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氣體絕緣組合電器（Gas Insulated Metal-Enclosed Switchgear, GIS）具有占地面積小、受環(huán)境影響小、運行可靠性高、維修周期長等優(yōu)點。GIS在生產(chǎn)制造過程由于加工工藝不良、搬運中的機械摩擦、開關(guān)動作等都可能導致自由金屬微粒的產(chǎn)生，金屬導電微粒的存在會對GIS絕緣性能產(chǎn)生較大威脅[6-9]，因此，有必要對實際運行工況下GIS內(nèi)自由金屬微粒運動行為以及規(guī)律展開研究。

國內(nèi)外開展了大量有關(guān)GIS內(nèi)自由金屬微粒運動規(guī)律的研究。然而，在GIS實際運行工況下，由于高壓母線電磁力作用、內(nèi)部接觸不良以及緊固性松動等故障，并且考慮到實際GIS內(nèi)高壓斷路器分合閘時，其驅(qū)動力可達數(shù)萬牛，對GIS設(shè)備整體沖擊力在觸頭制動、緩沖更為強烈，從而引起GIS殼體振動，對GIS內(nèi)金屬微粒的起跳以及運動特性產(chǎn)生影響。因此，有必要針對上述工況，考慮GIS殼體振動對金屬微粒起跳場強以及運動規(guī)律的影響。

電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室（西安交通大學）等單位的研究人員在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，建立了真實比例的1100kV GIS仿真模型，對自由金屬微粒激活以及運動過程進行受力和數(shù)值分析。對比分析了自由金屬微粒在工頻和工頻疊加正弦振動激勵下受力以及運動規(guī)律，仿真得到微粒運動過程各運動參量變化曲線及外施振動參數(shù)變化對微粒起跳以及運動規(guī)律的影響。

圖1 微粒實驗飛行圖譜

研究人員最后通過計算得到微粒飛行時間譜圖，研究了不同外施電壓幅值對微粒運動規(guī)律的影響，并通過實驗對仿真結(jié)果加以驗證。研究結(jié)果如下，其成果可為實際GIS內(nèi)金屬微粒檢測提供一定的理論指導。

1）微粒起跳場強隨殼體振幅增加逐漸降低，且微粒半徑對起跳場強影響隨振幅增加逐漸減小；振幅為10μm時微粒起跳場強相對于未施加振動下降約25%，振幅增加到30μm時，微粒起跳場強隨半徑增加基本保持不變，約為2kV/cm。

2）微粒相鄰兩次碰撞間最大飛行高度與微粒碰撞瞬間電壓相位以及碰撞恢復速度有關(guān)，相位為零時，微粒近似做豎直上拋運動，同樣碰撞恢復速度條件下運動高度最低，正弦振動激勵能夠有效加快微粒碰撞恢復速度，使得最大飛行高度相對于僅施加工頻電壓有所增加。

3）正弦振動激勵下微粒飛行圖譜呈山峰狀，與僅施加工頻電壓下帶狀飛行圖譜相比具有明顯形態(tài)差異，在外施工頻電壓幅值較低時，飛行圖譜即呈現(xiàn)明顯的三角脈沖，因此具有更高的可識別性。

4）微粒與振動殼體碰撞瞬間，若二者運動方向相反，則圖譜的上包絡(luò)線幅值會明顯增加；若運動方向相同，圖譜的下包絡(luò)線幅值變化會明顯減小，導致最終微粒飛行時間圖譜呈山峰狀分布。

本文編自2021年第21期《電工技術(shù)學報》，論文標題為“正弦振動激勵下GIS內(nèi)自由金屬微粒運動特性”，作者為李杰、李曉昂 等。