作者单位
摘要
1 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院,南京 211103
2 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
对于场线耦合问题,经典传输线理论不适用于求解高频电磁干扰辐照下传输线负载上的电压和电流响应。针对这一问题,首先介绍了一种基于天线理论和模拟行为建模(ABM)的时域全波建模方法。该方法利用Harrington矩量法将电流积分方程离散并推导得到宏模型时域表达式,然后利用ABM频域功能实现频变参数的傅里叶逆变换和时域卷积计算。利用电路求解器,该建模方法可直接求解任意结构传输线耦合的负载处瞬态响应;与传统全波算法相比,模型一旦建立便可应用于任意入射场和线性/非线性负载的情况,无需重复耗时地求解电流积分方程。该方法可简化全波算法求解过程,提高仿真计算效率,尤其便于在入射场和负载存在不确定参数时进行高效重复抽样计算以获得统计特性。然后以高频电磁干扰耦合有损大地上的双导体传输线为例,通过与数值电磁代码和传统传输线理论方法的求解结果对比,验证了所提宏模型的有效性以及传输线理论在解决场线耦合问题时的局限性。结果表明,基于全波方法构建的宏模型可在时域内高效准确地求解高频电磁干扰辐照下任意形状传输线负载上的瞬态响应。
高频电磁干扰 场线耦合 天线理论 宏模型 模拟行为建模 high-frequency electromagnetic disturbances field-to-line coupling antenna theory macromodel analog behavior modeling 
强激光与粒子束
2023, 35(2): 023005
作者单位
摘要
1 西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室,西安 710024
2 西安交通大学 电气绝缘与电力设备国家重点实验室,西安 710049
百kV/cm高场强纳秒脉冲条件下,采用J. C. Martin经验公式估算SF6气体击穿场强时,估算值与实验结果差异显著。为了进一步指导高场强脉冲气体开关设计,为开关工作状态调节提供依据,借鉴经典击穿场强经验公式形式建立了百kV/cm场强下SF6气体开关纳秒脉冲击穿场强和时延与实验参数之间的关系,基于实验数据拟合形成了修正系数的击穿场强和时延经验公式。研究表明,百kV/cm场强和纳秒脉冲条件下脉冲电压斜率对开关击穿特性有重要影响,击穿场强与击穿时延相互关联。百ns至μs脉冲与几十ns脉冲气体放电机理的区别引起放电过程中击穿时延组成发生变化,导致了经典击穿场强经验公式估算值与实验结果的显著差异。修正系数的击穿经验公式可为电磁脉冲模拟器输出开关提供更为精确的工程设计依据。
高电场强度 纳秒脉冲 击穿场强 击穿时延 经验公式 high electric field nanosecond pulse breakdown electric field breakdown time delay empirical formula 
强激光与粒子束
2022, 34(7): 075004
作者单位
摘要
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 瞬态电磁环境与应用国际联合研究中心,西安 710049
2 北京航天发射技术研究所, 北京100076
高空电磁脉冲(HEMP)可能造成广域基础设施的故障或损毁,考虑到经济原因,需要科学合理地评估其中关键电气电子设备在HEMP辐照下的易损性。将不确定性量化与设备效应评估相结合,总结出基于裕量与不确定性量化(QMU)的电气电子设备易损性评估方法及其工作流程,包括:筛选设备关键参数,通常为耦合通道电流、电压的范数;通过HEMP环境及其与设备耦合的数值仿真及不确定性量化,得到HEMP下设备关键参数的概率分布,作为设备的威胁水平;对工作状态下设备进行HEMP效应试验,通过统计推断得到设备效应阈值概率分布,作为设备在威胁下的强度;计算威胁水平与设备强度间的距离,量化设备关键参数的裕量及其不确定性,评估HEMP下的设备易损性。基于QMU的电气电子设备易损性评估方法还可为后续防护设计提供基础数据和评估方法。
高空电磁脉冲 裕量与不确定性量化 易损性评估 不确定性量化 场线耦合 high-altitude electromagnetic pulse quantification of margins and uncertainty vulnerability assessment uncertainty quantification field-to-line coupling 
强激光与粒子束
2021, 33(12): 123011
作者单位
摘要
1 西安交通大学 电气工程学院,西安 710049
2 西安交通大学 电气工程学院,西安 710049;西北核技术研究院,西安 710024
介绍了一种基于新型高功率超高速半导体断路开关——漂移阶跃恢复二极管(DSRD)和可饱和脉冲变压器的高电压高重频超高速全固态脉冲源。设计了脉冲源的电路拓扑结构,理论上分析了脉冲源电路的工作原理,研究获得了可饱和脉冲变压器匝数、磁芯截面积及负载阻抗等参数对脉冲源输出特性的影响的规律。实验结果表明:脉冲源在50 kΩ阻性负载条件下,输出脉冲峰值电压约38.2 kV,脉冲前沿约7.1 ns,脉冲宽度约14.1 ns,输出峰值功率约29.2 kW,可在400 kHz重复频率下稳定工作。
漂移阶跃恢复二极管(DSRD) 脉冲源 可饱和脉冲变压器 高重频 drift step recovery diode(DSRD) pulse generator saturable pulse transformer high repetitive frequency 
强激光与粒子束
2020, 32(10): 105002
作者单位
摘要
1 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
2 西北核技术研究院 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室,西安 710024
消毒灭菌技术广泛应用于食品工业、医疗领域、水处理等方面。相对于传统化学和热效应的消毒灭菌方法,γ射线、X射线、电子束、微波、低温等离子体、紫外线、高压脉冲电场等物理手段具有不污染环境、消毒灭菌温度低、没有化学残留物等优点而日益受到重视。但这些物理技术手段各有不同,本文首先介绍了γ射线、X射线、电子束、微波、低温等离子体、紫外线、高压脉冲电场等消毒灭菌的技术原理,然后对比了各自优缺点和应用领域。每种方法都有优势和不足,应针对不同的消毒灭菌对象而选择不同的方式。最后,展望了消毒灭菌的发展方向,提出了消毒灭菌在家庭日常消毒、医疗垃圾处理、有人状态下的室内空气消毒等方面的迫切需求。
消毒灭菌 X射线 电子束 微波 低温等离子体 紫外线 高压脉冲电场 disinfection and sterilization X-ray electron beam microwave low-temperature plasma ultraviolet high-voltage pulsed electric field 
强激光与粒子束
2020, 32(5): 059001
作者单位
摘要
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, 瞬态电磁环境与应用国家级国际联合研究中心, 西安 710049
设计了一种差分开关振荡器,能够产生中心频率300 MHz的差分衰减振荡信号,并研制了基于差分开关振荡器和螺旋天线的辐射系统。首先将相同中心频率的差分开关振荡器与单端开关振荡器对比,表明差分开关振荡器的耐压和输出电压是单端开关振荡器的两倍;然后介绍了差分开关振荡器的设计方案,对其阻抗特性和静电场分布进行了分析,仿真了其瞬态工作过程;之后根据差分开关振荡器的输出形式,研制了一种差分注入的螺旋天线,作为系统的辐射天线;最后介绍了该差分型辐射系统在不同辐射距离,不同充气气压下的实验结果,并与单端型辐射系统进行了对比。结果表明,该辐射系统能够产生中心频率300 MHz,百分比带宽约20%的高功率宽带电磁脉冲,最大辐射场强约18 kV/m,有效电势约110 kV,场强与单端型辐射系统相比近似提高了1倍。
高功率宽带电磁脉冲 差分开关振荡器 差分螺旋天线 高场强 high power mesoband EMP differential switched oscillator differential helical antenna high electric field intensity 
强激光与粒子束
2019, 31(7): 070008
作者单位
摘要
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 全球能源互联网研究院有限公司, 北京 102200
3 国网江苏省电气有限公司信息通信分公司, 南京 210024
随着电网智能化和整体规模的提高,现代电力系统越来越容易受到高空电磁脉冲的威胁,一旦关键环节故障将有可能导致连锁反应,造成大面积停电。而针对不同的电力设备,其效应模式和威胁等级也有所不同,需要进行分类和分级研究。根据电力设备在电磁脉冲作用下的不同效应模式,将其分为SCADA系统与继电保护设备,变压器、互感器等线圈类设备,线路与设备避雷器与其他设备,并分析了其效应机理。然后考虑高空电磁脉冲威胁下电力设备存在多种效应等级,介绍了不同效应分类方法以及多等级效应评估模型。最后综合考虑易损性和重要性以及系统间的级联影响,分别梳理总结了在E1和E3作用下电力系统的故障链模式。
电力设备 高空电磁脉冲 效应模式 多等级分类 electric equipment electromagnetic pulse effect model multistate classification 
强激光与粒子束
2019, 31(7): 070007
作者单位
摘要
1 俄罗斯科学院 联合高温研究所, 莫斯科 125412
2 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
在系统运行与不运行状态下,线路绝缘子因高压脉冲而产生闪络和损伤现象的研究结果显示,脉冲干扰和系统工作电压的共同作用将对电力系统带来灾难性的威胁。而在电力系统中,高压变压器是非常重要并且昂贵的设备。本文给出了一些针对变压器在脉冲干扰和系统工作电压共同作用时的试验方法。
脉冲干扰 工作电压 联合作用 高压变压器 pulse disturbance operating voltage joint action high-voltage transformers 
强激光与粒子束
2019, 31(7): 070006
作者单位
摘要
西安交通大学 电气工程学院, 西安 710049
针对瞬态电磁场辐照多导体电缆问题,首先介绍了一种用于计算架空及埋地线缆瞬态响应的高效时域宏模型。该模型基于传输线理论,利用广义特征线法和SPICE求解器中集成的模拟行为建模库,在时域内实现建模过程中涉及的频率相关参数和卷积计算。该方法适用性广泛,可同时用于架空及埋地线缆的场线耦合建模仿真;与现有时域有限差分法相比,不需要对时间和空间进行离散,以及对频率相关参数进行矢量匹配或数值逆傅里叶变换,因此可简化建模步骤,提高建模及仿真计算的效率;该宏模型计算效率不受线缆长度限制,适用于研究多导体长距离线缆。其次,在时域和频域分别研究了高空电磁脉冲(HEMP)的环境及特点。最后,利用算例验证了所提宏模型计算架空及埋地线缆响应的有效性,并利用该方法分别研究了架空地线对三相输电线路瞬态响应的影响以及埋地电力电缆金属护套在端接线性及非线性保护器件时对HEMP的瞬态响应。结果表明,宏模型法可在时域内高效地计算入射场耦合架空输电线及埋地电力电缆的瞬态响应,特别是对于带有非线性器件的长多导体线缆。
时域宏模型 模拟行为建模 架空及埋地线缆 高空电磁脉冲 瞬态响应 time-domain macromodel analog behavioral modeling overhead and buried lines high altitude electromagnetic pulse transient responses 
强激光与粒子束
2019, 31(7): 070003
作者单位
摘要
西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 瞬态电磁环境与应用国际联合研究中心, 西安 710049
高空电磁脉冲的早期分量幅值高、频谱宽、分布范围广,是高空核爆的电磁效应的重要组成部分。分析了国内外高空电磁脉冲早期分量仿真计算法的研究进展,并选取基于高频近似并考虑电子与电磁场自洽作用的EXEMP算法进行详细介绍,通过数值计算结果总结了高空电磁脉冲的时域波形和空间分布随场源当量、爆高等参数变化的规律,与IEC标准约定的波形时域和空间特征一致。针对HEMP计算中部分参数的不确定性,分析参数取值偏差和波动对电磁脉冲计算结果的影响,使用多项式混沌方法联合Sobol全局敏感度指标对其进行不确定量化,得到电磁脉冲关键值可能分布的上下界、分布的概率密度等信息,分析各参数在特定取值范围内对电磁脉冲特征参数的影响及联合影响。
高空电磁脉冲 电磁场计算 不确定性 不确定量化 HEMP electromagnetic simulation uncertainty uncertainty quantification 
强激光与粒子束
2019, 31(7): 070002

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