华北电力大学考研，华北电力大学考研分数线
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直流气体绝缘组合电器和封闭输电线路中的运动金属微粒是造成绝缘故障的重要原因，采用驱赶电极可使微粒朝远离绝缘子的方向运动，与微粒陷阱配合使用可显著提高微粒的捕获概率。已有的屏蔽罩结构为设计驱赶电极提供了工程实施的可能性，厘清驱赶电极与微粒陷阱协同作用机制，提出驱赶电极与微粒陷阱协同设计方法，可为实际工程的微粒有效抑制提供指导。
研究背景
在GIS/GIL中，缘于机械碰撞、热伸缩摩擦等因素，会不可避免地产生金属微粒污染物，而金属微粒引起的绝缘故障是影响设备可靠性的主要因素之一。驱赶电极可驱离绝缘子附近的危险金属微粒，但不能有效抑制微粒运动；微粒陷阱可捕获运动的微粒，但捕获概率低。倘将两者协同应用，理论上有望获得更理想的微粒治理效果。
已有的屏蔽罩结构为设计驱赶电极提供了工程实施的可能性，但目前对驱赶电极与微粒陷阱的协同应用罕有研究，对其协同作用机制尚不清晰，这影响到微粒抑制措施的定量优化设计。
论文所解决的问题及意义
本文融合实验与仿真分析，研究了驱赶电极与微粒陷阱的协同作用机制，以及结构参数的优化设计方法。首先通过建立微粒与驱赶电极随机碰撞的动力学模型，分析了影响微粒驱赶效果的关键参数，获得微粒集中落点位置的分布特征。继而提出驱赶电极与微粒陷阱协同布置的优化设计方法，并搭建真型实验平台对优化设计结果进行了验证。文中提出的协同布置方案与优化设计方法，为当前工程中的微粒抑制技术提供了量化依据。
论文方法及创新点
1）考虑微粒随机运动特性的驱赶电极设计方法
将驱赶电极设计为呈一定倾角的空心圆台状，建立微粒与驱赶电极随机碰撞的动力学模型，如图1所示，定量分析驱赶电极对微粒的驱赶效果。基于微粒初始落点位置具有强集中特征，对驱赶电极的关键参数包括电极凸起处长度、电极长度以及倾角等进行设计。
图1 金属微粒轴向平面运动模型
2）驱赶电极和微粒陷阱协同布置策略
以微粒陷阱的捕获概率提升为目标，提出驱赶电极与微粒陷阱协同布置策略，这里的捕获概率定义为陷阱捕获的微粒数量与运动的金属微粒数量比值的百分数。相较于无驱赶电极时，陷阱布置于微粒集中落点位置时捕获概率提升了20 %，仿真布置方案如图2、3所示。
图2 不加设驱赶电极仿真布置图
图3 加设驱赶电极仿真布置图
3）驱赶电极和微粒陷阱结构参数协同优化
考虑驱赶电极对陷阱中微粒入射角的影响，提出驱赶电极与微粒陷阱结构参数的协同优化方法。入射角的减小会让微粒与陷阱壁面发生更多次碰撞，有利于陷阱对微粒的捕获，如图4所示。
图4 微粒入陷示意图
结论
本文考虑碰撞反射角的随机分布特性，建立了微粒与驱赶电极的碰撞动力学模型，发现驱赶电极下微粒初始落点位置具有强集中特征。并以微粒陷阱捕获概率为优化目标，提出驱赶电极和微粒陷阱的协同布置策略与结构参数优化方法。将陷阱布置于驱赶电极下的微粒集中落点位置，能缩短陷阱捕获时间，减小微粒在陷阱中的入射角，提高陷阱捕获微粒能力。本文提出的协同布置方案与优化设计方法可为当前工程中的微粒抑制技术提供量化依据。
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。
胡智莹
硕士研究生，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。
本工作成果发表在2023年第12期《电工技术学报》，论文标题为“直流GIS/GIL中驱赶电极与微粒陷阱的协同抑制作用及优化设计方法”。
引用本文
胡智莹, 耿秋钰, 魏来, 常亚楠, 李庆民. 直流GIS/GIL中驱赶电极与微粒陷阱的协同抑制作用及优化设计方法[J]. 电工技术学报, 2023, 38(12): 3338-3349. Hu Zhiying, Geng Qiuyu, Wei Lai, Chang Yanan, Li Qingmin. Synergistic Inhibitory Effect and Optimal Design Method of Driving Electrode and Particle Trap in DC GIS/GIL. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023, 38(12): 3338-3349.
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