重复放电过程中介质表面电荷分布的动态演变规律研究

电介质发生局部放电后表面会积聚残留电荷，电荷的存在又会影响下一次放电的产生和发展，研究介质材料表面电荷的分布和动态变化规律对于深入认识不同试验条件下的介质放电特性具有重要意义。气隙中的局部放电和大气压下的介质阻挡放电（DBD）从电极结构和形成机理上有许多相似之处，在一定条件下局部放电可演变为DBD放电。本项目拟建立基于Pockels效应的微秒级时间分辨率的介质表面电荷分布动态测量系统，利用该系统研究局部放电和DBD过程中介质表面电荷的变化规律及其对放电特性的影响，研究随着电源电压和电源频率等试验条件的变化从局部放电到DBD放电的演变规律。并根据试验结果，从表面电荷作用的角度出发对现有的局部放电数学模型进行改进，确定相应的理论模型参数，以期对各种复杂的局部放电现象进行微观解释，进一步揭示局部放电特性随老化时间变化的内在机理。

在连续的局部放电序列中，电介质发生局部放电后表面会积聚残留电荷，从而改变放电气隙中电场的分布，反过来又会影响下一次放电的产生和发展。另外受试验电压、气体组分、介质表面形貌和电导率、气隙尺寸、老化状态等因素的影响，放电过程通常会被认为是一个随机的物理过程，并且放电流注在气隙中发展遇到阻挡介质后分布并不均匀，使得电荷动态分布特性对放电特性影响的物理机制非常复杂。因此通过试验和仿真研究介质材料表面电荷的分布和动态变化规律对于深入认识不同试验条件下的介质放电特性具有重要意义。.通过本项目的研究，成功搭建了基于Pockels效应的局部放电-表面电荷动态分布测量系统，通过合理选择系统参数提高了测量的分辨率和稳定性，实现了连续放电中介质表面电荷的动态分布测量及其与之对应的真实放电电流的测量；在此基础上，研究了针板电极在不同电压周期下LDPE介质表面电荷的动态分布特性，并得到了针尖曲率半径对介质表面电荷分布的影响规律；研究了平板电极下聚乙烯薄膜表面电荷的动态分布特性，得到了局部放电电压、放电间隙及老化时间对表面电荷分布的影响；通过对局部放电电流的测量和放电谱图的分析，得到了表面残余电荷分布对局部放电相位和放电电流等局部放电参量的影响，并得到了重复放电序列中介质表面电荷分布对下一次放电特性的影响规律。建立了介质阻挡放电试验系统，研究了介质阻挡放电过程中，不同介质表面电荷分布对放电过程的影响规律。.采用电荷流体方程建立了局部放电的仿真物理模型，得到了计算模型中放电周期、放电间隙大小以及计算时间步长对仿真结果的影响；通过仿真研究得到了表面电荷对放电相位的影响，以及正负放电条件下电荷运动的差异；研究得到了放电间隙中介质表面电荷浓度分布与气隙间场强和放电发生区域的关系；结合实验数据，对影响放电参量变化的因素进行了进一步的解释；仿真了放电流注在介质表面的扩展过程，通过仿真和实验对比分析了重复放电中前一次放电介质表面集聚的电荷对下次放电的放电区域、放电产生的带电粒子扩展的影响规律。