【摘 要】
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随着特高压输电技术的发展,气体绝缘组合电器(Gas insulated switchgear,GIS)作为关键核心设备被广泛应用于特高压电网建设中。然而GIS设备内绝缘缺陷引发的放电会导致SF6分解,分解产生的低氟硫化物与设备内的微量H2O和O2反应生成具有毒性和腐蚀性的副产物,严重影响设备的正常运行。因此,研究SF6分解机理对GIS设备的安全运行具有重要意义。现有研究均是利用采样后的SF6分解产
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随着特高压输电技术的发展,气体绝缘组合电器(Gas insulated switchgear,GIS)作为关键核心设备被广泛应用于特高压电网建设中。然而GIS设备内绝缘缺陷引发的放电会导致SF6分解,分解产生的低氟硫化物与设备内的微量H2O和O2反应生成具有毒性和腐蚀性的副产物,严重影响设备的正常运行。因此,研究SF6分解机理对GIS设备的安全运行具有重要意义。现有研究均是利用采样后的SF6分解产物反推反应机理,导致研究结果具有不确定性。因此,实现SF6分解物的原位检测对于研究SF6分解机理是十分必要的。基于此,本文利用飞秒激光引导高压放电实现了高压放电空间和时间的精确控制,并利用飞秒激光引导高压放电产生的空间分辨光谱实现了SF6分解物的原位测量,同时基于飞秒激光引导高压放电对SF6等离子体光谱特性开展了研究。首先,基于飞秒激光引导高压放电实现了SF6分解物原位检测。该部分首先研究了飞秒激光对SF6分解的影响并证明了飞秒激光不会引起SF6的分解;其次,研究了飞秒激光引导下的高压放电的空间和时间特性,实现了高压放电空间和时间的精确控制;最后,获得了SF6放电分解的一维空间分辨光谱,基于对SF6分解物光谱的分析发现其中包含有大量的S和F的原子和离子发射线,并进一步分析了S和F的原子和离子的来源。研究证明了基于飞秒激光引导高压放电可以实现SF6分解物的原位检测,为开展高压放电下SF6分解机理研究提供了一种新的研究手段。其次,基于飞秒激光引导高压放电对SF6等离子体光谱特性开展了研究,包括SF6电弧等离子体的时间分辨光谱特性以及不同电压下的SF6等离子体发射光谱特性方面的研究。对于SF6电弧等离子体的时间分辨光谱特性的研究,获得了SF6等离子体的时间分辨光谱,等离子体光谱强度先增大后减弱,均由带状光谱和分立光谱叠加而成,带状光谱主要是由轫致辐射和复合辐射共同作用导致,基于时间分辨光谱得到了部分S和F的荧光寿命;给出了电子温度和电子密度随时间的演化规律,二者演化规律基本相同,且都随延迟时间呈指数衰减。最后,利用Mc Whirter准则得到SF6等离子体处于局部热平衡。对于不同电压下的SF6等离子体发射光谱特性方面的研究,研究了不同电压下的SF6放电分解光谱,各原子离子谱线强度随放电电压的升高而增加,不同谱线强度不同,分析认为是受不同的跃迁概率和上能级激发能的影响;研究了不同电压下SF6等离子体的电子温度和电子密度,随着放电电压的升高,电子密度和电子温度分别呈线性增长和线性下降趋势;最后,利用Mc Whirter准则得到SF6等离子体处于局部热平衡。研究结果对于开展SF6分解机理和高压设备运行状态在线监测技术的研究具有重要意义。
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