直流电压下两相体放电特性研究

摘要

随着中国电网的不断发展，直流输电由于输电容量大、输电距离长和节省输电走廊等优点，将有更多条直流线路投入建设和运行，在这些已建和在建的线路中，很多都会经过环境气候比较特殊或恶劣的地区，恶劣环境会对直流输电线路的绝缘带来很大影响，对它进行研究能为改善直流输电网络的安全运行提供依据，因此研究直流电压下两相体放电就尤为重要。
　　本文在雷电冲击电压下两相体放电的基础上，研究直流电压下两相体的放电规律，对两相体直流放电进行了较深入的实验和理论研究，分析了多种两相体材料的直流电压下的放电特性，进行了两相体颗粒的击穿电压和放电路径选择概率与空气中的比较，得到了直流电压下的放电规律；提出了基于概率统计分析的两相体直流放电路径选择的物理模型，并应用神经网络控制的知识模拟了放电发展的最佳路径。
　　对实验结果从直流电压的极性、非气相物质的介电常数、体积分数和颗粒粒径等方面分析了放电对击穿电压和路径选择的影响，得到两相体的击穿电压和路径选择也存在“粒径效应”：当非气相物质的颗粒粒径小于0.01 mm，不论正极性、还是负极性，不论是固体还是液体，放电路径都基本选择空气，击穿电压高于空气的击穿电压；当颗粒粒径大于0.1 mm，不论正极性、还是负极性，不论是固体还是液体，放电路径都基本选择两相体，击穿电压低于空气的击穿电压；颗粒粒径大约介于0.01~0.1 mm之间，放电路径和击穿电压表现出明显的极性差异，负极性时，放电路径都基本选择两相体，但正极性时，放电路径选择空气的概率高于选择两相体的概率。负极性的击穿电压低于空气的击穿电压，但正极性的击穿电压高于空气的击穿电压。
　　对两相体直流放电的粒径效应的机理进行了分析研究，考虑颗粒与电场，颗粒与电子、离子，颗粒与光辐射之间的相互作用；两相体颗粒对电子和离子的捕获及颗粒占据放电空间，减少通道的长度，会阻碍电子崩向流注的跃迁并减少电子崩的发展空间；通过从直流电压下两相体放电中棒-板电极间电场畸变、两相体颗粒的荷电、光电离和光致发射对非气相物质的介电常数、体积分数和颗粒粒径的影响，得出两相体放电中的粒径效应是两相体颗粒对电场的畸变、两相体颗粒与粒子(电子、光子和离子)间的作用，及在放电空间被荷电和光电离作用，使流注的电子崩头部的电离和激化有所增强和减弱，从而影响放电。
　　本文结合传统的流注理论和概论统计理论，以泊松方程求解的空间场强为流注发展的判据，假设流注发展的击穿时间满足Weibull分布，利用两相体空间电场畸变后电场值的变化决定流注的发展方向，建立了正极性的放电路径选择的物理模型。直流电压下两相体放电路径发展受局部电场的影响，将直流电压下两相体放电路径发展问题的目标函数（即最短路径）与连续性Hopfield神经网络的能量函数相对应，将经过的节点顺序（局部电场值的影响大小）与网络的神经元状态相对应。这样由连续性 Hopfield神经网络的稳定性理论可知，当网络的能量函数趋于最小值时，网络的神经元状态也趋于平衡点，此时对应的节点发展顺序就是待求的最佳路线。仿真和实验结果比较显示，基于该模型两相体直流放电路径选择概率分布的计算结果与实验所得规律一致。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 两相体放电研究概况

1.3 本文的研究内容及章节安排

2直流电压下两相体放电的实验研究

2.1实验装置

2.2实验步骤和实验参数的测量

2.3实验结果及分析

2.4本章小结

3直流电压下两相体放电特性的机理分析

3.1引言

3.2直流放电空间电场畸变研究

3.3直流放电空间两相体颗粒荷电研究

3.4光电离和光致发射在两相体放电中的作用

3.5 两相体直流放电特性的微观分析

3.6 本章小结

4两相体直流放电中路径选择和发展研究

4.1引言

4.2基于统计模型的放电路径选择研究

4.3基于人工神经网络模型的放电路径发展研究

4.4本章小结

5全文总结与工作展望

5.1本文工作总结

5.2本文的主要贡献

5.3下一步工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表的主要论文

附录2 博士生期间参与的课题研究情况