【摘 要】
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气体绝缘金属封闭开关设备(Gas-insulated Metal-enclosure switchgear,GIS)因其运行安全可靠、占地面积小、环境友好等众多优点在现代电力系统中被广泛应用,但自由运动金属微粒污染在GIS中不可避免。自由运动金属微粒在GIS中运动时有发生局部放电,引起绝缘击穿,造成设备的不可逆损伤。目前国内外学者对自由运动金属微粒的研究集中于微粒运动的理论推导、运动特性和监测方法
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气体绝缘金属封闭开关设备(Gas-insulated Metal-enclosure switchgear,GIS)因其运行安全可靠、占地面积小、环境友好等众多优点在现代电力系统中被广泛应用,但自由运动金属微粒污染在GIS中不可避免。自由运动金属微粒在GIS中运动时有发生局部放电,引起绝缘击穿,造成设备的不可逆损伤。目前国内外学者对自由运动金属微粒的研究集中于微粒运动的理论推导、运动特性和监测方法,在微粒运动过程中的模型搭建和监测信号的特征量提取等方面有所不足,无法对现有监测结果分析提供理论依据,难以满足实际工程的需要。为提高对监测信号的识别水平从而准确分析GIS微粒故障,本文进行了微粒碰撞系数的测量,从而搭建了微粒仿真模型,在此基础上分析了微粒运动的声电信号,提取了可以表征微粒类型的特征参量。本文基于运行中和故障中的GIS设备所出现的金属微粒,分析其理化成分和物理形态,归纳微粒特点,选出了具有毫米级别的铝球、不锈钢球和铜球进行分析。根据微粒故障的特点,选取了传感器和信号放大器,搭建了试验平台,通过超声手段测量了铝球、不锈钢球和铜球的碰撞系数,从而建立微粒运动模型。本文推导了微粒在电场间的受力情况,包括电场梯度力及磁场力,由微粒的受力进而得到微粒在电极间的运动公式,发现微粒在电极间的运动形态与施加电压幅值、频率和初相角的关系。基于微粒的运动模型和受力分析推导,在软件中搭建仿真模型,改变电压幅值、频率等变量,观察微粒运动形态,研究微粒的运动特性,为微粒特征参量的提取奠定基础。本文进行了自由运动微粒在同轴电极间的运动试验,观察了运动过程和放电现象,提取微粒在同轴电极间运动时的超声信号和特高频信号。提出交流电场中可以表征微粒运动特性的方法,通过放电概率、带电量与放电量的比较、碰撞频率三个特征参量初步判断微粒的大小和材质,实现了微粒类型的识别。
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