王忠东 作品数:9 被引量:67 H指数:6 供职机构: 曼彻斯特大学 更多>> 发文基金: 国家自然科学基金 中央高校基本科研业务费专项资金 国家留学基金 更多>> 相关领域: 电气工程 一般工业技术 更多>>
电极声阻抗对电声脉冲法恢复算法与测量结果的影响 被引量:2 2020年 采用电声脉冲法测量空间电荷分布时,对畸变的测试波形进行准确恢复至为关键。基于电极与试样界面压力波的等效传输模型,提出上电极与试样声阻抗的不同会影响实际测试得到的电极界面压力波幅值,同时结合电脉冲下不同区域内压力波的传播过程,分析指出声阻抗差异会影响衰减恢复与电荷量转换两个过程。进一步,基于衰减系数与电压-电荷转换系数的推导,提出考虑上电极声阻抗影响的单双层介质界面与空间电荷的改进恢复算法,不同电极材料下测试波形的恢复结果验证了算法具有更高的精确度。与以往算法的对比结果表明,即使采用半导电上电极,在恢复计算中仍需计入其与试样的声阻抗差异。最后由双层介质测试波形的恢复结果表明,改进算法可推广应用于多层介质的空间电荷波形恢复中。 任瀚文 李庆民 王靖瑞 刘涛 王忠东关键词:电声脉冲法 空间电荷 声阻抗 电场下聚酰亚胺破坏的反应分子动力学模拟 被引量:3 2019年 为深入研究聚酰亚胺(polyimide,PI)固体绝缘材料在电场作用下的破坏机理,采用ReaxFF(reactive force field)反应分子动力学方法,计算模拟Kapton型聚酰亚胺模型在电场作用下的破坏过程,从原子层面分析了其化学键的断裂/生成过程、特征产物的生成机理,并从原子内电荷结构的角度揭示了电场作用对化学键断裂的影响。对聚酰亚胺模拟体系外加强度分别为4、4.5、5、5.5、6×10^(-3)V/nm电场,结果表明:电场强度影响分子裂解的速度和反应的平衡状态,在电场的作用下部分化学键最终断裂,游离出大量元素单体;酰亚胺环中的C-N键是聚酰亚胺分子裂解的初始反应,电场作用下苯环断裂与裂解主要特征产物C2H2的生成有关;构成酰亚胺环中的C-N极性键的二原子在电场作用下电荷结构发生变化,产生强转矩,导致极性键断裂。电场环境下绝缘材料聚酰亚胺分子链的裂解是电气设备固体绝缘失效的主要原因。 李庆民 黄旭炜 肖伊 刘涛 王忠东关键词:电场作用 聚酰亚胺 绝缘失效 裂解机理 含硅氧结构聚酰亚胺薄膜的高频沿面放电特性 被引量:3 2021年 用于高频电力变压器匝间绝缘的聚酰亚胺,因沿面放电而易发生绝缘失效,利用硅氧结构进行改性是有效的解决方法。该文研究高频电应力下含硅氧结构聚酰亚胺薄膜的沿面放电特性,通过向聚酰亚胺中引入5%等效摩尔含量的纳米SiO2粒子(SiO2-PI)和二硅氧烷GAPD(GAPD-PI),与纯聚酰亚胺(PI)一起进行沿面绝缘强度和全寿命沿面放电特性测试,并结合电阻率、紫外-可见光谱、SEM等测试技术开展比较分析。结果表明:在针-板电极的高频沿面放电中,电晕易向前发展,闪络破坏性更大,正半周比负半周放电更为剧烈,极性反转处放电强度大。放电幅值先出现波动而后到达峰值,单位时间内放电次数持续上升,密集放电比重逐渐增加。含硅氧结构改性聚酰亚胺的沿面绝缘强度均有所提升,其中GAPD-PI更好。SiO2-PI前期的放电幅值与次数与PI相近,密集放电多于PI,但PI发展迅速,后期放电的剧烈程度超过SiO2-PI。进一步研究给出材料改性对高频沿面放电特性的影响机制:放电前期,电阻率影响较大,大电阻率会抑制沿面放电发展;放电中后期,陷阱密度、深度的增加导致放电剧烈程度增加,此时光能影响较大,吸收光能一方面使材料电荷转移络合作用增强,另一方面减轻了光能对放电的促进作用。同时,材料化学结构也对沿面放电特性产生较大影响。 丁梓桉 邢照亮 黄旭炜 李庆民 赵维佳 王忠东关键词:聚酰亚胺 高频脉冲下电-热应力对聚酰亚胺绝缘寿命的耦合作用分析 被引量:9 2020年 高频电力设备的绝缘老化行为受电压参数和环境温度等多个因素的共同影响。为了探究这些影响因素的主次顺序以及因素间的交互作用,基于正交实验设计理论,采用高频正弦电压和球-板电极结构,研究了聚酰亚胺绝缘寿命随电压频率(5~30 kHz)、幅值(1.5~3.0 kV)和环境温度(13~180℃)的变化情况。结合极差分析、方差分析和关系图法讨论了3个因素对绝缘寿命的影响程度及其交互作用的大小顺序,并分析了因素水平变化对电、热应力耐受系数以及多因素协同作用效果的影响。结果表明:频率和幅值对绝缘老化的加速作用接近,且远大于温度的影响;同时,频率和幅值的交互作用最大,其次为幅值和温度、频率和温度的交互作用;交互作用的存在使材料对某一因素的耐受系数随着其它因素水平的提高而降低,并且多因素共存时的协同作用要弱于各因素独立作用的叠加效果。该研究方法为分析多因素耦合作用下的绝缘老化行为提供了一种新思路。 刘涛 董国静 李庆民 李庆民 王健 王健关键词:绝缘寿命 环境温度 正交实验设计 高频电压下表面电荷分布对沿面放电发展过程的影响 被引量:23 2018年 为了探究高频电压下表面电荷积聚对气-固绝缘沿面放电发展过程的影响,搭建了沿面放电测试平台与表面电荷测量系统。首先,采用20 kHz和30 kHz高频正弦电压,基于针-板电极结构,实验研究了沿面放电形态的发展与放电特性参数的演化规律。其次,对放电发展不同阶段聚酰亚胺薄膜的表面电荷分布进行了测量,得出了表面电荷的时空分布特性。最后,通过扫描电镜与傅里叶变换红外光谱分析方法,对材料表面微观形貌和化学结构变化进行了测试,探究了材料物化缺陷特性对表面电荷积聚的影响。研究结果表明,高频下沿面放电呈现极性效应,正半波放电幅值大于负半波,且放电中期正半波峰值处会出现较大幅值的放电,峰值处放电次数在后期明显增加;材料表面积聚负极性电荷,沿面放电导致的物化缺陷加剧了表面电荷的积聚;负极性表面电荷在电压正、负半波对针电极附近电场分布的不同影响,是沿面放电极性效应的主要产生原因。与高频电压相比,工频电压下负极性表面电荷积聚量较少,且沿面放电呈现出不同的极性效应。 鲁杨飞 李庆民 刘涛 黄旭炜 王忠东关键词:高频电压 聚酰亚胺 沿面放电 表面电荷 直流电晕放电作用下Kapton型聚酰亚胺裂解机理的ReaxFF分子动力学仿真 被引量:9 2020年 空气中电晕放电将产生具有活性的离子,可导致电介质的高分子主链C—C键断裂,逐渐丧失其绝缘性能。Kapton型聚酰亚胺薄膜被广泛应用于直流特高压设备的气固绝缘中,其在电晕作用下的电气性能将直接影响到设备以及特高压电力系统的安全运行。为此利用ReaxFF反应分子动力学方法,针对直流电晕产生的主要活性离子(O3–、HO–、H3O+、NO+)的冲击作用,计算了Kapton的裂解化学反应过程,并分析了直流电晕极性效应的影响。结果表明:在活性离子基团的入射冲击作用下,聚酰亚胺与活性离子接触后发生能量转移,并与相应的活性基团发生化学反应,造成聚酰亚胺主链裂解,释出气态小分子产物(主要是CO和H2O)。针对不同极性电晕作用的仿真表明,正极性直流电晕对聚酰亚胺的侵蚀作用更加明显,这与已有的实验结果相符。最后通过仿真研究,阐释了电晕放电造成聚酰亚胺绝缘失效的微观作用机理。 黄旭炜 刘涛 舒想 李庆民 王忠东关键词:直流电晕放电 聚酰亚胺 聚酰亚胺薄膜局部放电频致拐点现象及形成机制 被引量:10 2017年 局部放电是导致高频电力变压器绝缘劣化和失效的重要因素,为准确评估高频正弦波形下电压频率和温度对局部放电特性的影响,设计了高频局部放电测试系统,研究了聚酰亚胺薄膜在不同电压频率(0.5~40k Hz)和温度(30~200℃)下的局部放电相位谱图、放电次数、放电幅值和绝缘寿命。实验发现,平均放电次数和幅值随电压频率的升高先增长后减小,存在"频致拐点"现象,且拐点频率随着温度的升高向低频段转移,而放电次数和幅值随温升单调增加。从空间电荷与放电特征参量的关联规律,以及温度对局部放电特性的影响机制分析着手,结合高频致热效应和电压频率对空间电荷耗散过程的影响,建立了"频致拐点"现象的数学模型,并揭示了其产生机制,为解释高频下的局部放电机制提供了理论依据。 刘涛 李庆民 黄旭炜 韩帅 鲁杨飞 鲁旭 王忠东关键词:温度 空间电荷 聚酰亚胺 苯硫醚聚酰亚胺电极覆膜材料合成及直流应力下对金属微粒运动特性的抑制作用 被引量:14 2018年 金属微粒的有效治理是关乎直流气体绝缘输电线路(GIL)绝缘设计的重要问题。通过溶液缩聚-热酰亚胺化法制备含有苯硫醚结构的聚酰亚胺薄膜,同时利用红外光谱、热失重、差示扫描量热、介电谱和接触角等测试方法对聚酰亚胺薄膜的结构与性能进行表征,并构建金属微粒运动观测实验平台,测试直流应力下薄膜材料对金属微粒运动特性的抑制作用。结果表明,引入苯硫醚结构,可在保证热稳定性的同时有效提升聚酰亚胺薄膜与铝合金电极的粘附功,因而改性聚酰亚胺可作为直流GIL无胶电极覆膜材料,以提升其运行稳定性。当电极涂覆改性的聚酰亚胺薄膜时,可显著提高金属微粒在直流电场中的启举电压,这缘于引入的苯硫醚结构提高了薄膜的介电常数以及金属微粒与薄膜间的粘附功,使得金属微粒所受的粘附力和静电吸附力均有所提升,进而抑制了微粒在直流电应力下的运动行为。 黄旭炜 倪潇茹 王健 李庆民 林俊 王忠东关键词:聚酰亚胺 热稳定性 含苯硫醚基团的低介损聚酰亚胺薄膜合成及其性能调控机制 被引量:7 2019年 传统Kapton型聚酰亚胺薄膜在高频电应力下具有较高的介电损耗,难以满足高频电力变压器的绝缘需求。利用统计交替共聚法,制备含不同含量苯硫醚基团的聚酰亚胺薄膜,并对其结构、热学性质及介电特性进行测试。引入苯硫醚基团后,薄膜材料的介电损耗随苯硫醚含量的增加呈现先降低后升高的趋势,在40%含量时达到最低值(1k Hz时tan??0.000929),并保持热学性能不变,该趋势与紫外–可见光吸收光谱起峰波长的红移现象相一致。当含量较低时,苯硫醚基团可破坏聚酰亚胺分子间电荷转移络合作用(chargetransfercomplexes,CTC)的分散性,减弱松弛极化并离散极化时间分布,降低介电损耗;而随着苯硫醚基团含量增加,有较强失电子性能的硫元素会加强CTC,从而提高介电损耗。通过引入苯硫醚基团可影响聚酰亚胺的电荷转移络合作用,实现对其频域介电损耗特性的有效调控。 黄旭炜 舒想 王健 李庆民 林俊 王忠东关键词:聚酰亚胺 介电损耗