电子崩发展过程计算结果

4.3计算结果讨论

4.4本章小结

第5章气体放电信号采集

5.1检测放电信号的目的

5.2放电信号非接触检测法

5.2.1采集原理

5.2.2测试线路

5.3实验结果

5.3.1实验得到的起始放电电压值与计算值的比较

5.3.2检测到的信号以及信号波形、频率与气体压力的关系

5.4本章小结

结论

附录1 空气中E/p与公式（3-18）系数

附录2 SF6中E/p与公式（3-18）系数

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢