覆膜对GIS中自由导电微粒运动行为的影响

摘要

以SF6气体为绝缘介质的气体绝缘金属封闭系统(Gas Insulated MetalEnclosed System，即GIS)具有性能稳定、可靠性高、传输容量大、损耗小、环境友好等优点，在特高压输电和离岸大规模风电输送等领域都有巨大的应用前景。
　　GIS在生产、运输、运行等过程中由于设备振动、摩擦、解吸附等不可控制因素将不可避免地产生金属微粒，对GIS绝缘性能产生严重影响，具体表现为:
　　1)沉积在外腔体表面的金属微粒将畸变其电场分布，引发内部局部放电;
　　2)受电场力的作用在GIS腔体内发生定向移动，减小间隙距离，引发间隙击穿;
　　3)定向移动并附着于绝缘子表面，畸变绝缘子表面电场分布，引发沿面闪络。
　　相关研究表明，GIS中存在金属微粒时，可导致其内部绝缘强度下降90％，严重影响GIS运行的稳定性和可靠性。
　　外腔体内表面覆膜是抑制金属微粒运动、改善金属微粒污染问题的一种重要措施。覆膜后，微粒与电极间的碰撞特性、电荷量、启举电压可能会发生改变，本文对此展开研究。
　　根据运动学原理，搭建了碰撞系数测量平台，研究了覆膜后微粒与电极表面的碰撞恢复系数。分别获得了粒径、碰撞速度、覆膜材料和覆膜厚度对碰撞系数的影响规律，并进行了回归分析。实验表明，通过采用硬度小弹性好的硅橡胶绝缘层可以达到控制微粒与电极碰撞后弹起高度的目的。
　　基于法拉第笼，搭建了直流电压下空气中微粒带电量测量实验平台，获得了覆膜对微粒带电量的影响规律。对不同电极覆膜（PET膜、硅橡胶膜等）时的带电量进行了测量，发现覆膜并不影响微粒的最终带电量，只是延长了微粒的充电时间。根据覆膜后微粒与薄膜间的传导带电机理，对上述结果进行了解释。
　　本文建立了覆膜后金属微粒启举实验平台，获得了直流电压下空气中微粒的启举电压。实验发现覆膜对微粒有明显的静电吸附作用，使得启举电压明显提高;研究了薄膜材质、厚度对微粒启举电压的影响。实验表明，电极表面覆上同样厚度的硅橡胶膜比PET膜情况下的启举电压大，随着薄膜厚度的增大，启举电压有增大趋势，但效果不明显。实验发现，覆膜后微粒的运动会明显减弱，且微粒将出现延时启举和间歇起跳现象。
　　最后本文指出了研究中存在的不足及尚待研究的问题，对GIS中金属微粒污染无害化研究做了展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 金属导电微粒运动

1．2．2 自由导电微粒运动的抑制研究

1．3 本文的主要研究内容

第2章 平行平板电极中微粒带电机理及受力分析

2．1 直流电场中裸电极下金属微粒的带电机理

2．2 直流电场中裸电极下金属微粒的受力分析

2．2．1 库仑力

2．2．2 重力

2．2．3 空气粘滞阻力

2．3 金属微粒的理论启举电压分析

2．4 本章小结

第3章 GIS中金属微粒的碰撞系数测量与分析

3．1 实验原理

3．2 实验装置

3．3 实验方法

3．4 实验结果分析

3．4．1 金属小球的直径对碰撞系数的影响

3．4．2 小球与铜板的碰撞速度对碰撞系数的影响

3．4．3 涂层材料对小球碰撞系数的影响

3．4．4 涂层厚度对碰撞系数的影响

3．5 本章小结

第4章 覆膜后金属微粒带电量和启举电压的测定

4．1 直流电压下空气中微粒的带电量测量

4．1．1 带电量测量实验平台介绍

4．1．2 电荷量实验测量结果

4．1．3 电荷量理论分析

4．2 直流电压下微粒启举电压的测定

4．2．1 裸电极下微粒的启举电压

4．2．2 覆膜后微粒启举电压的测定

4．3 直流电压下覆膜后金属微粒的运动情况分析

4．3．1 覆膜后绝缘膜对微粒的静电吸附现象

4．3．2 覆膜后微粒的启举时延现象

4．3．3 覆膜后微粒的运动行为

4．4 楔形电极中覆膜后微粒的运动分析

4．4．1 覆膜后微粒的起始运动电压

4．4．2 覆膜后微粒的运动分析

4．5 交流电压下覆膜后微粒启举电压的测定

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢