华北电力大学考研，华北电力大学考研分数线
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直流气体绝缘设备中线形、片状等微粒存在特殊运动——“飞萤现象”，飞萤微粒长时间运动于高压电极表面等高场强区域，甚至沿高压电极运动并吸附在绝缘子表面，显著降低气固组合绝缘耐电强度。为厘清气体绝缘设备中金属微粒飞萤运动机制，新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）、北京市高电压与电磁兼容重点实验室（华北电力大学）的常亚楠、耿秋钰 等，在2023年第3期《电工技术学报》上撰文，提出直流GIL中飞萤运动的起始判据，对提升直流应力下新能源电力系统装备绝缘可靠设计具有重要意义与工程价值。
研究背景
相较于交流电压下微粒集中于地电极附近的运动，直流电场中微粒表现为电极间往复运动形式，特别是线形、片状等微粒存在特殊运动——“飞萤现象”，即微粒未碰撞地电极而反向或在高压电极表面悬浮运动，从而危害气体绝缘设备的绝缘性能。现有的微粒运动分析模型，将微粒模拟为点电荷，难以分析电荷集中于端部的飞萤运动微粒，且微粒飞萤运动过程的受力特性尚不明晰，其物理机制及定量判据仍有待进一步研究。
论文所解决的问题及意义
本文搭建了SF6中金属微粒飞萤运动观测与荷电量测试平台，探究了微粒飞萤的运动与荷电特征，考虑微粒荷电特征与空间电荷分布，揭示了微粒飞萤运动的物理机制，建立了考虑电晕放电与端部电荷集中特性的微粒荷电运动模型，提出了飞萤运动的临界起始判据，获得了直流GIL中不同尺寸微粒的飞萤起始场强，在抑制微粒飞萤运动方面为直流GIL的主绝缘设计提供了参考依据。
论文方法及创新点
1）微粒飞萤运动物理机制
利用搭建的微粒飞萤运动观测与荷电量测试平台，探究了不同电压下线形微粒的运动与荷电特性。如图1所示，线形微粒放电产生的空间电荷导致微粒荷电极性变化，是微粒飞萤运动的关键诱因；电晕起始电压为微粒荷电量极性改变的临界电压。
图1 微粒飞萤运动机理
2）微粒飞萤运动动态模拟
基于直流棒板间隙光电离模型计算了电极表面线形微粒的起晕电压，结合测试结果拟合了纳入起晕电压的线形微粒荷电量表达式，并考虑线形微粒电荷的端部集中特性建立了线形微粒荷电运动模型，实现了线形微粒旋转过程与飞萤运动的模拟，如图2所示。
图2 线形微粒运动模拟
3）GIL中金属微粒飞萤临界起始场强
通过线形微粒荷电运动模型，计算了直流100kVGIL中不同尺寸微粒的飞萤起始场强，如图3所示。结果表明，随着微粒长度增加、半径减小或气压降低，正负极性飞萤起始场强均呈减小趋势。
图3 100kVGIL中线形微粒飞萤起始场强
结论
本文搭建了微粒飞萤运动观测与荷电量测试平台，获得了不同电压下线形微粒的运动与荷电特性，揭示了微粒飞萤运动物理机制，并结合电荷端部集中特性建立了线形微粒的荷电运动模型，由此提出飞萤运动的临界起始判据，实现了线形微粒飞萤运动的动态模拟，计算获得了100kV直流GIL中不同尺寸微粒的飞萤起始场强，为直流GIL的主绝缘设计提供了参考依据。
团队介绍
面向国家未来电网发展的重大技术需求，先进输电装备与智能化研究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等科研平台，先后主持国家重点研发计划1项、国家自然科学基金18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4项以及各类科研课题60余项，重点针对高压交直流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向开展创新研究。
团队现有专职教师4人，其中教授1人，副教授2人，讲师1人；研究生70余人，其中博士研究生12人，硕士研究生60余人。
常亚楠
博士研究生，研究方向为GIL金属微粒运动与抑制。
李庆民
教授，博士生导师，研究方向为高电压与绝缘技术、放电物理等。
本文编自2023年第3期《电工技术学报》，论文标题为“直流电应力下线形微粒飞萤运动物理机制与临界起始判据”。本课题得到国家自然科学基金资助项目的支持。
引用本文
常亚楠, 耿秋钰, 胡智莹, 李庆民. 直流电应力下线形微粒飞萤运动物理机制与临界起始判据[J]. 电工技术学报, 2023, 38(3): 648-658. Chang Yanan, Geng Qiuyu, Hu Zhiying, Li Qingmin. Physical Mechanism and Critical Starting Criterion of Wire Particle Firefly Movement under DC Electric Stress. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023, 38(3): 648-658.
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