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研究背景

气体绝缘输电管道(GIL)凭借其输送容量大、不受地形限制等优势，广泛应用于世界各地，并在特高压输电和特殊输电走廊领域具有巨大应用前景，但绝缘故障仍威胁着GIL的安全运行。在GIL中，金属微粒是引发电场畸变并导致绝缘故障的主要因素之一，其中运动金属微粒会引起气隙击穿，而附着在绝缘子表面的金属微粒则会引起沿面闪络，均将严重影响GIL的正常运行。目前，微粒陷阱是应用于GIL的主要微粒抑制技术之一，国内外对此展开了大量研究，也有不少应用于工程实际的产品。但如何有效捕捉远离陷阱位置的长期振荡金属微粒，并针对金属粉尘等不同特征微粒对陷阱结构参数进行差异化设计，则是微粒陷阱设计亟待解决的关键问题。

综述要点

本文介绍了国内外气体绝缘输电管道微粒陷阱的研究成果，包括陷阱结构的设计发展历程，总结了现有微粒陷阱额常见物理结构。同时，针对交流和直流电压下的金属微粒运动特性差异，重点梳理了微粒陷阱的捕获机制与设计思想。最后，从陷阱参数优化和陷阱布置策略两方面进行梳理，分析了微粒陷阱设计的关键技术，并结合陷阱的捕获机制，指出陷阱设计亟需解决的关键问题。

主要结论及研究展望

随着GIL发展以及相关研究的深入，微粒引发的设备绝缘故障时有发生，作为抑制GIL内部金属微粒的主要措施之一，微粒陷阱的设计技术也将进一步发展。

1）交流GIL已有可应用的微粒陷阱产品，但金属微粒引起的绝缘事故仍时有发生，如何评估微粒陷阱的有效性是有待解决的问题。一方面，可研究微粒陷阱捕捉动态过程的仿真技术，以及可观测的实验方法，对不同类型和尺寸的微粒陷阱开展有效性评估；另一方面，对于已投入运行的微粒陷阱，可通过高灵敏度的局部放电和振动指纹探测，建立微粒陷阱的有效性评估方法。

2）交流和直流电压下的金属微粒运动特性存在显著不同，其微粒陷阱的作用机制和结构设计也存在较大差异。对于直流下运动剧烈的金属微粒，在进入陷阱后容易反弹逃逸，如何有效阻止已进入陷阱的金属微粒二次逃逸，是直流微粒陷阱设计的关键问题之一。研究微粒在陷阱内部的带电与运动的交互特性，分析陷阱对不同状态微粒的捕捉机制，对陷阱结构优化设计非常重要。

3）在微粒陷阱优化方法与布置策略方面，可基于实验分析建立考虑微粒碰撞运动随机性和放电特性的数值仿真方法，在反应微粒真实运动与放电过程的基础上，以提高微粒捕捉率和降低微粒捕捉时间为目标，对微粒陷阱的结构设计与布置进行优化。

4）对于远离微粒陷阱和绝缘子的微粒，起举后长时间内会在同一位置振荡运动，还会出现在高压电极上的飞萤现象，严重威胁输电管道的绝缘性能。单靠微粒陷阱无法对这类微粒实现有效捕捉，还需通过微粒陷阱与电极涂敷、驱赶电极等其他抑制技术的配合应用。同时，还应针对金属粉尘对陷阱结构参数进行差异化设计，以提高微粒陷阱的捕捉效率。

5）随着数值模拟技术的发展，可准确再现微粒捕捉过程的仿真方法也有待研究，这有助于陷阱的参数和布置优化，以提高微粒陷阱的捕捉效率，也为微粒陷阱额效用评估提供基础依据。