基于紫外光谱的GIS局部放电快速检测方法研究

SF₆气体作为绝缘介质大量应用于气体绝缘组合电器(GIS)中。GIS绝缘缺陷引起的局部放电会导致SF₆气体发生分解。分析SF₆气体及其主要衍生物是检测GIS设备局部放电的一种重要方法。研究表明,SO₂是一种典型且稳定的局部放电衍生物,其变化规律可以用于表征GIS的绝缘状况。此外,紫外光谱检测系统具有价格低廉、不受现场电磁及振动干扰等优点。本文通过紫外光谱定性、定量分析SF₆气体稳定的衍生物SO₂,达到对GIS局部放电的快速检测。一阶导数和S-G滤波被用于光谱信息的去噪和平滑;以模拟放电实验验证特征选取合理性;主成分回归对SO₂浓度做定量分析;用SO₂浓度对放电时间做模糊判断。通过选择合适的波段(295～305 nm),紫外光谱能够很好的从SF₆气体复杂的衍生物中识别出SO₂。首先回顾了SF₆气体局部放电下的分解机理,然后通过模拟局部放电实验验证了紫外光谱用于GIS局部放电快速检测的合理性,最终做到了对GIS局部放电的快速检测和放电时间的模糊判断。     

SF6分子的10.6μm高分辨射流冷却激光吸收光谱

六氟化硫(SF₆)是一种长寿命的温室气体,其红外吸收光谱对模拟大气辐射平衡非常重要. SF₆也是研究激光分离同位素原理和技术的典型体系之一.由于SF₆分子较重,其室温下的红外光谱非常密集,给利用吸收光谱技术监测不同SF₆同位素分子的相对浓度带来很大困难.本文利用超声射流冷却和像散型多程吸收池技术,测量了32SF₆和33SF₆同位素分子在10.6μm波段的高分辨红外激光吸收光谱.处于振动基态的32SF₆和33SF₆分子在狭缝型超声射流中的转动温度约为10 K,谱线线宽约为0.0008 cm^–1.在此条件下观测到了SF₆一个新的热带,其Q支的位置在941.0 cm^–1附近.将其初步归属为32SF₆的(v1+v2+v3)–(v1+v2)带,对该热带进行简化的转动分析,并讨论利用该热带和33SF₆的v3基频带进行...     

均匀电场SF6短气隙放电过程动态模拟

根据基本物理定律和流体力学,构建均匀电场下SF₆短气隙放电流体模型,运用通量校正传输法(flux-corrected transport)数值分析大气压下4 mm间隙SF₆的放电过程,展现放电空间带电粒子产生、复合、附着、扩散以及光致电离动态过程,获得了放电间隙电场畸变、带电粒子动力学行为和放电通道形成发展历程和时空分布,根据R-M判据求出模型放电过程中电子崩转向流注的时空临界点,印证了光致电离在流注发展阶段的重要作用.     

Pt掺杂MoSe2吸附CF3I分解组分的第一性原理研究

CF₃I作为SF₆最具潜力的新型环保绝缘气体,在电气设备出现局部放电、过热等缺陷故障时,会产生C₂F₆和C₂F₄等强温室气体,为确保电力设备稳定运行,有必要对CF₃I典型分解组分吸附去除.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,通过吸附能、吸附距离、电荷转移和态密度等吸附指标,分别探究了不同数量Pt掺杂MoSe₂对C₂F₆和C₂F₄气体分子的吸附性能.研究结果表明：不同数量Pt掺杂在MoSe₂表面均存在稳定的掺杂结构,且相较本征MoSe₂,Pt掺杂后的MoSe₂导电性均得到了有效增强;Pt掺杂MoSe₂对CF₃I分解组分的吸附效果：Pt₂-MoSe₂>Pt-MoSe<...     

Si改性MoS2对g3环保气体典型分解组分的吸附特性研究

g3(green gas for gird)环保气体(C₄F₇N/CO₂混合)作为SF₆最具潜力的新型环保绝缘替代气体,近几年来受到了广泛关注.通过分析g3气体绝缘组合开关设备中的分解组分来检测局部放电、过热等缺陷故障,对于电力设备运行状态的评估和诊断具有重要作用.本文提出利用Si原子掺杂改性来提高MoS₂的气敏和吸附性能,并基于密度泛函理论(DFT)的计算方法,通过吸附能、电荷转移、态密度和局部态密度等参数指标,探究了本征MoS₂、Si改性MoS₂(Si-MoS₂)对g3气体典型分解组分—COF₂、CF₄、CF₃CN的吸附气敏机理.分析表明Si原子在MoS₂表面具有稳定的掺杂结构,相比本征MoS₂,Si原子改性之后的MoS₂的导电性得到了有效增强;Si-MoS₂     

基于紫外光谱检测的GIS内多类故障早期预警

气体绝缘开关(GIS)故障预警强调异常识别的实效性和现场适用性,是精确诊断的基础。研究GIS内局部放电(PD)及过热故障的统一预警方法具有重要意义。提出将SO₂作为GIS内部两类故障公共的特征分解物,并应用紫外光谱(UV)测量SO₂实现多故障早期预警。一阶导数法和Savitzky-Golay滤波被用于快速基线校正和光谱平滑,290～310 nm被选为特征区进行SO₂检测及定量。UV检测可避免诸如SF₆及SOF₂、SO₂F₂等分解物的干扰,便于从复杂的SF₆分解物组分中识别微量SO₂特征,测量系统结构简单、维护成本低、适于现场检测。通过模拟SF₆气体在两类PD缺陷及200～400 ℃过热条件下的分解实验,证实所提UV预警方法的有效性：两类GIS故障条件下都会稳定的生成SO₂。对UV预警后的故障诊断,借助傅里叶变换红外光谱仪及气相色谱仪,确认PD及过热故障下的分解物组分存在差异,并据此简要分析了故障类型辨识方法。PD分解物以SOF₂和SO₂F₂为主,SO₂含量远小于SOF₂,放电涉及环氧树脂时含碳分解物含量上升。过热材质为不锈钢时,SF₆约在300 ℃发生分解,300～400 ℃内的过热分解物主要为SO₂和SOF₂,350 ℃以上SO₂生成速率明显快于PD时。随着GIS内故障持续恶化,SO₂含量均呈现稳定上升趋势。在UV预警后,可利用获得的SO₂生成特性初步辨识故障类型。     

正弦交流电压驱动低气压CO2放电特性的对比:DBD结构与裸电极结构

火星大气富含CO₂(～95%),对其原位利用具有重要的科学和经济价值.高压放电转化CO₂具有绿色环保、可控程度高、使用寿命长等优势,在火星CO₂资源原位转化利用方面具有应用潜力.本文模拟火星低气压条件下CO₂氛围,针对kHz交流电压驱动两种典型电极结构(有/无阻挡介质)的放电特性开展对比实验研究,并辅以数值仿真分析两种电极结构下CO₂放电产物及其转化途径.结果表明,引入阻挡介质后,由于介质表面累积电荷和空间电荷畸变电场导致放电从半周期单次放电转变为多脉冲放电,不同放电脉冲对应的放电通道随机产生.主要放电产物中,CO依赖阴极位降区边界处电子与CO₂附着分解反应产生,O₂大部分产生于瞬时阳极表面或瞬时阳极侧介质表面电子与CO₂~+复合分解反应.进一步发现,介质引入不改变二者产生位置和主导反应路径,但会降低阴极位降区边界处电子密度和电子温度,使CO产量有所减少;并降低放电功率,使到达瞬时阳极表面和瞬时阳极侧介质表面的C...     

SF2自由基3d,5s里德伯态的实验确认

利用自行研制的脉冲直流放电装置产生SF₂自由基，结合共振增强多光子电离(REMPI)技术，研究了27—294nm范围内SF₂自由基(2+1)REMPI激发谱，获得了SF₂自由基3d,5s里德伯态相应的带源及被激活的对称伸缩振动模的振动频率，并估算了这些态的量子亏损值． 关键词：     

电负性混合气体临界电场强度的确定

本文讨论了确定电负性混合气体临界电场强度的两种方法。一是用电负性混合气体中各组成气体的预放电参数来确定按任意比例混合的气体之临界电场强度。另一是由高能脉冲激光释放电子,记录预放电电子电流波形来确定混合气体的临界电场强度。用这两种方法确定N₂和SF₆混合气体的临界电场强度,其结果十分符合。 关键词：     

β-SiC薄膜在SF6和SF6+O2中的等离子体刻蚀研究

以SF₆和SF₆+O₂为刻蚀气体,采用等离子体刻蚀工艺成功地对化学气相淀积工艺制备的β-SiC单晶薄膜进行了有效的刻蚀去除.实验指出当气体混合比约为40%时,刻蚀速率达到最大值.俄歇能谱分析表明,在SF₆和SF₆+O₂气体中被刻蚀后的样品没有形成富C表面的SiC层.研究结果为各种SiC器件的研制奠定了必要的实验基础. 关键词：     

Surface photoacoustic spectroscopy - a new technique for the study of surface vibrations

Photoacoustic studies of SF₆ adsorbed on Ag surfaces have been performed with a CO₂ laser. Simultaneous XPS measurements clearly demonstrate submonolayer surface sensitivity of photoacoustic spectroscopy under UHV conditions. The photoacoustic spectrum at 0.2 monolayer surface coverage shows a characteristic SF₆ vibrational band. Furthermore, XPS spectra exhibit fine structures indicating distinctive SF₆-Ag interactions.     

平行板电极边缘滑闪引起加载电压的“双峰”现象

平板电容器是电磁脉冲(EMP)模拟装置中常用的脉冲压缩器件,在平行板电极的SF₆沿面闪络实验中发现,原本前沿光滑的纳秒脉冲电压加载在平行板电极上,会在脉冲电压前沿上测得一尖峰,使加载的脉冲电压出现“双峰”现象。为探索该现象的原因,首先通过理论分析,认为该现象可能是由于平行板电极边缘发生了滑闪放电,增大了电极等效正对面积,使平行板电极的等效容值发生突变所致,容值变化越大,尖峰越明显。之后开展了不同气压下平行板电极的沿面闪络实验,并对放电过程的图像进行了拍摄,结果表明:平行板电极边缘产生的树枝状放电在低气压时主干明亮粗大,分枝较多,气压升高后,主干亮度和直径逐渐变小,分枝也越来越少;随着气压的增加,由于平行板电极边缘的滑闪放电受到抑制,平行板的等效面积变化率越来越小,尖峰出现时对应的电压幅值越来越高,且尖峰越来越不明显,与理论分析一致。     

Modeling the propagation of long, intense microwave pulses inmixtures of air and SF6

Self-consistent equations-Maxwell's equations and the electron fluid transport equations-are used to study the interaction of long, intense microwave pulses with gases. The threshold for breakdown is a factor of seven higher in SF₆ than in air. This difference is attributed to the fact that SF₆ is an insulator. When SF₆ was mixed with air, the breakdown threshold increased with the increase in the percentage of SF₆. Introducing 5-10% of SF₆ in air increased the breakdown threshold by a factor of 3-4. The electron density and conductivity and the plasma frequency increased as the pulse intensity increased. The growth rates of the electron density and conductivity were much higher in air than in SF₆     

Measurement of CO,HCN, and NO productions in atmospheric reaction induced by femtosecond laser filament

It is proved that the chemical reaction induced by femtosecond laser filament in the atmosphere produces CO, HCN, and NO, and the production CO and HCN are observed for the first time. The concentrations of the products are measured by mid-infrared tunable laser absorption spectroscopy. In the reduced pressure air, the decomposition of CO₂ is enhanced by vibration excitation induced by laser filament, resulting in the enhanced production of CO and HCN. At the same time, the CO and HCN generated from the atmosphere suffer rotation excitation induced by laser filament, enhancing their absorption spectra. It is found that NO, CO, and HCN accumulate to 134 ppm, 80 ppm, and 1.6 ppm in sealed air after sufficient reaction time. The atmospheric chemical reaction induced by laser filament opens the way to changing the air composition while maintaining environmental benefits.     

脉冲HF化学激光体系中的放电模式分析

采用面阵滑闪火花预电离诱导的平行板放电结构,研究了SF6-C2H6混合气体中的脉冲放电模式,确认了不同放电条件下存在自持体放电(SSVD)和电弧放电两种模式,且两种模式可以互相转化。SSVD模式放电电流波形主要由电容电压和气压决定,气体混合比和储能电容值对其影响很小。SSVD电流峰值随电容电压增加基本线性增加,随气压增加线性减小,分析表明这一特性是因为SSVD是由多个同步电子雪崩在时空上叠加而成,属于a过程主导的电子雪崩放电。     

用于飞秒激光纳米加工的TiO_2粒子阵列诱导多种基底表面近场增强

利用纳米粒子辅助对飞秒激光能量进行空间局域化,使其在基底表面诱导产生纳米尺度的近场增强,这对超衍射极限微结构加工具有重要意义.目前对于粒子阵列诱导飞秒激光纳米孔加工的研究仅限于金属Au粒子及低折射率聚苯乙烯介电粒子等,本文提出并开展了应用高折射率TiO_2介电粒子阵列作为辅助诱导激光近场增强从而进行飞秒激光超衍射纳米孔加工的研究.对TiO_2介电粒子阵列在Si,Pt及SiO_2表面的近场强度分布进行了数值模拟,研究其基底表面近场增强的规律及物理过程.研究结果发现,使用硅基底时,阵列与单一TiO_2球形粒子相比其近场增强仅下降约30%;相对于入射激光强度而言,在直径约为100nm的空间范围内获得140倍的近场增强,这一现象可用于百纳米孔的激光加工.同时在其他典型基底的理论计算结果中也表明,几乎在所有金属及介电材料表面均可以实现良好的百纳米空间范围内的近场增强,并且具有近场随着基底折射率变大而增强的规律.这些现象的产生归因于TiO_2粒子中磁四极振荡产生的激光前向场增强及粒子与基底的耦合作用.进一步引入镜像电荷模型对基底光学参数对其表面近场增强的影响规律进行了分析和解释.本文的模拟结果对飞秒激光近场超衍射极限纳米加工的应用有着重要的意义.     

Study of a circuit-breaker arc with self-generated flow. I. Energytransfer in the high-current phase

This study deals with the first phase of operation, corresponding to the energy transfer between arc and gas and to the pressure rise. The experimental study is devoted to measurements of current, arc voltage, and pressure variations in N₂ and SF₆. For currents of the order of 10 kA the mean measured electric field was about 32 V/cm in SF₆ and 36 V/cm in N₂. Through a bibliographical study and a modeling approach of the interruption arc, an analysis of the role of the different mechanisms of energy transfer between the arc and SF₆ was conducted. With a 10 kA pulse, about 80% of the transfer is found to be due to convection and the rest to radiation from the arc. This transfer results in an overpressure of nearly 1 bar in SF₆ and 2 bar in N₂. It appears that the operation of this type of circuit breaker is limited to high currents: for currents below 7 kA the overpressure is lower than 0.5 bar, which does not provide efficient blowing at current zero     

Excitation and relative differential oscillator strengths for trifluoromethyl sulphur pentafluoride, SF5CF3, in the UV–VUV region by electron energy loss spectroscopy

Electron energy loss spectroscopy (EELS) has been used to study the photo-absorption spectrum of trifluoromethyl sulphur pentafluoride (SF₅CF₃) for the first time. Comparison is made with the EELS spectrum of sulphur hexafluoride (SF₆). The photolysis of the compound is discussed with relevance to estimated lifetimes in the atmosphere. It is estimated that the lifetime of SF₅CF₃ is of the order of 1000 years.