基于空间电荷分布的直流ZnO电阻片老化机理及状态评估方法研究

In the study, DC ZnO varistors is chose as research object. The existing back-to-back aging system is used for its voltage-endurance test, and the influence of shutdown voltage overshot and harmonics occurs in actual operation is considered. The space charge characteristics in the changing process of grain boundary structure are studied by means of the space charge testing techniques(TSC, PEA), the testing techniques of dielectric properties and microstructures. The grain boundary barrier is taken as a bridge between space charge and microstructures, and it taken as a bridge between space charge and macroscopic properties too. Thus the relationship between microstructure parameters and electrical performances is established, and the quantitative relationship between dielectric properties and electrical performances is determined. A further study on the law of space charge accumulation and transport in the process of DC ZnO varistors aging can put forward a new DC ZnO varistors aging evaluation method based on its space charge properties. The study is helpful to further grasp the aging mechanism of DC ZnO varistors, and it can provide theoretical support for material modification and engineering application aging evaluation method of DC ZnO varistors.

本项目拟以直流ZnO电阻片为研究对象，利用现有的背靠背老化试验系统，考虑实际运行时换向过冲及脉动电压的影响，系统地开展ZnO电阻片长期加压下性能变化的研究。借助TSC、PEA空间电荷测试技术，材料介电特性和微观结构的测试技术，围绕空间电荷在晶界结构变化过程中的特性展开研究。将晶界势垒作为空间电荷与显微结构、宏观性能之间的桥梁，建立微观结构参数和宏观性能之间的物理关系。得到老化过程中介电特性与宏观电气特性之间的定量表征方法。进一步研究ZnO电阻片老化过程中空间电荷的积累和迁移规律，提出以空间电荷特性为依据的直流ZnO电阻片老化程度的评价新方法。通过本项目的研究，能够揭示直流ZnO电阻片的老化机理，为工程实际应用直流ZnO电阻片的老化评判方法以及材料改性提供必要的理论支撑。

ZnO压敏电阻因具有良好的非线性伏安特性及能量耐受能力，被广泛运用于避雷器中。直流避雷器作为高压直流输电的重要设备之一，其长期工作过程中电气性能的变化影响直流系统的保护配置，避雷器老化对直流系统的安全运行有重要的影响。因此研究直流避雷器中ZnO压敏电阻在长期加压作用下的老化机理对于提高避雷器的性能，评估避雷器设备运行状态，保证输电系统的安全具有重要的理论价值。.本项目以直流ZnO电阻片为研究对象，利用现有的背靠背老化试验系统，考虑实际运行时换向过冲及脉动电压的影响，系统地开展ZnO电阻片长期加压下性能变化的研究。首先，借助TSC、PEA空间电荷测试技术，材料介电特性和微观结构的测试技术，围绕空间电荷在晶界结构变化过程中的特性展开研究。系统的研究了ZnO压敏电阻的空间电荷分布特性与非线性特性之间的关系，从空间电荷的角度探讨了ZnO压敏电阻的导电机制；其次研究了ZnO压敏电阻老化过程中的参数变化规律，分析晶界在老化过程中的变化，将晶界势垒和空间电荷作为显微结构与宏观电气性能间的桥梁，建立微观结构和宏观性能间的联系，探索老化因素的影响机理，对直流老化的机理进行了探讨和补充；最后利用模糊综合评价方法，对老化过程中评估老化的宏观参数与微观参数进行统一，提出了一种基于空间电荷特性的ZnO压敏电阻老化状态综合评估的方法。通过本项目的研究，揭示了直流ZnO电阻片的老化机理，为工程实际应用直流ZnO电阻片的老化评判方法以及材料改性提供必要的理论支撑。