普冷温区气体绝缘特性实验系统的设计与分析

超导电缆终端结构的温度涉及到在普冷温区的较大范围,为给普冷温区气体的绝缘特性的研究提供实验平台,设计了普冷温区气体绝缘特性实验系统。介绍了该系统的组成和实验腔体的设计,总结了系统降温的规律特性,并且通过仿真分析实验腔体内的温度场分布和低温交流击穿实验验证,说明所设计的系统能够满足实验要求。     

长寿命同轴三电极气体火花开关设计和实验北大核心CSCD

设计了一种新型的同轴三电极结构,仿真计算结果表明开关在充电及触发时电场最大值区域均匀性良好。引入循环吹气系统能够控制放电产物的流向,减小对开关绝缘结构内壁的污染,可在提高气体绝缘恢复能力的同时延长开关绝缘外壳寿命。在重频实验条件下(±40kV/20kA/0.1 Hz)进行了寿命考核实验,目前单个开关寿命考核实验已大于17.2万发次,开关工作稳定,自击穿电压特性和触发延时抖动特性良好。     

HTS电力技术应用中的氮气绝缘特性研究

近年来,随着高温超导电力技术的快速发展,超导电力装置的电压等级也不断提高,目前已由配电级发展到110k V以上输电级。液氮作为超导绕组等超导电力装置核心部件的制冷剂,同时起到超导装置的高电压绝缘介质的作用。文中针对短路故障、短时脉冲过电流、瞬时过电压等极端情况下,由于液氮瞬间汽化,引发的超导电力装置绝缘水平退化问题,通过实验系统研究了氮气的绝缘与击穿特性,并重点研究了电极形状、电极间距和气体压力等因素对气体的击穿特性的影响规律,为高温超导电力装置,特别是电阻型超导限流器的设计与运行,提供理论与实验依据。     

基于光纤光栅倏逝波传感器的成品油挥发气体温度检测

由于具有易燃、易爆特性,故成品油挥发气体的温度检测具有重要的实际意义,而作为绝缘器件的光纤光栅传感器在此传感领域具有天然的优势。本文在实验上设计了一种基于腐蚀光栅(Etched Fiber Bragg Grating)的温度传感器,并将其用于空气、柴油和汽油挥发气体的温度测量。推导了腐蚀光栅的反射波长随温度变化的理论表达式,并与实验现象进行了对比。理论结论与实验结果吻合。同时实验发现,气体的温度变化与光栅波长的漂移量呈现良好的线性关系,表明FBG倏逝波传感器完全适用于测量成品油挥发气体的温度。     

气体开关对多级脉冲形成线输出波形的影响

为了提高脉冲形成线的输出耐压,采用组叠的方式将多个单级脉冲形成线进行串叠,可实现脉冲功率系统的小型化设计。基于多级薄膜介质线脉冲形成叠加技术,研究了气体火花间隙开关对多级脉冲形成线输出波形的影响。介绍了开关的设计原则,分析了开关抖动、开关电感、开关电阻对多级脉冲形成线输出特性的影响,并且从实验上研究了开关的导通特性对脉冲形成线输出波形的影响。实验结果表明:开关抖动会引起脉冲输出波形平顶时间减小,并且开关触发抖动会引起绝缘介质上的过电压条件,从而影响系统的绝缘设计;开关电感会使脉冲前沿变缓,平顶宽度变窄,后沿存在扭曲变形,存在拖尾现象;开关电阻的存在会降低输出效率。     

重复率气体火花开关绝缘恢复特性

在自行设计的气体火花开关上，利用双脉冲回路，对纳秒脉冲作用下Ｎ２和Ｈ２的绝缘恢复特性进行了实验研究。结果表明，在静态不吹气情况下，Ｈ２的绝缘恢复时间明显比Ｎ２短。在吹气情况下，适当的气流速度即可使绝缘恢复时间明显缩短。     

低温气体声学温度计测量原理与实验系统研制

热力学温度是温度测量的基准,应用气体声学温度计测量热力学温度是目前应用最广泛和测量最精确的方法之一。本文基于国内对于低温标准的需求,针对低温温度的精密测量,分析了采用球形谐振腔的气体声学温度计测量原理,并对谐振腔进行了静力学特性仿真模拟。在综合考虑降低非理想因素扰动的基础上,研制了一套在液氦温区4.2～20 K、利用脉冲管制冷机冷却的气体声学温度计实验系统,该系统将用于高精度低温温度测量实验以及气体工质的热物性研究。     

电磁脉冲模拟装置用3 MV中储电容器的研制

介绍了一台大型垂直极化有界波模拟装置所用中间储能电容器（简称中储电容器）的设计过程和实验结果。电容器采用基于元件和组件的模块化设计,呈锥台状结构,支撑壳体为真空工艺玻璃钢材料。电容器容值由模拟装置等效的二级脉冲压缩回路决定,取值为1.8 nF。电容器内部绝缘介质为十二烷基苯,外部绝缘介质为45#变压器油,设计耐压3 MV,其绝缘长度主要由元件的体绝缘特性决定。采用三维电磁仿真软件估算中储电容器与中储开关构成回路的电感为659 nH,接近于实测数据623 nH。电容器上脉冲电压的测量通过对电容器电流进行积分来获取,而电流的采集采用封装在SF₆气体中的3个膜电阻并联后所构成测量模块实现。实际运行数据表明,中储电容器容值达到设计值,测量探头标定系数稳定,在工作电压3.1 MV条件下未发生绝缘问题。     

4层圆盘锥形磁绝缘传输线的电流测量

为获取PTS装置磁绝缘传输线的电流,设计、标定了微分环。探头使用镍铬合金膜屏蔽空间电子,采用在线标定。设计相应的馈入结构从负载区分别对不同层磁绝缘传输线馈入信号,在每个三平板传输线出口的板堆过渡区位置安装短路杆,能够在磁绝缘传输线上得到基本均匀的电流,实现电流探头的逐层标定。频响分析表明金属膜屏蔽效应导致探头的高频特性变差。实验表明,贴膜的探头频响上限为50.3MHz,满足被测信号的要求。实测PTS装置磁绝缘传输线电流与负载区电流的测量结果自洽,且各层电流与总电流等结果符合理论预计。     

从光晶格中释放的超冷玻色气体密度-密度关联函数研究

利用量子旋转场理论详细研究了从光晶格中释放的超冷玻色气体的空间密度-密度关联函数.由于量子旋转场理论充分考虑了光晶格中冷原子气体的粒子数涨落和相位效应,该理论能有效应用于具有强相互作用的冷原子系统,从而光晶格处于超流态到绝缘态逐渐过渡过程中的超冷原子气体的关联特性在这一理论体系下都得到了很好的描述.结果表明:随着超冷玻色气体逐渐从绝缘态向超流态过渡,其密度-密度关联图样中连续对角斜线也逐渐向分散的尖峰过渡,理论结果与目前实验观测到的结果符合.除此以外,上述密度-密度关联的结果中还包含了超冷原子系统量子耗散效应,相关结论与目前已有的理论和实验一致.     

10 kV双极同轴高温超导直流电缆低温绝缘特性研究

本文对10 kV冷绝缘正负极同轴直流高温超导电缆的低温绝缘特性进行了研究。聚丙烯层压纸PPLP是冷绝缘高温超导电缆常用的绝缘材料,首先对PPLP开展了液氮下的击穿实验研究,通过三参数Weibull分布对实验数据进行拟合,得到了PPLP的直流耐压、雷电冲击耐压绝缘强度。以此为基础,对10 kV双极同轴高温超导直流电缆的本体绝缘进行设计,制作了1 m长的模型电缆样品,最后按照国家标准要求,对电缆样品进行了耐压试验测试,验证了绝缘设计的合理性。     

大电流两电极气体开关研究

 由于引燃管难以满足现在能源系统对放电开关承受大电流的要求,因此研制了大电荷转移量两电极气体开关。这种新型气体开关电极间距可调,无触发极,采用同轴结构,并将主电极置于金属腔体内,减少了放电对绝缘支撑的污染。主电极为铜钨合金材料,设计为平顶圆柱状,以提高烧蚀均匀度和热传导效率,减少电极材料喷溅,延长其寿命。绝缘支撑采用碗状结构,提高了机械强度,增加了沿面击穿距离。该开关工作电压达25 kV,放电电流超过100 kA（脉冲宽度600 μs）,单次脉冲电荷转移量达50 C。实验结果显示该气体开关触发性能稳定,电极表面烧蚀均匀,多次大电流实验后电极表面保持完好,可应用于强激光能源系统。     

用于痕量气体浓度测量的比较式光腔衰荡气室设计与研究

在采用光腔衰荡技术实现痕量气体浓度测量时,设计了用于痕量气体浓度测量的比较式光腔衰荡气室。通过对双探测器的比较及对数线性化,利用所设计的系统及其气室对气体浓度在线测量并进行了实验分析。得出了同种气体不同浓度时光的吸收程度随时间变化的规律与特性,实现了测量分辨力为10^-9的测量结果。     

基于激光技术结合温度修正的高温HF气体检测方法研究

氟化氢(HF)是变电站气体绝缘开关进行故障诊断的重要特征气体之一,因此HF气体的高测量精度,快速响应,实时在线检测的方法是工业和环境领域的研究重点之一。结合激光吸收光谱技术和蒙乃尔钢材加工的耐腐蚀多次反射池搭建HF检测实验系统;分析了HF气体在不同温度下的激光吸收光谱特性,根据HITRAN数据库的HF气体配分函数系数得到配分函数曲线和吸收线强曲线;在研究工作中重点设计了结合激光光谱解析和温度参数修正的浓度反演算法以实现气体浓度的准确检测;结合多次反射吸收池的温度特性利用不同浓度配比的HF样气得到连续实验结果。多次反射池加热后并稳定工作在313和323 K时,温度修正前浓度反演的最大相对误差分别为5.33%和5.87%,温度修正后浓度反演的最大相对误差分别为1.20%和1.47%。通过连续检测和计算,系统在323K时HF检出限为8.7×10-5 mmol·mol-1,高于290K时的检出限6.3×10-5 mmol·mol-1(20 m光程)。尽管高温环境下温度修正后的检测误差大于室温情况,但是同一高温下温度修正后的检测误差仍低于未经过温度修正的值。通过该研究证明了本浓度反演算法工作稳定、可靠,可以满足化工生产现场HF实时监测的需求,对于我国工业HF气体的安全排放监管和环境保护起有效的技术支持。     

MV级重复频率三电极气体开关的优化研究

 对一种高工作电压、高重复频率的三电极气体开关的优化设计方法进行了研究,包括绝缘结构的优化、最优触发孔径和触发电极位置的选取。采用设计开关开展了实验研究,并对实验结果进行了分析。结果表明,开关实现了工作电压1.1 MV,峰值电流约13.8 kA,重复频率100 Hz的最大稳定运行参数,性能满足设计要求;开关绝缘恢复性能良好,各次电压波形幅值均匀,分散性小,归一化标准偏差小于3%。     

MV级重复频率三电极气体开关系统的设计及初步实验

介绍一个结构紧凑的三电极重复频率气体开关系统的设计以及初步的调试实验结果。开关系统结构上可分为3大部分：气体开关室、高压气流循环系统、触发发生器。气体开关室为气体火花开关的主体，通过可控的气体火花放电来控制电子束源能量的转换；高压气流循环系统产生高速气流以加速开关的极间绝缘恢复，实现高重复频率运行；触发发生器作用是通过空间磁耦合，将初级电容上储存的电能，转换成高压脉冲信号馈送到开关触发间隙，控制开关导通。     

冷绝缘高温超导电缆绝缘设计的研究

目前随着国内外高压输电系统的不断发展,许多研究机构一直试图开发高电压等级的高温超导电缆系统,这就要求设计的HTS电缆要有可靠的绝缘性能和优化的绝缘设计技术.根据超导电缆的结构特点和高温超导电缆系统的运行特点,对Nomex和PPLP进行了交流耐压、雷电冲击、局部放电(PD)起始电压和热循环等高压绝缘特性试验.根据不同厚度...     

电极熔蚀导致的气体开关绝缘子性能劣化

气体开关导通时,电极材料熔融或汽化并从电极表面移出,导致开关绝缘子被染污,并可能诱发开关内绝缘闪络事故,直接影响气体开关寿命和脉冲功率系统稳定性。在开关内嵌入有机玻璃圆环,收集黄铜电极熔蚀产物,并研究其对开关绝缘子表面形貌和沿面绝缘强度的影响。实验结果表明,电极熔蚀会产生大量金属蒸汽和溅射液滴,且熔蚀产物具有明显的轴向分布特性,其中,金属蒸汽冷凝并附着在绝缘子表面,形成细微的金属粉末;溅射液滴轰击绝缘子表面,在局部区域形成密集的表面裂纹和金属颗粒嵌入物。在两种电极熔蚀产物的共同作用下,开关绝缘子表面绝缘电阻下降,闪络场强降低;同时,绝缘子表面轴向不同区域的绝缘电阻差别很大,引起绝缘子表面电压分布不均和局部电场增强,最终导致开关绝缘子闪络电压降低,闪络概率增大。     

三级GEM气体探测器性能的实验研究

GEM探测器是一种新型微型气体探测器(Micro-Pattern Gas Detector), 在粒子物理实验及低能X射线成像系统中有着较大的应用前景. 文章研制了一种适用于低能X射线成像和带电粒子径迹测量的三级GEM气体探测器. 使用放射源⁵⁵Fe对其气体放大特性、电荷传输效率及能量分辨本领等性能进行了实验研究, 重点研究了传输区电场对气体有效增益和能量分辨本领的影响. 实验结果表明, 三级GEM探测器的暗电流和噪声较小, 有效增益能够达到10⁵以上并稳定地工作, 对5.9keV的X射线能量分辨率可达24%, 传输区电场强度大于3000V/(cm.atm)时, 能量分辨率基本稳定在30%左右.     

MV级气体开关脉冲自击穿特性及支撑结构的优化

 设计了两种结构的1 MV气体开关:一种是高压电极为悬臂,未突出绝缘支撑筒的结构（悬臂开关）;一种为高压电极突出绝缘支撑筒的结构（分段支撑开关）。结合上述两种开关在脉冲电压下的自击穿实验和静电场模拟,分析了不同开关结构对电场分布的影响,结果表明分段支撑开关比悬臂开关的绝缘更安全,性能更稳定。分析了悬臂开关绝缘支撑筒击穿的原因,认为是开关内形成的流注在电场作用下加速并轰击支撑筒表面导致了支撑筒的绝缘损坏。利用自击穿实验的结果,给出了包含场增强因子形式的Bradley经验公式,计算值与实验结果吻合较好。