【摘 要】
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环氧树脂绝缘子作为气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear,GIS）与气体绝缘金属封闭输电线路（Gas Insulated transmission Line,GIL）的重要组成部分,在长期直流高压的作用下,其表面积聚的电荷将引起原有电场畸变,甚至导致沿面闪络事故的发生。GIS/GIL在运行过程中可能发生振动,造成原本静止的金属微粒运动,改变表面电荷的分布特征,影
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环氧树脂绝缘子作为气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear,GIS）与气体绝缘金属封闭输电线路（Gas Insulated transmission Line,GIL）的重要组成部分,在长期直流高压的作用下,其表面积聚的电荷将引起原有电场畸变,甚至导致沿面闪络事故的发生。GIS/GIL在运行过程中可能发生振动,造成原本静止的金属微粒运动,改变表面电荷的分布特征,影响设备的绝缘安全。因此,研究振动对金属微粒动态行为及表面电荷积聚的影响具有重要意义。本文以126k V真型圆盘绝缘子为研究对象,构建振动实验平台,研究了振动对表面电荷积聚的影响规律,分析了振动前后线形金属微粒诱发的电荷分布特征变化,为进一步揭示圆盘绝缘子表面电荷的积聚机理提供参考。本文主要工作如下:1、设计了高幅/低频和低幅/高频的圆盘绝缘子周期性振动方案,分别采用推拉式合闸电磁铁与振动电机搭建了相应的振动系统,实现了加压过程中对绝缘子的振动控制。通过压电式加速度传感器采集振动信号,获得两种振动模式下的绝缘子振动加速度和速度曲线,结果显示,最大振动加速度分别可达338.9 m/s~2和4.6 m/s~2,振动频率分别为1.1 Hz和107.5 Hz。2、在±30 k V直流电压下,研究了振动模式对圆盘绝缘子表面电荷积聚特性的影响。结果表明,振动导致绝缘子表面同极性电荷量降低,其中非平面区电荷分布特征变化最明显;当有放电源时,同极性电荷量与分布面积的下降比无放电源时更显著,相同面积下同极性电荷变化量大于异极性电荷;在相同振动模式下,+30 k V下的同极性电荷积聚变化比-30 k V下更明显;在相同电压极性下,高幅/低频振动模式引起的同极性电荷下降百分比高于低幅/高频振动模式。振动能够引起绝缘子表面电荷脱陷,脱陷的同极性电荷沿法向电场向气体中消散,以及沿切向电场与异极性电荷复合是导致电荷积聚特性发生变化的主要原因。3、在高幅/低频振动模式下,观察不同初始位置的金属微粒在绝缘子附近的运动情况,探究微粒长度、启举方式、运动路径及最终静止位置对-30 k V下绝缘子表面电荷积聚特性的影响。结果表明,当金属微粒最终静止在绝缘子交界区或地电极附近的平面区时,其静止位置周围会积聚大量正极性电荷;微粒以先滚动后启举的方式离开电极时,即使金属微粒仅碰撞但未静止在交界区,表面也容易积聚电荷;随着金属微粒长度增大,表面电荷密度幅值呈增加趋势,并在微粒滚动路径上出现正负电荷带状分布。基于COMSOL Multiphysics软件的电场仿真结果表明,微粒带电量及其所处位置对局部电场的畸变作用会影响绝缘子表面电荷积聚特性。
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