陈康等：基于GN材料的特高压输电线路的验电标识 ·1121· 图9大工频变压器现场实验图.(a)发光前：(b)发光后 Fig.9 Field experiment of large frequency transformer:(a)before luminescence:(b)after luminescence 大，目前没有较好的验电方式.目前通过线路电流 理，微弱电流的影响与验电标识安装的方式、位置， 取能式的验电装置包括感应线圈、整流装置、报警装 发光的临界条件都是值得研究和分析的. 置一套成本大概需要几千到上万元不等，本文所制 备的验电标识，一个成本在600元左右，如果大批量 参考文献 生产，严格控制产品质量，并在工艺上改进的话，成 [1]Yang J.Application research of high voltage electroscope insulated 本可以进一步降低；并且一次安装，可以长期验电， operating pole on 10kV distribution network.Low Carbon World, 2015(25):57 具有良好的经济效益 (杨洁.高压验电器型绝缘操作杆在10kV配网线路上的应用 3结论 研究.低碳世界，2015(25)：57) Hu Y,Wang L N,Ding R.The standard and technical repuire- (I)基于GaN材料所制备的验电标识，可以在 ments of 500 kV capacitive type voltage detectors.Electr Power 特高压交流电场环境下受激发而发出蓝紫色的光， Stardard Meas,2000(4):23 其发光的功耗较低，相对于其他半导体验电标识能 (胡毅，王力农，丁荣.500kV电容型验电器的标准制订及技 术要求.电力标准化与计量，2000(4)：23) 更加易于发光，由于其发光主要受带电导体周围电 ⑨ WangL,Wang C M.Research and application progress of third 场大小的影响，能对特高压导体是否带电进行精确 generation semiconductor materials GaN-based microwave power 指示，特别能指示线路空载但具有电势的带电情况， devices.Adr Mater Ind,2014(3):13 这是以线路电流取能供电为原理的验电装置所不具 (王丽，王翠梅.第3代半导体材料GN基微波功率器件研究 有的特点. 和应用进展.新材料产业，2014(3)：13) (2)通过测试验电标识材料的伏安曲线和发光 4]Guo Y.Measurement and Analysis of the Photoluminescence of In- GaN/GaN Quantum Wells [Dissertation].Nanjing:Nanjing Uni- 特性，以及相关现场试验，得出当验电标识处于所在 versity,2011 场强区域达到电场在1.2×10V·m-1以上时，可激 (郭媛.InGaN/GaN量子阱光致发光特性的测试与分析[学位 发使其发光，此时注入电流在1.1mA左右. 论文].南京：南京大学，2011) (3)通过仿真分析，可以得到1000kV的8分裂 Wu CC,Liou J C,Diao CC.Self-powered smart window con- 规格的导线，其表面最大场强达到10V·m'数量级 trolled by a high open-circuit voltage InGaN/GaN multiple quan- 以上，验电标识安装距离可以保持在距离导线轴线 tum well solar cell.Chem Commun,2015,51:12625 [6]Chen X,Wang S,Wang L,et al.Array substrate and manufactur- 13Cm及以内的范围即可实现验电.同时也从侧面 ing method thereof and display device.Educational Res Online, 分析表明，由于特高压其他带电设备或其他相线距 2017,7(2):137 离较大，电场衰减快，其不会导致验电标识发光产生 Ma W,Hao Y.ESD and its related mechanism on LDD-CMOS. 误指示.因此该验电标识具有较高的可靠性 Chin J Semicond,2003,24(8)892 (4)由于条件有限，在1000kV现场线路上试验 (马巍，郝跃.LDD-CMOS中ESD及其相关机理.半导体学 还有待进一步实施，后续在其他各高电压等级上的 报，2003,24(8)：892) 8] 应用还有待进一步研究，同时，由于验电标识发光的 Wu K P,Sun C X,Ma W F,et al.Interface electronic structure and the Schottky barrier at Al-diamond interface:hybrid density 辨识度受到周围环境的影响，后期通过改进材料内 functional theory HSE06 investigation.Acta Phys Sin,2017,66 部掺杂，可以进一步提高验电标识带电指示的辨识 (8):0881021 度：材料所处的特高压环境对其激发能量的微观原 (吴孔平，孙昌旭，马文飞，等.铝一金刚石界面电子特性与界陈 康等: 基于 GaN 材料的特高压输电线路的验电标识 图 9 大工频变压器现场实验图． ( a) 发光前; ( b) 发光后 Fig． 9 Field experiment of large frequency transformer: ( a) before luminescence; ( b) after luminescence 大，目前没有较好的验电方式． 目前通过线路电流 取能式的验电装置包括感应线圈、整流装置、报警装 置一套成本大概需要几千到上万元不等，本文所制 备的验电标识，一个成本在 600 元左右，如果大批量 生产，严格控制产品质量，并在工艺上改进的话，成 本可以进一步降低; 并且一次安装，可以长期验电， 具有良好的经济效益． 3 结论 ( 1) 基于 GaN 材料所制备的验电标识，可以在 特高压交流电场环境下受激发而发出蓝紫色的光， 其发光的功耗较低，相对于其他半导体验电标识能 更加易于发光，由于其发光主要受带电导体周围电 场大小的影响，能对特高压导体是否带电进行精确 指示，特别能指示线路空载但具有电势的带电情况， 这是以线路电流取能供电为原理的验电装置所不具 有的特点． ( 2) 通过测试验电标识材料的伏安曲线和发光 特性，以及相关现场试验，得出当验电标识处于所在 场强区域达到电场在 1. 2 × 106 V·m － 1以上时，可激 发使其发光，此时注入电流在 1. 1 mA 左右． ( 3) 通过仿真分析，可以得到 1000 kV 的 8 分裂 规格的导线，其表面最大场强达到106 V·m － 1数量级 以上，验电标识安装距离可以保持在距离导线轴线 13 cm 及以内的范围即可实现验电． 同时也从侧面 分析表明，由于特高压其他带电设备或其他相线距 离较大，电场衰减快，其不会导致验电标识发光产生 误指示． 因此该验电标识具有较高的可靠性． ( 4) 由于条件有限，在 1000 kV 现场线路上试验 还有待进一步实施，后续在其他各高电压等级上的 应用还有待进一步研究，同时，由于验电标识发光的 辨识度受到周围环境的影响，后期通过改进材料内 部掺杂，可以进一步提高验电标识带电指示的辨识 度; 材料所处的特高压环境对其激发能量的微观原 理，微弱电流的影响与验电标识安装的方式、位置， 发光的临界条件都是值得研究和分析的． 参 考 文 献 ［1］ Yang J． Application research of high voltage electroscope insulated operating pole on 10 kV distribution network． Low Carbon World， 2015( 25) : 57 ( 杨洁． 高压验电器型绝缘操作杆在 10 kV 配网线路上的应用 研究． 低碳世界，2015( 25) : 57) ［2］ Hu Y，Wang L N，Ding Ｒ． The standard and technical repuire￾ments of 500 kV capacitive type voltage detectors． Electr Power Stardard Meas，2000( 4) : 23 ( 胡毅，王力农，丁荣． 500 kV 电容型验电器的标准制订及技 术要求． 电力标准化与计量，2000( 4) : 23) ［3］ Wang L，Wang C M． Ｒesearch and application progress of third generation semiconductor materials GaN-based microwave power devices． Adv Mater Ind，2014( 3) : 13 ( 王丽，王翠梅． 第3 代半导体材料 GaN 基微波功率器件研究 和应用进展． 新材料产业，2014( 3) : 13) ［4］ Guo Y． Measurement and Analysis of the Photoluminescence of In￾GaN /GaN Quantum Wells ［Dissertation］． Nanjing: Nanjing Uni￾versity，2011 ( 郭媛． InGaN /GaN 量子阱光致发光特性的测试与分析［学位 论文］． 南京: 南京大学，2011) ［5］ Wu C C，Liou J C，Diao C C． Self-powered smart window con￾trolled by a high open-circuit voltage InGaN /GaN multiple quan￾tum well solar cell． Chem Commun，2015，51: 12625 ［6］ Chen X，Wang S，Wang L，et al． Array substrate and manufactur￾ing method thereof and display device． J Educational Ｒes Online， 2017，7( 2) : 137 ［7］ Ma W，Hao Y． ESD and its related mechanism on LDD--CMOS． Chin J Semicond，2003，24( 8) : 892 ( 马巍，郝跃． LDD--CMOS 中 ESD 及其相关机理． 半导体学 报，2003，24( 8) : 892) ［8］ Wu K P，Sun C X，Ma W F，et al． Interface electronic structure and the Schottky barrier at Al-diamond interface: hybrid density functional theory HSE06 investigation． Acta Phys Sin，2017，66 ( 8) : 088102-1 ( 吴孔平，孙昌旭，马文飞，等． 铝--金刚石界面电子特性与界 · 1211 ·