脉冲电压下油膜涂覆绝缘体真空沿面闪络特征研究

Based on the known vacuum surface flashover principle, this project will investigate the surface flashover characteristics on the insulator with new coating methods in vacuum under pulsed voltage. There are several contents will be carried out: investigations of oil-coating insulator physical model, development of simulation method and coating technique, measurement of self-physical characteristics of the insulator samples and voltage level in vacuum, obtainment of the law of insulator surface flashover with oil coating, analysis of the effect of oil particles on the flashover physical process and vacuum environment. The study of this project would expend the contents of the vacuum insulator technique, potentially provide some new effective methods for engineering applications and settle the foundation for different actual requirements.

本项目根据已掌握的真空固体沿面闪络规律，采用新的表面处理方法，将油介质涂覆于绝缘体表面，对油膜涂覆绝缘体开展真空沿面闪络特征研究。深入开展油膜涂覆绝缘体物理模型及数值模拟方法、多种绝缘结构设计与涂覆方式等方面的研究，对制备样件进行物理参数诊断和真空耐压测试，获得脉冲电压下油膜涂覆绝缘体的真空耐压水平，分析油介质对真空固体闪络物理过程和真空环境的影响。开展本项目研究，有望拓宽真空高压绝缘技术的研究内容，进一步分析沿面闪络的物理机理，探索更多易于工程实现和推广的有效方法，为不同应用需求奠定基础。

本项目提出了将变压器油作为一种涂覆材料应用于真空绝缘体表面以提高材料真空耐压强度，采用了数值模拟计算分析了不同油膜涂覆区域对真空绝缘体表面电场分布的影响，对不同涂覆方式下的油膜涂覆绝缘体开展了真空耐压测试，分析了油膜涂覆涂覆绝缘体沿面闪络物理发展过程，评估了实际工程中应用该涂覆方法的可行性，主要取得的结论包括：. 1、当绝缘体整体表面涂覆油膜后，三相点区域包括电极－真空－油膜和电极－油膜－绝缘体两类，最大电场强度主要分布在阴极区域电极－油膜－绝缘体三相点区域，与未涂覆相比，涂覆油膜后的绝缘体表面电场强度峰值有所减小。若仅涂覆阴极区域，阴极区域电场强度有所降低，仅涂覆阳极区域，阳极区域电场强度则明显降低，但阴极区域电场强度无明显变化。. 2、当油膜直接涂覆绝缘体表面时，整体涂覆下材料真空耐压性能均大幅度提高，仅阴极涂覆或阳极涂覆也可以有效提高绝缘体耐压性能，但提高幅度小于整体涂覆下耐压性能提高幅度；若油膜涂覆在已经发生过自闪络的绝缘体表面，绝缘体耐压性能有一定恢复和提高，但明显低于直接涂覆油膜后的耐压水平，分析原因与闪络放电能量影响材料表面微观特征有关。. 3、整体油膜涂覆时，油膜可限制二次电子崩整体发展和解吸附气体层从阴极到阳极的贯穿，从而提高绝缘体耐压性能；仅阴极涂覆时，二次电子崩在阴极区域发展受限，但电子崩发展至无涂覆区域时不再受到制约，从而耐压提高幅度小于整体涂覆；若阳极涂覆时，电子崩在阴极区域发展没有受到限制，电子崩数量可快速积累，大量的二次电子运动至阳极区域时受到油膜的制约，但由于电子崩数量和能量较高，较容易形成贯穿通道，耐压性能提高幅度最小。. 4、采用绝缘堆闪络概率计算和真空区电感计算表明油膜涂覆后全堆耐压性能可有所提高，从而可通过减小绝缘环厚度来降低工程造价，但油膜引入将大幅度增加真空抽取时间，实际工程中若采用涂覆油膜方式增加绝缘体耐压性能，需要考虑增加真空机组的数量。