中国电力

2021, 54(12): 0-0.

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考虑DG并网逆变器和APF参与电压治理的SVG优化配置

许竞, 田书娅, 赵铁军, 高小刚, 叶鞠, 卜令岩, 刘文邈

2021, 54(12): 2-10. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202104032

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为解决配电网中分布式电源(DG)高比例渗透引起的电压偏差问题，提高系统电压稳定性，提出一种DG并网逆变器和电压检测型有源滤波器（voltage detection based active power filter，VDAPF）参与电压治理的SVG优化配置策略。采用分区思想，提出基于社团理论的分区方法，选取各区域的主导治理节点作为SVG候选接入节点；建立SVG总投资成本最小和系统电压偏差治理效果最优的多目标SVG优化配置模型，并采用改进的遗传算法对配置模型进行求解；考虑DG并网逆变器和电压检测型APF剩余容量的不确定性，采用多场景分析技术构建一系列电压治理运行场景。以IEEE 33节点配电网结构为算例进行分析，验证了所提优化配置策略的有效性和合理性。

基于SVG的光伏并网SSO附加阻尼抑制策略

张帆, 高本锋, 李铁成

2021, 54(12): 11-19,44. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202010078

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针对大规模光伏(photovoltaic, PV)并入弱交流电网的次同步振荡(sub-synchronous oscillation, SSO)问题，提出一种基于静止无功发生器(static var generator, SVG)附加阻尼控制策略抑制的方法。该方法提取PV并网点电压作为输入信号，通过附加次同步阻尼控制器(supplementary sub-synchronous damping controller, SSDC)生成与并网点次同步电压同相位的次同步电流信号，使SVG在次同步频率下等效为并联接入系统的正电阻，消耗SSO能量实现抑制。此外，详细分析了SSDC的结构和参数设计方法。最后，以西北某PV电站为实例，通过电磁暂态仿真验证了上述抑制控制策略在多种工况下的有效性，该控制策略可提高光伏系统的稳定裕量。

可变频率变压器的最大功率传输控制策略

卢嘉豪, 洪锐媛, 陈思哲

2021, 54(12): 20-28. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202103149

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可变频率变压器（VFT）是一种能连接异步电网的新型灵活交流输电系统设备，其可传输功率的容量是重要的性能指标。针对传统控制策略未考虑转差率增大可能导致转子绕组超过额定容量的问题，对不同的转差率和定子无功功率情况下定子有功功率最大值进行研究；详细研究了采用串联变换器的VFT系统运行特性；对不同转差率进行了详细的工况分析。推导出最优定子无功功率给定值与转差率、额定视在功率和实际吸收无功功率之间的数学关系，并提出了VFT的最大功率传输（MPT）控制策略；通过硬件在环实验平台验证提出的MPT控制策略的有效性。实验结果表明，所提MPT控制策略能有效提高VFT的可传输功率，实现VFT的最大功率传输。

双边不对称工况下无网侧变换器型可变频率变压器的控制策略

卢嘉豪, 陈思哲

2021, 54(12): 29-37. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102082

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针对可变频率变压器转子电压不可控的问题，提出一种无网侧变换器的可变频率变压器（NGSC-VFT）拓扑结构。基于该拓扑结构，建立双边对称和不对称工况下NGSC-VFT的完整数学模型，并深入研究NGSC-VFT的控制策略。定子侧串联补偿变换器以维持直流母线电压、独立控制无功功率和消除定子负序电压为目标，转子侧串联补偿变换器以消除转子负序电压为目标。仿真结果表明：采用所提NGSC-VFT拓扑结构，无需网侧变换器即可维持直流母线电压，有功功率动态跟踪效果更快，直流电容电压更低，无功功率可独立控制，双边不对称工况下转矩和功率的波动得到进一步抑制。新拓扑提高了VFT系统的不对称故障穿越能力。

基于Jiles-Atherton逆模型的磁阀式可控电抗器铁心饱和度分析

胡蔡飞, 范学良, 童力, 何立群, 李晓辉, 郑宏, 章柳松

2021, 54(12): 38-44. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202010113

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磁阀式可控电抗器(MCR)是电力系统中的无功补偿装置，其容量调节通过改变磁阀的铁心饱和度实现。为了对MCR的铁心饱和度进行实时、准确的分析，从而优化MCR的输出控制，保障铁心磁阀安全可靠工作，基于Jiles-Atherton (J-A)逆模型对MCR进行数学建模，并通过电磁计算程序，对比分析不同状态变量对MCR输出特性的影响。结果表明，励磁支路的直流激磁电流与饱和度具有较好的线性关系，可以作为铁心饱和度的分析及观测指标。研究及结论有助于实现MCR铁心饱和程度及励磁支路状态的在线监测，优化调控MCR输出无功功率。

大容量SVC相控电抗器对站用低压直流电源的影响分析及防范措施

温才权, 全杰雄, 周凯, 潘龙斌, 李成

2021, 54(12): 45-53. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102078

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大容量静态无功补偿装置（static var compensator，SVC）相控电抗器对站用低压直流电源影响问题特殊且严重。为深入了解SVC对厂站低压直流电源的影响，对某变电站SVC现场设备进行实测，进而对SVC及附近区域建立三维电磁场仿真模型。通过与现场的实测值进行对比，并在实验室建立等比例模型验证仿真的等效性，在此基础上分析在电抗器敷设不同的屏蔽材料对直流电源电能质量改善情况以及带来的衍生问题。结果表明：大型SVC相控电抗器对厂站低压直流电源的影响已超过规程允许值，而敷设硅钢片、铝板、铁板均可有效降低干扰，并且带来的电感变化、发热等情况在可接受范围内。

非线性负荷接入高压-超高压系统评估方法对比

于希娟, 李洪涛, 马喜欢, 陶顺, 马宁, 宋晓庆, 徐永海

2021, 54(12): 54-62. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202010121

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随着电力系统“双高化”的发展，非线性负荷或设备的容量越来越大，它们接入高压-超高压系统的需求越来越高。非线性负荷接入电网会向电网中注入谐波电流，造成电压波形畸变。为了评估非线性负荷的接入是否会对系统造成不可接受的电压谐波失真，国际电工委员会（IEC）制定的 IEC/TR 61000-3-6: 2008技术性文件和英国2020年颁布的G5/5工程导则给出了相应的评估方法。介绍了2个标准中非线性负荷接入高压-超高压系统的评估方法并进行对比分析，为电能质量谐波国标修订提供不同的视角和思考。

非线性负荷接入高压-超高压系统应用评估

马喜欢, 陶顺, 徐永海, 马宁, 宋晓庆

2021, 54(12): 63-72. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102081

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目前中国正持续快速建设高速电气化铁路网络。高铁负荷接入高压-超高压电网的需求越来越高，它们接入电网会注入谐波电流，造成电压波形畸变。为对比IEC/TR 61000-3-6: 2008技术性文件和英国G5/5工程导则中非线性负荷接入高压-超高压系统的评估方法，以某220 kV高铁牵引站接入为应用案例，开展评估及应用效果对比分析。研究成果为电能质量谐波国家标准的修订提供一些参考。

1 200 V SiC MOSFET参数分散性对并联均流的影响分析

吴沛飞, 汤广福, 杨霏, 杜泽晨

2021, 54(12): 73-80. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202111031

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基于本团队自研并金属封装的1 200V 20A SiC MOSFET器件，开展了器件参数分散性对并联组件均流的影响研究。首先引入器件偏离度和变异系数，分析了三线法和两线法测试平台对器件阈值电压和导通电阻测试结果的影响，得出三线法对于本文的测试结果更加可靠且可测参数更多；基于三线法的测试平台，实验测试了器件的基本特征参数，包括阈值电压、导通电阻、跨导等，并分析了30只器件的分散性，结果表明测试器件跨导的一致性较好，而阈值电压和导通电阻的偏离度较大；最后，以阈值电压和导通电阻为研究对象，选择了器件两参数相近与分散性较大的SiC MOSFET进行并联双脉冲实验，在排除了测试回路寄生参数的基础上，通过实验和仿真对比验证了导通电阻及阈值电压对器件并联均流的影响，结果表明阈值电压对于并联系统开关前后瞬态过程的均流影响较大，阈值电压较小的器件将承担更大的过冲电流，影响并联系统的可靠性；相比开关瞬态过程，导通电阻则是对稳态后的均流影响更大，导通电阻较小的器件将承担更大的电流，影响支路器件的可靠性。

3 300V SiC SBD嵌入式MOSFET研制

刘国友, 罗海辉, 李诚瞻, 宋瓘

2021, 54(12): 81-85,93. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107055

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研制了一种3 300 V 碳化硅（silicon carbide， SiC）肖特基二极管（schottky barrier diodes，SBD）嵌入式金属-氧化物半导体场效应晶体管（metal-oxide-semiconductor field effect transistors，MOSFET），即在传统MOSFET结构中集成一个由钛形成的肖特基接触。在芯片制造过程中，通过增加Ni退火后的表面处理工艺，使得栅源短路失效率降低约58%。研究发现，当二极管电流密度J_SD=100 A/cm²时，嵌入式二极管电压降V_SD（SBD）=2.1 V，寄生二极管的开启电压约为8 V，这说明嵌入式SBD可以抑制MOSFET寄生二极管开启，降低碳化硅MOSFET“双极退化”风险。另外，该芯片的阈值电压为3.05 V，比导通电阻和阻断电压分别为18.9 mΩ·cm²和3 955 V，在高压轨交市场具有广阔的应用前景。

4 H-SiC PiN功率二极管dV/dt可靠性机理研究

郭登耀, 汤晓燕, 李林青, 张玉明

2021, 54(12): 86-93. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107043

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碳化硅(SiC)功率开关高速和高功率的特点，使其在脉冲功率系统中面临着比硅(Si)器件更严苛的高dV/dt可靠性问题。实验发现高dV/dt应力会导致4H-SiC PiN功率二极管击穿特性永久退化。仿真结果表明：高dV/dt应力下器件终端区与主结交界处存在较强电场集中，致使雪崩提前发生，进而导致局部温度升高造成永久损伤。该电场集中是由于高dV/dt应力下（JTE）区耗尽不充分所致，提出对JTE区进行高浓度补偿掺杂来提高铝(Al)原子的电离率，进而改善脉冲应力下JTE耗尽不充分问题。仿真证明该方法可以有效降低脉冲应力下主结边缘处的电场集中，6×10²⁰ cm^–3的磷（P）原子补偿掺杂使得器件的抗dV/dt能力提升约30%，而静态特性不受影响。该研究为提升JTE终端SiC功率器件dV/dt可靠性提供了思路。

基于变参数减载控制的风电场一次调频策略

王天翔, 程雪坤, 李伟超, 郑金鑫

2021, 54(12): 94-101. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202007200

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变速恒频风机通过电力电子设备实现并网，导致机组转速与系统频率不再有耦合关系，无法主动响应系统频率变化。针对风电大规模并网引发的系统调频安全问题，采用优先减载低风速机组的风电场预留备用策略，并结合桨距角控制，实现满足系统备用需求，同时最大限度地储存旋转动能；然后提出了变调频系数的虚拟惯量控制策略，给出了下垂系数的整定方法，以实现风机减载功率充分释放，为系统提供可靠的调频功率支持。在DIgSILENT中建立了系统仿真模型，结果表明：所提策略能够合理分配风机的减载功率，并有效利用备用容量参与系统调频，提升了风机的频率控制能力。

基于概率可靠性评估的永磁直驱风机低电压穿越控制模型参数辨识

乔腾, 张益铭, 曹一家, 王力, 袁清

2021, 54(12): 102-111. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012112

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参数的准确获取有助于提高永磁直驱风机低电压穿越控制模型的仿真精度。复杂模型不仅存在参数多、无法全部测试获取的问题，非目标参数的不精确状况也会影响到目标参数辨识的准确度。通过灵敏度分析判断参数获取的难易程度，作为选择辨识顺序的依据。将非目标参数随机设置在经验范围内，采用概率可靠性评估方法选取用于准确辨识目标参数的观测变量。针对目标参数，采取兼顾辨识优先顺序和对应观测变量选取的分步辨识策略，获取高概率可靠性的辨识结果作为最终参数值，消除非目标参数设置不准确的影响。基于所提方法，对永磁直驱风机低电压穿越控制模型中目标参数进行理论辨识，并通过实测数据进行验证。

大型水轮发电机消弧线圈接地方式下的注入式定子接地保护新方案

周烺, 刘建政, 张琦雪, 钟波, 桂林

2021, 54(12): 112-120. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202010102

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在中性点经消弧线圈接地的大型水轮发电机的定子接地保护中，从消弧线圈附带的仪表线圈注入20 Hz信号是一种常规方案。为了提升保护效果并克服大型水轮发电机定子绕组对地电容增大带来的困难，提出了一种从消弧线圈串接电阻两端注入20 Hz信号的新方案。与常规方案对比，分析了应用新方案时从注入端口看进去的20 Hz等值电路，研究了相应的接地故障过渡电阻计算方法。以天生桥二级水电站发电机为研究对象，参照其消弧线圈的参数定制了试验专用消弧线圈，并在动模发电机上进行了定子接地故障试验，检验了2种保护方案的效果。动模试验结果表明，新方案相比常规方案，接地故障过渡电阻测量最大值由5.6 kΩ提高到20 kΩ，测量误差在±6%以内。

变速抽水蓄能机组转子绕组内部短路故障保护

陈俊, 叶宏, 李华忠, 李建春, 陈晓刚, 王凯

2021, 54(12): 121-127,136. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011097

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针对变速抽水蓄能机组转子绕组内部短路故障存在“弱保护”问题，提出一种基于定子侧分支环流的交流励磁电机转子绕组内部短路故障保护方法。根据多回路理论分析理论，从数字滤波器设计、保护判据、防误措施等方面研究了变速抽水蓄能机组转子绕组短路故障保护的关键技术，研制了保护样机，并搭建动模试验平台进行了验证。试验结果表明，该方法能可靠反映转子绕组匝间和相间短路故障，基于该原理的保护装置即将在国内某变速抽水蓄能机组上投入应用。

网络结构视角下的中国电力系统生产效率研究

解百臣, 卢龙, 段娜

2021, 54(12): 128-136. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012113

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电力系统在国家能源安全战略中占据重要地位，综合评估电力系统及其发电、输电、配电子部门生产效率对于社会经济高质量发展具有重要意义。采用网络数据包络分析方法(data envelopment analysis, DEA)模型对2014—2017年间中国电力系统生产效率进行分析。相比于传统DEA模型，网络DEA模型可通过上网电量、配电量等连接变量对系统内部联系进行建模并探索系统效率低下的内部因素。研究表明：中国电力系统生产效率区域差异性明显，新一轮电力体制改革对于电力系统的发展具有促进作用。外界环境的异质性导致区域电力系统各部门发展情况不同，生产绩效的提升应根据区域实际情况有所侧重。

冷热电联供型孤岛微电网环保经济调度模型

吴强, 韩俊, 金颋, 蔡超, 孟诗语, 殷俊平

2021, 54(12): 137-142. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202109126

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分布式风光伏及冷热电负荷具有较强的不确定性，增加了孤岛微电网的调度运行难度。研究冷热电联供型孤岛微电网的环保经济调度问题，通过在孤岛微电网中融入可中断负荷，将可中断负荷视为虚拟发电资源参与微电网调度运行，同时考虑微电网运行方案的经济性和环保性。采用基于可信性测度的模糊机会约束规划处理分布式风光及冷热电负荷的不确定性，进而转化为确定性等价类。采用基于满意度指标的多目标处理方法兼顾经济目标和环保目标。算例分析验证了模型的有效性。

考虑投资均衡和效益性的中压配电网投资分配

李娜, 李朝阳, 周进, 高毅, 洪运福, 游维扬

2021, 54(12): 143-149. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011016

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针对目前配电网投资缺乏合理的分配方法，提出适用于中压配电网多地区和多类项目投资分配模型。首先从投资需求、区域电力需求、问题现状和规划目标、投资效益、项目管理水平和风险分担能力等维度分别梳理提炼中压配电网投资分配评价指标和评分方法，引入面板回归分析，建立地市供电公司各地区中压配电网投资与指标综合评分的函数关系。其次基于多目标优化决策技术，分别以投资均衡和整体效益、单位投资效益最优为目标，提出增供电量、提升供电可靠性和降损效益等大类项目和各功能项目的投资分配模型。实证分析表明：所提模型可为地市供电公司中压配电网各地区和各类项目投资分配提供支撑。

基于混合采样和支持向量机的变压器故障诊断

李亮, 范瑾, 闫林, 张宓, 王鹏飞, 赵小军, 肖海滨

2021, 54(12): 150-155. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202109153

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针对变压器不平衡数据集对变压器故障诊断模型产生的影响，提出了基于混合采样和支持向量机（support vector machines, SVM）的变压器故障诊断方法，利用合成少数类过采样技术（synthetic minority oversampling technique, SMOTE）和基于最近邻规则的欠采样方法，分别对变压器故障数据和正常数据进行采样，再利用混合采样得到的平衡数据训练基于支持向量机变压器故障诊断模型。通过测试集对比不平衡数据和平衡数据下基于SVM的变压器故障诊断模型的性能。最后分析了采样率对于变压器故障诊断模型诊断准确率的影响。实验结果表明，该方法可以有效降低不平衡数据对诊断模型的影响，提高变压器故障诊断模型的准确率。

碳交易试点政策与电力行业碳减排

陈景东, 赵沛

2021, 54(12): 156-161. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202110046

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低碳战略下，碳交易制度对于电力行业的碳排放量具有重要影响。以碳交易地方试点政策作为准自然实验，利用中国2006—2018年30个省际面板数据，采用双重差分模型检验了碳交易政策的实际影响效果。发现：（1）相对非试点地区，试点地区电力行业碳排放量具有更为迅速的下降趋势；（2）试点地区碳交易总量越高，交易额越大，则该地区电力行业碳排放量越低。结论表明：中国的碳交易试点制度对于地区电力行业碳排放具有控制作用。

计及配电网拥塞的集群电动汽车参与二次调频方法研究

陈浩, 胡俊杰, 袁海峰, 周华嫣然, 罗魁

2021, 54(12): 162-169. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012058

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随着电动汽车数量的增多，具有快速响应能力的电动汽车在参与电力系统调频服务中得到广泛关注，但现有研究在利用电动汽车参与电网调频时往往忽视了电动汽车参与调频过程中由于集中充电可能导致的配网拥塞问题。为此，提出一种计及配电网拥塞的集群电动汽车参与二次调频方法。首先，介绍集群电动汽车参与电网调频的调度结构框架；其次，提出考虑电动汽车荷电状态的调频容量分配策略；然后，提出基于拥塞指数因子对电动汽车充放电功率进行调整的控制策略；最后，通过MATLAB/Simulink仿真进行算例分析，验证了所提控制策略的优势，结果表明：该策略可以在避免配电网拥塞的同时，保证系统频率波动不超过0.1Hz。

高海拔输电线路走廊空气密度实测

杨风利, 张宏杰, 邵帅, 黄国

2021, 54(12): 170-176. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202009082

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开展西藏4300 m以上海拔高度输电线路走廊附近的气温、湿度、气压实测，获得了3个海拔高度、1年以上的实测数据，确定了气温、湿度和气压对高海拔空气密度的影响差异，统计分析了3个典型海拔高度的实测空气密度均值、最大值和最小值，按照3种统计参量分别计算了实测点空气密度相对于空气密度标准值的降低率。3个实测点空气密度降低率大都高于现行规范计算值，即在4300~4900 m海拔范围，按现行规范确定的空气密度进行输电线路抗风设计偏于安全。空气密度按照实测最大值考虑时，海拔高于4300 m地区的基本风压比基于标准空气密度的基本风压至少降低31.7%。研究结果可为高海拔地区输电线路抗风设计和运行维护提供参考和依据。

基于电磁耦合注入的电力电缆局部缺陷在线定位方法

刘浩然, 周凯, 王昱皓, 李蓉, 傅尧, 饶显杰

2021, 54(12): 177-185,194. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202105175

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为了解决现有频域反射方法仅能在离线情况下对电缆缺陷进行定位检测的不足，提出了一种基于频域反射法和电磁耦合技术的电缆缺陷在线定位方法。首先，依据电缆分布参数模型对含有局部缺陷的电缆进行仿真建模，分析了不同电容变化程度的缺陷点与不同测试频率对电缆缺陷定位效果的影响。然后，探究了传感器结构对信号注入效率的影响。最后，分别在实验室105 m和500 m电力电缆上进行验证，在离线测试情况下，通过改变105 m电缆末端负载阻值，模拟不同电缆负载下的线路情况，并分析其对局部缺陷处和电缆末端处反射强度的影响。在带电测试情况下，通过串联谐振平台对500 m电缆进行通电，利用所提在线定位方法对该电缆进行测试，以检验所提方法的有效性。仿真及实验结果表明：相较于电缆离线定位测试方法，该方法能够在电缆通电的状态下，实现对电缆缺陷点的在线定位，且具有较高定位精度和识别灵敏度。

油绝缘典型电极放电产气特性对比分析

刘琴, 谢雄杰, 胡伟, 刘泰蔚, 罗晓庆, 叶奇明

2021, 54(12): 186-194. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202106003

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少油类设备内部通过填充绝缘油进行内部绝缘，因内部空间小，在发生放电或过热故障时，会引起绝缘油关键参量劣化而产生大量H₂、烃类气体、CO和CO₂等油中溶解气体，故障严重时会导致设备爆炸，损失巨大。设计了一种少油类设备放电试验系统，获得了放电后油中气体扩散特性，开展了典型缺陷所对应的3种典型电极（板板电极、球球电极（球纯油球、球纸板球）和针板电极）在不同间隙距离、不同放电时间下的产气量对比研究，研究结果表明：板板电极放电下，直接加压至击穿产气量较小，球球电极和针板电极放电产生的C₂H₂和H₂呈现饱和趋势，在相同的间隙距离和放电时间下，针板电极产气量最大，球球电极次之，产气量最小的是板板电极，在1 mm间隙下，球纯油球较球纸板球布置下的电极放电过程剧烈，产气量大。获得了3种典型电极油中放电气体含量变化规律，主要结论对于少油类设备产气下的故障分析具有重要的意义。

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