气体绝缘开关直线和T型结构中电磁波传播特性的仿真

采用有限时域差分法(FDTD)对由局部放电产生的电磁波在GIS典型结构(直线和T型结构)中的传播特性进行了仿真研免通过设置不同的电磁波激发方向、对比不同测量角度的信号时域和频域特征、以及比较两种结构的仿真结果,获得了TEM模波和TE模波在直线和T型结构中的传播特性,以及T型结构产生的反射波特征等.仿真结果表明:电磁波信号在GIS典型腔体中传播时,信号峰峰值和能量受模波速度色散效应的影响,在离激励源较近时衰减较大,远离激励源时衰减较小;T型结构会发生模式转变效应,将在反射和前行电磁波中产生新的模波分量;TEM模波无截止频率,其传播不受结构的影响,在GIS同轴腔体中传播衰减较小.     

横向电场激励的剪切波AlN薄膜体声波谐振器

为了检测液体中的微量物质,研究了横向电场激励的剪切波固体装配型AlN薄膜体声波谐振器.器件以c轴择优取向的AlN薄膜作为压电层,电场由平行于压电薄膜表面的平行电极激发,三周期的1/4波长SiO2/W层交替排列构成了布拉格反射层.通过有限元分析计算了电场分布,设计了平行电极参数.结果表明：AlN薄膜具有良好的c轴择优取向,器件实现了稳定的2 GHz频率的单纯剪切波谐振,器件的品质因数Qs和Qp分别为434和393,等效机电耦合系数K2eff为0.97%,有效的横向电场激励和布拉格反射层的选频作用对纵波的抑制明显.这种谐振器非常有利于作为在液体环境中工作的生化传感器.     

气体绝缘组合电器内绝缘缺陷超高频局部放电信号特性

为了分析各种不同缺陷在不同条件下的放电特点,根据气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备绝缘缺陷放电形式和特点,采用超高频法对模拟装置内所设计的4种GIS局部放电物理模型进行了大量的局部放电(partial discharge,PD)实验,获得了真实可靠的超高频(ultra-high-frequency,UHF)局部放电(partial discharge,PD)波形样本;深入研究了4种典型GIS缺陷的物理模型分别在不同尺寸规格下、置于不同位置处、在不同电压等级下的UHF PD波形特征,实验的结果表明,不管是那种缺陷类型引起的PD激发的超高频电磁波,在不太高的实验电压下,放电脉冲波形发生突变之前,放电脉冲的形状变化不大且比较稳定,放电脉冲的持续时间通常是ns级.     

用于GIS局部放电检测的电容型传感器

气体绝缘组合电器(GIS)的同轴结构有利于局部放电激发的电磁场传播，为内部传感器检测局部放电提供了有利的条件，针对GIS结构及其中局部放电的特点，设计了用于局放信号检测的圆板型和圆环型两种内置电容耦合式传感器，描述了该传感器的结构。通过方波响应试验仿真与试验实测研究了传感器频率响应特性，并采用方波信号输入输出关系曲线分析了传感器对暂态信号搞合的输入输出特性。用所设计的传感器进行GIS模拟装置中电晕放电脉冲实测，实测结果表明设计的传感器性能可靠，灵敏度较高，可用于GIS局部放电的测量。     

一维TM波函数光子晶体的透射特性

给出一维横向磁场(TM)波函数光子晶体的传输矩阵及磁场分布表达式,研究一维TM波函数光子晶体磁场分布及缺陷层对其影响,计算一维TM波函数光子晶体正、反入射时的透射率,并将其与横向电场(TE)波透射率进行比较.     

采用SVM-PSO混合算法的光学电压传感器内电场优化

对光学电压传感器内电场的优化多采用有限元计算结合穷举搜索,该方法无法反映电场分布与传感结构参数之间的非线性映射关系,且计算与搜索费时、效率低,容易落入局部陷阱.为此,提出基于支持向量机(SVM)与粒子群(PSO)的电场优化混合算法.通过PSO优化SVM参数,建立电光晶体内电场分布模型,再由PSO对模型求解得到最优电场分布.以介质包裹结构为例,构建包裹介质的介电常数、厚度,以及长度与晶体内电场分布之间的非线性映射关系.该求解过程能够有效地避开局部陷阱,优化后晶体内电场均匀度提高了20.8%,训练时间节省了89%.最后通过实验验证了模型的有效性.     

模拟气体绝缘组合电器产生不同局部放电的试验装置研制

针对现有直线型气体绝缘组合电器(GIS)局部放电模拟实验装置的不足,研制了一种可变结构的GIS模拟实验装置,可方便地实现对T型、L型和直线型GIS结构的模拟。通过超高频电磁波传播特性和材料应力分析,给出了装置的结构尺寸和材料选择参数,从进行的单一和多缺陷产生的局部放电试验表明,该装置能够激发出不同绝缘缺陷产生不同频段的超高频TE波和TM波局部放电信号,且具有各自特点和差异,这为深入研究GIS不同绝缘下产生的局部放电电磁传播特性、产生条件、超高频检测方法以及缺陷辨识等提供了可靠地实验研究手段。     

SPR、LRSPR和RMW传感器灵敏度分析

利用波导的结构及其共振基本理论,建立了电场分布方程,根据边界条件和功率归一化得出色散方程.再利用Ey/x导出了表面等离子波(SPR)、长程表面等离子波(LRSPR)和双面金属包覆波导(RMW)3种传感器的灵敏度.3种波导的灵敏度正比于Pn/Ptotal.     

用于非粘性液体检测的Lamb波传感器阵列

在负载液体的压电薄板上可通过叉指换能器(IDT)激发出Lamb波, Lamb波的相速度与液体的特性参数有关. 基于该原理, 引入有效介电常数的概念研究了Lamb波在液体传感领域的潜在应用, 并针对理想非粘性液体的检测设计了同时并行敏感液体密度和介电常数的传感器阵列. 以压电材料铌酸锂(LiNbO₃)为例, 为改进灵敏度及机电耦合系数, 通过数值计算得到了传感器阵列的板厚、切向等优化结果.     

GIS局放超高频在线监测系统研制

利用超高频微带贴片天线传感器和超高频滤波放大器,实现了局部放电信号的采集、提取、调理和传输.采用LabVIEW图形化语言的虚拟仪器技术实现了对气体绝缘组合电器(GIS)设备局部放电信号的定时循环检测、信号处理、数据分析、缺陷类型模式识别、监测数据查询和绝缘状况初步评估等功能.该系统已在重庆市某220 kV级GIS变电站成功运行,试验运行结果表明,采用虚拟仪器技术的GIS局部放电超高频在线检测系统能实现GIS局部放电超高频检测.     

检测电缆附件局部放电内置传感器的特性分析

针对高压交联聚乙烯(cross-linked polyethylen,XLPE)电缆的结构及其附件内部易出现绝缘缺陷而导致放电的特点,基于电容耦合原理研制出用于电缆附件局部放电(partialdischarge,PD)信号检测的宽频带电容型内置传感器,通过建立传感器特性分析的电路模型,全面分析了影响传感器性能的各个因素,对其响应的频率特性进行了实测,并在实验室110 kV XLPE电缆PD试验平台上对电缆接头内部沿固体复合介质表面产生的放电进行试验研究。测试结果表明:研制的内置电容型传感器频率响应特性优异,能传感纳秒级暂态脉冲信号,其有效频带达500 MHz,可以用于XLPE电缆及附件PD超高频(Ultra-high frequency,UHF)信号的检测。     

气体绝缘组合电器局部放电的超高频检测

为了有效抑制气体绝缘组合电器GIS局部放电中出现的低频段干扰,在理论上分析了超高频检测GIS局部放电可行性的情况下,进一步研究了GIS局部放电超高频传感器、模拟无源滤波器以及相应的宽带和窄带检测方法.在实验室GIS模拟装置中,运用研制的内置圆环传感器检测系统进行超高频法检测.实验结果表明该检测系统可有效地避开空间的电晕及周期性脉冲干扰信号等低频段干扰.同时,窄带检测法能够避开超高频微波干扰信号,是一种有效的局部放电检测方法.     

外部传感器超高频GIS局部放电检测技术

针对GIS同轴结构中局部放电脉冲所激发电磁波的宽频带特征，设计出一种新型局部放电超高频检测非频变超宽带天线，用无限巴伦实现天线和传输线之间的阻抗匹配．由超宽带天线、宽带放大器、数字存储示波器和计算机组成外部传感器超高频局部放电检测系统，利用该系统对所建立的GIS固定微粒局部放电模型进行检测，并对局部放电源进行定位，实验结果表明，设计的天线满足GIS局部放电超高频检测要求，建立的系统可以方便地实现GIS局部放电检测和局部放电源的定位。     

基于超高频法的GIS绝缘子内气隙放电特性研究

摘要：为了分析和评估GIS中盘式绝缘子内气隙缺陷局部放电的危害程度,提高局部放电检测水平,试验设计了绝缘子内单一气隙模型。用超高频法对局部放电进行了测量,获得了气隙放电起始电压,熄灭电压,局放信号波形。比较了不同电压下气隙局放图谱的特点,分析了气隙放电的发展过程和不同电场下放电的变化规律。试验结合气体放电理论探讨了绝缘内部气隙放电的机理。结果表明：随着电压的变化,绝缘子内气隙发生的局部放电表现出不同的阶段性特征,实验结果对GIS现场耐压试验和缺陷识别具有指导意义。     

一种便携式GIS局放检测装置的设计

为解决现有的GIS绝缘检测装置存在的体积大、不易实现在线检测、受周围环境影响,测量精度不高等问题,笔者采用时差计算法,对局部放电源进行定位,并通过由高通滤波器、宽带放大器、检波器、电/光变换器和光/电变换器组成的两个通道,分别接收和处理两个来自不同位置检测到的局放信号,从而使检测精度大大提高。实验结果表明,该系统具有重量轻、携带方便、灵敏度高,可实现局放源定位等特点。     

三种GIS局部放电检测方法的比较分析研究

为了比较分析局部放电检测中脉冲电流法、超高频法和紫外成像技术的灵敏度和参量之间的关系,建立了一套模拟GIS局部放电检测平台。利用脉冲电流法、超高频法和紫外成像技术对模拟的GIS腔体的几种典型模型下的局部放电活动进行了测量,获得了大量实验数据和图谱。研究表明,脉冲电流法具有较高的灵敏度,超高频法灵敏度适中,而紫外成像技术灵敏度最差。同时在反映局部放电活动强弱上,三种检测方法的参量之间具有相同的变化趋势,但是不存在直接的线性关系。为了能够准确地确定局部放电的严重程度应该综合应用多种检测方法。     

微波等离子体电子回旋共振放电粒子模拟分析

电子回旋共振放电产生的等离子体在微电子工业中材料加工、空间电推进方面有着广泛的应用。为了研究微波等离子体电子回旋共振的放电特性,使电子回旋共振放电产生的等离子体密度和能量转换效率更高,建立了微波等离子体电子回旋共振放电的1D3V模型,描述了带电粒子在外加静磁场、微波场共同作用下的微观运动。结果表明:微波频率为2.45 GHz时,随着静磁场磁感应强度的增加,平均电子能量先持续增大达到峰值,随后又不断地减小,且在0.087 5 T时电子加速效果最明显,结果符合电子的回旋频率公式,验证了该模型的正确性;共振区域内,发现在0.087 5 T磁感应强度下,微波频率为2.45 GHz下拟合的电子速度分布才与微波电场分布趋势相似,说明微波电场推动了电子运动。这为进一步研究微波等离子体放电的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模拟奠定了基础,也为进一步研究微波等离子体源中粒子产生效率及微波等离子体源的物理性质提供了重要参考。     

基于等角螺旋天线的GIS局部放电在线检测研究

对GIS局部放电的产生进行了分析,介绍了GIS局部放电的几种检测方法。着重论述了GIS特高频检测法和平面等角螺旋天线,探讨了如何使用特高频局部放电传感器进行现场测试。     

纳米孔径近场光学显微成像的数值分析

将纳米级光孔的近场分布表征为横电与横磁模式按空间频谱分布的展开叠加,其频谱系数由界面上的电磁分布来确定。在柱坐标系上,横电及横磁各分量的具体形式来源于矢量亥姆霍兹方程的一般解,通过界面上电磁分布的修正,是到更为精确的矢量解,既保留了近场的发散特性,又满足了远场的偶极子分布特性。