[發(fā)明專利]一種基于電聲脈沖法計算絕緣材料陷阱能級分布的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710948278.5
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107765148B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設計）人: 郝建;廖瑞金;楊麗君;李劍;成立;趙學童;袁媛;鄒潤豪;陳光輝;吳高林;王謙;李小平;張施令
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及一種基于電聲脈沖法計算絕緣材料陷阱能級分布的方法，屬于絕緣材料的電氣性能表征領域。該方法根據(jù)空間電荷消散存在快慢的特點，一是提出對快速和慢速消散的空間電荷分別進行電荷衰減規(guī)律的指數(shù)擬合分析方法，將傳統(tǒng)空間電荷隨消散時間的一階動力學關系式改進為空間電荷隨消散時間的二階動力學關系式；二是基于獲得的二階動力學關系式中快、慢電荷初始衰減密度及衰減時間常數(shù)，通過改進的具有區(qū)分深、淺陷阱能級分布的計算公式分別獲得快、慢電荷對應的深、淺陷阱的能級分布，進而實現(xiàn)判斷引起深、淺陷阱能級分布改變的原因屬于物理缺陷還是化學缺陷。

技術領域

本發(fā)明屬于絕緣材料的電氣性能表征領域，涉及一種基于電聲脈沖法計算絕緣材料陷阱能級分布的方法。

背景技術

絕緣材料內(nèi)部積聚的空間電荷與其絕緣性能密切相關，空間電荷可以導致介質(zhì)內(nèi)部電場分布的畸變，對局部電場起到削弱或加強的作用，若電場畸變嚴重，將引起絕緣材料的擊穿和老化，直接影響絕緣系統(tǒng)的可靠性和安全性。空間電荷與絕緣介質(zhì)中的陷阱分布密切相關，準確計算絕緣材料陷阱能級分布，區(qū)分材料物理缺陷和化學缺陷，是掌握絕緣材料性能的關鍵。

1)掌握陷阱能級分布特性對理解空間電荷行為極為重要

A.空間電荷的主要來源

由于制造工藝等原因，生產(chǎn)出的絕緣介質(zhì)內(nèi)部存在著微小的物理缺陷或雜質(zhì)等。由于外加電場和極化的影響，電子或空穴逸出電極的勢壘降低，從電極發(fā)射的電子或空穴在外加電場的作用下產(chǎn)生遷移，在遷移過程中被介質(zhì)中雜質(zhì)所形成的陷阱所捕獲而成為空間電荷。

B.空間電荷對絕緣性能的危害

空間電荷效應是影響電介質(zhì)材料絕緣介電強度的主要因素。對于運行中的直流輸變電設備(換流變壓器、直流電纜)，因直流電場分量的長期作用，油浸絕緣紙或電纜聚乙烯材料內(nèi)部會產(chǎn)生空間電荷注入現(xiàn)象。注入的電荷將在材料體內(nèi)進行運輸、積累、消散，這些過程中空間電荷都將削弱外部電場并加強體內(nèi)局部電場，在介質(zhì)體內(nèi)產(chǎn)生場強分布畸變影響，引起早起絕緣損傷，加速絕緣介質(zhì)的老化，嚴重時會引起電導電流增大、局部放電等現(xiàn)象，導致設備損傷甚至失效，嚴重威脅設備的安全運行。特別是直流電力設備在進行反極性操作時，由空間電荷引起的電場畸變更容易造成絕緣的損傷，誘導絕緣故障并影響設備正常運行。

C.掌握陷阱能級分布對理解絕緣材料空間電荷行為的重要性

對絕緣材料的空間電荷注入、運輸、積聚、衰減特性進行研究，可以理解絕緣材料內(nèi)部空間電荷的輸運特性及機理，有助于研究空間電荷在絕緣介質(zhì)老化和絕緣損傷行為中所起的作用和影響，從而更加深刻的認識材料物理化學微觀結構和電氣性能之間的關系，以便于改進絕緣材料的絕緣性能，為提升絕緣材料的熱穩(wěn)定性能和延長電力設備使用壽命提供參考依據(jù)。

空間電荷與絕緣介質(zhì)中的陷阱分布密切相關。在空間電荷的消散過程中，由于陷阱內(nèi)的電荷消散(脫陷)速率不同，有的在去壓后10分鐘內(nèi)可以消散，有的需要數(shù)小時才能消散，因此判定陷阱的能級不同，并將陷阱分為深陷阱和淺陷阱兩類。深陷阱中的空間電荷消散的快，而淺陷阱中的電荷消散的快。陷阱的產(chǎn)生主要由絕緣材料中的缺陷決定。絕緣材料中的缺陷可分為物理缺陷和化學缺陷。由于生產(chǎn)工藝的原因，絕緣材料內(nèi)部會有微小的物理缺陷，而隨著絕緣材料的老化，微觀結構的破壞又會產(chǎn)生新的物理缺陷。同時在老化過程中，絕緣材料的化學物質(zhì)(如油紙絕緣中的纖維素，LDPE材料中的聚乙烯)發(fā)生斷鏈，生成新的小分子物質(zhì)，產(chǎn)生化學缺陷。由于深、淺陷阱的能級分布以及密度與絕緣介質(zhì)中空間電荷的聚集、遷移、消散行為緊密相連，因此，準確計算絕緣材料陷阱能級分布，區(qū)分材料物理缺陷和化學缺陷，是掌握絕緣材料性能的關鍵。

2)計算絕緣材料陷阱能級分布的傳統(tǒng)方法

普遍用于分析絕緣材料陷阱能級分布的方法主要有兩種，一是熱刺激電流法；二是基于電聲脈沖法的陷阱能級分布計算方法。

A.熱刺激電流(TSC)法