1 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室, 陕西 西安 710049
2 海南电网有限责任公司电力科学研究院, 海南 海口 570125
绝缘纸的老化状态决定了油浸式变压器的剩余寿命, 对绝缘纸的老化状态进行快速有效的评估具有重要意义。 聚合度是表征纤维素绝缘纸老化程度最直接可靠的参量, 在实验室中通过粘度法检测获得, 但该方法需要获得设备纸样, 不但检测耗时长, 还会对变压器类设备的绝缘造成破坏。 近红外光谱分析技术可以快速有效测定物质中的组分含量, 检测过程非侵入、 对绝缘无损, 目前已成功应用于多个领域, 有望成为替代传统聚合度检测的新方法。 然而, 现有的近红外光谱定量分析方法尚不能满足绝缘纸聚合度的预测精度需求, 建立了基于高斯过程回归(GPR)的绝缘纸老化状态定量评估方法。 构建了不同老化程度绝缘纸样本—近红外光谱数据库, 使用Savitzky-Golay卷积平滑算法对光谱数据进行平滑处理以提高信噪比; 研究了不同核函数GPR模型并开展了模型预测精度分析与参数敏感性检验。 结果显示, Exp核模型泛化性能较差, Matern32核、 Matern52核以及RQ核模型对参数敏感性较高、 模型稳定性较差, 最终选择了SE核GPR模型作为最优模型。 将SE核GPR模型与近红外分析领域常用的PLS, SVR与BPNN模型进行性能对比, 结果表明, GPR模型对校正集以及验证集样本的预测误差均最小(RMSE分别为65.5与70.6), 且预测结果与粘度法结果相关系数最高(r分别为0.94与0.93)。 与其他三种模型相比, GPR模型的RMSE比PLS, SVR与BPNN模型低54.1%, 58.8%和12.9%, 显示GPR模型在绝缘纸近红外光谱老化评估领域具有一定优势。
油纸绝缘 近红外光谱 老化状态 定量分析 高斯过程 Oil-paper insulation Near-infrared spectroscopy Aging condition Quantitative analysis Gaussian process 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3073
强激光与粒子束
2021, 33(6): 065001
1 电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学), 西安 710049
2 电子物理与器件教育部重点实验室(西安交通大学), 西安 710049
为深入研究高功率微波(HPM)作用下介质窗沿面击穿破坏的物理机制，探索提高闪络场强阈值的方法和途径，开展了介质窗表面矩形刻槽抑制电子倍增的理论与试验研究。首先根据动力学方程建立了介质窗表面电子倍增模型并分析了介质窗槽内电子运动轨迹，考虑了矩形槽结构对表面微波电场的影响，理论分析表明在闪络击穿的起始和发展阶段矩形槽可有效抑制电子倍增。在S波段(2.86 GHz，脉宽1 μs)下开展了介质窗表面矩形刻槽的击穿破坏试验，试验结果发现表面矩形刻槽可大幅度提高微波传输功率，在槽深(1.0 mm)一定时不同的刻槽宽度(0.5 mm和1.0 mm)对应的微波功率抑制范围不同。采用PIC-MC仿真模拟槽内倍增电子的时空演化，仿真结果很好地验证了试验现象。
高功率微波 二次电子倍增 介质窗 沿面闪络 矩形槽 high power microwave electrons multipactor dielectric window flashover rectangular grooves 强激光与粒子束
2014, 26(6): 065008
1 西北核技术研究所, 西安 710024
2 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710017
聚四氟乙烯、聚乙烯、有机玻璃等介质材料因其良好的透波性能和优异的机械性能被广泛用作高功率微波的输出窗口, 但关于窗口加工处理工艺对材料介电性能的影响却少有研究。利用高压电桥及高阻计对不同介质材料不同工艺下的基本介电参数进行了测量, 利用静电感应法对不同介质材料表面0.8~0.9 eV浅能级的电子陷阱密度分布进行了测试, 利用波导口开展了S波段800 MW、百ns微波脉冲作用下的介质击穿实验, 考察了材料表面粗糙度、划痕对介质窗表面击穿的影响。结果表明: 烘烤工艺在一定程度上降低了材料的耐击穿性能, 增加了介质损耗; 平行于电场方向的划痕形成了材料表面击穿的通道, 而该通道的存在又进一步加剧了击穿的发生。
表面电荷 介电性能 静电感应法 电子陷阱 surface charge dielectric property electrostatic induction method electron trap
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
2 西北核技术研究所, 西安 710024
3 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
综述了国内外真空中高功率微波(HPM)下介质窗表面击穿问题的研究现状和进展。在介质窗表面击穿实验研究方面, 介绍了国外最具代表性的研究成果, 给出了介质窗材料表面及内部的破坏发展规律, 并提出相应的理论模型。在理论仿真方面, 重点介绍了国外在运用蒙特卡罗(Monte Carlo)程序和PIC模型对认识HPM下介质窗表面倍增放电机理上做出的突出贡献, 给出了HPM下介质窗表面电子在不同影响因素下的运行状态, 并提出了一个理论模型, 从本质上解释了倍增电子数目和表面静电场以微波频率的2倍振荡的原因。介绍了目前几种可有效抑制介质窗表面微波击穿的技术手段。
高功率微波 介质窗 表面击穿 蒙特卡罗模拟 PIC模拟 倍增放电 high power microwave dielectric window surface breakdown Monte Carlo simulation PIC simulation multipactor discharge
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安 710049
2 西安交通大学 电子物理与器件教育部重点实验室,西安 710049
3 西安电子科技大学 电子工程学院,西安 710071
4 西北核技术研究所,西安 710024
建立了真空中高功率微波作用下介质窗表面电子运动2维仿真模型,充分考虑了微波电磁场及介质表面静电场等影响因素。通过对不同电子出射初始角度和微波场参数(电场幅值、频率及电子出射时电场相位)对电子运动状态影响的仿真分析,得到了二次电子倍增过程中电子在复合场下的运动轨迹、电子重新返回介质表面的撞击能量及返回时间等状态参数,获得了电子运动状态参数随电子出射角度和微波场参数的变化规律。研究发现:电子出射角度对其运动状态有显著影响,电子存在运动轨迹最大的某一出射角度,该角度下电子拥有最大的撞击能量;微波电场幅值的增加将使电子撞击能量增加,返回时间减小,微波电场相位的变化使电子的撞击能量和返回时间呈周期振荡,这从本质上解释了电子数量在二次电子倍增过程中以微波频率两倍周期振荡的原因;随着微波频率的增加电子将由简单的类抛物线运动转变为复杂的振荡运动。
高功率微波 介质窗 2维仿真 电子运动轨迹 撞击能量 返回时间 high power microwave dielectric window 2-D simulation movement trajectories of electrons impact energy return time
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安 710049
2 西安电子科技大学 电子工程学院,西安 710071
3 西北核技术研究所,西安 710024
在X波段微波源(频率9.4 GHz,功率1 GW)下,对4种典型介质窗材料(聚四氟乙烯、有机玻璃、低密度聚乙烯及高密度聚乙烯)在真空中进行了微波放电击穿实验,同时考虑了材料的不同表面处理工艺(表面刻槽和抛光)对其击穿特性的影响,对微波击穿后样品的表面形貌进行了宏观和微观分析,实验观测到:介质表面出现了沿微波电场方向的明显树枝状破坏现象,且材料表面处理工艺对其击穿破坏程度有显著影响,认为树枝状破坏通道与施加的微波场有着密切的关系。通过观察透明有机玻璃内部的树枝状破坏,发现树枝既沿介质表面生长,同时也向介质内部发展。提出了微波作用下介质窗击穿破坏的物理模型,认为微波电场导致树枝状破坏沿电场方向发展,而微波磁场导致树枝状向介质内部发展,并进一步给出了树枝状破坏起始和发展的可能原因。
高功率微波 介质窗 沿面击穿 微观形貌 树枝状破坏 HPM dielectric window surface breakdown micro-morphology tree-like breakage
西安交通大学,电气工程学院,电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安,710049
综述了国内外半导体沿面闪络的研究现状,阐述了电极结构的类型和影响闪络的主要因素;根据自定义的等值电导参数将闪络的发展划分为欧姆电导、局部闪络和贯通闪络3个阶段;通过对表面细丝电流的热过程进行实验和仿真研究,认为表面细丝电流通道的温度可以接近材料熔点,这一结果同时也支持了表面发热导致气体分子解吸附的假设;进一步通过气体解吸附的实验初步确定了存在外部的闪络通道.
半导体 沿面闪络 热过程 细丝电流 气体解吸附
