华电科研团队:微纳粉尘运动行为与微弱放电探测技术的研究进展

华电科研团队:微纳粉尘运动行为与微弱放电探测技术的研究进展

华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室研究人员薛乃凡、李庆民等,在2022年第13期《电工技术学报》上撰写了题目为《微纳粉尘运动行为与微弱放电探测技术研究进展》的学术论文。

该文对国内外相关研究进展进行了梳理,主要包括粉尘的荷电运动行为与表征、粉尘浓度检测、粉尘可视化探测技术、粉尘诱发微弱放电机制,进而提出了微纳粉尘研究有待解决的两个关键问题以及需要突破的技术难点。

华北电力大学电气与电子工程学院李庆民教授,任高电压与电磁兼容北京市重点实验室主任,担任国家重点研发计划项目负责人(首席)。科研团队依托华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室、高电压与电磁兼容北京市重点实验室,现有专职教师6人,其中教授2人,副教授2人,讲师2人,博士研究生10人,研究生50余人。

长期从事高电压与绝缘技术领域的科学研究工作,重点涉及高压交直流GIS/GIL;高性能绝缘与电接触材料;光电子学微纳传感与测量;新能源系统雷击物理及防护等方面,先后主持国家自然科学基金11项(其中重大和重点4项),国家重大专项课题1项,973计划和863计划子课题3项,以及各类科研课题50余项,获省部级科技奖励6项。发表论文400余篇(SCI收录100余篇),著作6部,授权发明专利40余项,制定标准3项。

气体绝缘开关/气体绝缘输电线路(Gas Insulated Switchgear/Gas Insulated Transmission Lines, GIS/GIL)设备在特高压输电及跨江跨河大规模远距离电能输送领域发挥了重要作用,但金属颗粒与粉尘污染引发的绝缘故障是影响 GIS/GIL 安全可靠运行的关键因素。对于大尺颗粒,引发故障特征明显,相关研究较多,而对于可能是工程现场发生不明放电真正诱因的微纳粉尘,目前可借鉴成果较少。

为此,本文针对微纳粉尘,总结了微纳粉尘受力、动力学行为与表征、诱发放电特性、探测技术等方面的研究现状,提出了微纳粉尘研究亟需解决的关键问题,并给出了可能的技术途径。

本文针对GIS/GIL中金属微纳粉尘检测方面,总结了金属粉尘的受力模型与荷电动力学特性、微纳粉尘浓度检测、微纳粉尘时空分布的成像检测、微纳粉尘微弱放电检测四个方面的国内外研究进展,提出了对于微纳粉尘动力学行为观测、粉尘浓度监测等有利于评估绝缘破坏程度的研究方法,和适用于工程现场的微弱放电新型光学探测手段,为检测尺度极小、隐蔽性强、物化活性高、在耦合场下时空运动随机性强的荷电微纳粉尘提供了新思路。

图1 待解决的关键问题与技术难点

本文综述了以往的主要研究进展,在此基础上梳理了有待解决的微纳粉尘随机荷电机制与时空动力学行为特性、荷电微纳粉尘诱导微弱放电的物理机制与光谱特征两个关键问题,并据此给出了须重点攻克的探测技术,包括微纳粉尘的快速实时检测、可视化探测、基于光谱学特征的微弱放电高灵敏度检测方法等,为后续深化研究给出了探索方向。