均匀场中SF6二维流注放电模型的动态仿真

为了对SF6气体的放电过程进行深入研究,使用含电子、正离子、负离子的连续方程对SF6气体的放电过程建模,通过耦合泊松方程进行了解决空间电荷对电场的畸变影响的研究。使用通量校正传输法(Flux-Corrected Transport)求解连续方程,并首次实现了二维情况下的SF6放电过程的动态仿真。模拟过程考虑了带电粒子及中性气体分子的电离、吸附、复合、扩散以及光电离等过程。从仿真结果可见,SF6放电时的电子崩转化成了正、负流注,并且光电离过程加速了流注的发展。通过仿真使得SF6流注放电机制的研究从定性变为定量,这对于进一步研究SF6及相关气体的放电机理具有重要意义。     

窄间隙SF6放电过程粒子动力学行为

为了能够从微观上深入研究SF6气体的放电机理,采用粒子连续性方程耦合泊松方程构建SF6气体放电流体模型,其中粒子连续性方程由电子、正离子和负离子连续性方程构成,用有限元法对该模型进行耦合求解.模拟过程考虑了带电粒子及中性气体分子间的电离、吸附、复合以及扩散等过程.仿真结果表明,SF6气体放电过程包含三个阶段:电子崩阶段、电子崩转化为流注阶段、流注放电阶段.     

直流母线金属缺陷下空气放电机理的数值模拟

为探究直流母线金属缺陷下干燥气体条件空气正流注的产生机理和对放电特性的影响,采用有限元仿真软件COMSOL的等离子体模型,对线-板电极下80%的氮气和20%的氧气混合空气气体正流注放电进行模拟,研究有金属颗粒存在的空气正流注放电特性,从微观角度流注放电过程中的各种粒子数密度、电场、电势分布和空间电荷密度等变化趋势。研究结果表明母线电压幅值以及初始电子浓度均对空气放电过程中的电子数浓度峰值、电场强度峰值和空间电荷密度峰值产生影响,同时加快流注的发展速度、影响电势分布。在工程中,金属微粒的存在对于气体的绝缘性能有影响。     

初始种子电子对SF_6间隙放电行为的影响

基于流体理论和气体放电特性,数值模拟了大气压下充满SF6气体的板电极8 mm间隙的放电过程,在建立二维光致电离-流体动力学放电模型基础上综合考虑了SF6气体的理化性能。根据气体放电现象的物理本质及模拟结果,从微观机理上开展对放电电子、电场以及电子漂移速度在放电过程中时空分布的研究,获得了以上物理量随初始放电因素变化的时空特性。结果表明:初始种子电子团密度峰值N0与空间电子、电场强度分布以及电子漂移速度分布的变化梯度密切相关;初始种子电子团分布位置z0虽然也对以上微观参量造成一定影响,但主要作用体现在改变流注发展过程的时空尺度上。     

非均匀场下SF6短间隙正电晕放电行为

为深入探索SF6气体放电过程的微观机制,对大气压下10mm针-板电极SF6气体间隙的正电晕放电通道中带电粒子行为进行了研究。在尖-板电极模型的基础上,考虑了SF6间隙放电过程带电粒子电离、附着、复合、扩散以及光致电离的影响,给出了SF6短气隙正电晕放电过程的电子、正离子和负离子时空行为的表征方程,以及与空间电荷场耦合的泊松方程,并采用通量校正输运法(flux-corrected transport,FCT)对粒子连续性方程进行求解,获得了放电过程中带电粒子的时空行为规律及空间电场分布发展规律,并从空间电荷密度、放电参数、电场强度等方面与实验结果相比较,验证了模型及算法的正确性。     

大气压下流注放电光电离过程的数值仿真

将光电离模型引入气体流注放电的流体模型中,针对光电离数值仿真计算需要对空间任意两点建立联系,导致方程求解计算量增大、计算较困难的问题,提出了光电离模型的简化计算方法。然后求解流注放电流体模型,仿真棒–板空气间隙放电过程,并比较了有和没有光电离2种情况,结果表明光电离提供了流注放电所必须的二次电子崩的种子电子,在没有光电离时,不能形成流注放电。在考虑光电离情况下仿真了流注发展过程,得到各时刻电子、光电子、电场空间分布,并从流注发展速度、通道半径、电场强度多方面与实验结果比较,验证了模型和算法的正确性。     

棒极外形对SF6棒-板短间隙流注放电特性的影响

为研究SF_6绝缘设备中可能存在的不均匀电场环境对绝缘性能的影响,从微观角度解释不均匀电场对SF_6流注放电特性的影响,建立流体动力学-化学反应混合模型,数值仿真棒-板间隙的SF_6流注放电过程。改变棒尖端外形以及棒极半径,仿真锥尖头、球头、平头等3种棒电极下棒-板短间隙的SF_6流注放电特性。结果表明:棒极外形对SF_6短间隙放电特性影响显著,不同外形棒极在初始放电阶段存在不同的电场分布,锥尖头棒尖端外形流注注头电场峰值最大,发展速率更快,流注发展速率随放电间隙的增大而减小,而平头棒尖端外形流注的放电通道半径最大。棒极半径的增大使流注头部电场强度以及平均电子能减小,流注发展速率减慢。     

同轴场域SF_6/N_2混合气体电晕放电特性的仿真研究

采用SF6/N2混合气体绝缘介质的气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)作为电缆和架空线的有效补充,将在电力发展中起到重要作用。为更好地理解其放电特性,建立了同轴电场中流注电晕放电的二维流体模型,综合考虑了SF6/N2混合气体放电过程中空间光电离与阴极光发射作用,采用有限元-通量校正传输法(FEM-FCT)求解。仿真表明:流注电晕对空间电场有均匀作用,外施电压幅值低时流注电晕经过一段时间后会消失,幅值高时流注电晕容易发展为不稳定放电;SF6/N2混合气体起始放电时间较SF6气体迟,但绝缘性能较差;空间光电离作用强于阴极光发射的作用。     

基于偏微分弱形式方程的棒-板短空气间隙流注放电仿真

随着计算机运算能力的迅速提升,采用数值仿真方法研究气体放电过程已成为热点。根据气体放电理论推导的流体动力学模型,属于对流占优方程,求解计算存在数值振荡和数值扩散问题。文中采用加权余量法的伽辽金弱形式求解该模型,仿真了棒板10mm空气间隙的流注放电过程。仿真结果表明:电子﹑正离子在流注发展过程中的浓度为1016cm-3数量级,负离子为1015cm-3;电子碰撞电离占主导作用,空间电荷对电场分布有明显的畸变作用;数值振荡和数值扩散得到了有效消除。     

低SF6含量混合气体电晕放电特性仿真研究

低SF6含量混合气体绝缘介质最有可能替代SF6气体应用于气体绝缘设备中。本研究采用有限元-通量校正传输(FEM-FCT)法求解低SF6含量的SF6/N2混合气体二维流注电晕放电的数学模型,考虑了空间电荷对场域的畸变作用,研究了SF6/N2混合气体二维流注电晕的放电特性,展示了流注电晕放电发展过程中间隙内部各种带电粒子浓度和空间电场的分布。仿真表明:棒-板间隙中空间光电离对流注电晕发展的影响强于阴极光发射;外施电压幅值小时,流注形成和发展速度较慢,流注电晕相对稳定。     

不同参数条件下水中脉冲放电的电学特性研究

在不同的电压和电导率参数条件下分类实验研究了水中脉冲放电的两种方式 (电弧放电和电晕放电 ) ,采集并分析了实验中的电压和电流数据。然后简要讨论了两种放电方式的产生机理 (与电弧方式的热过程机理相比 ,电晕方式的初始机理还很不清楚 )。最后从实验现象、产生机理和应用前景等方面对比分析了两种放电方式。实验发现在大的溶液电导率下水中电晕放电方式的声学效应明显 ,为水下等离子体声源的设计提供了新的思路。     

无极放电光源的进展

使用高光效长寿命光源是实现能源可持续发展的一个重要内容.无极放电光源属于高效节能光源,是未来光源发展的一个重要方向.本文将首先介绍无极放电光源的放电类型及其基本原理,然后阐述目前无极放电光源的研究进展状况,最后对无极放电光源的未来发展趋势进行展望.     

高压直流局部放电的试验研究及其放电源识别策略

在长期高压直流电压作用下,电气设备的绝缘不可避免地逐渐老化,有必要对其绝缘状态进行监测。由于不同性质的绝缘缺陷对电气设备的损害程度不同,因而缺陷的识别是非常重要的。为此,搭建了基于交流局放检测设备的直流局部放电检测系统,对3种典型的直流放电(电晕、沿面、内部放电)进行了试验研究,建立了典型放电的数据库,给出了试验结果。并基于局部放电信号之间的相关性统计特性,试图通过对各种参数的分析,寻求区别不同放电现象(电晕、沿面、内部放电)的特性参数,对直流电压作用下的放电源进行识别。研究表明,直流电压作用下,将电晕放电从沿面放电和内部放电中分离出来相对来说难度小一些;而单靠现有的局部放电的统计分析将内部放电从沿面放电中分离出来是很难的,需要进一步寻找两种放电的新的特性参数。     

空气条件下介质阻挡放电影响因素的研究

为了解决低气压等离子体用于工业生产时存在真空系统昂贵和难以实现试品的批量处理等缺点,采用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)作为介质阻挡放电(DBD)的阻挡介质,探讨了在不同放电间距d(2-5 mm)、气压p(10-100 kPa)和外施电压U下的放电特性。结果表明,PTFE为阻挡介质,d≤3 mm时,在大气压下可利用DBD的形式产生辉光放电,当d>4 mm时,则不能得到稳定的DBD;在不同气压下,DBD稳定放电对应的电压区间范围在d为3 mm时最大;次大气压下辉光放电的特征较大气压下更明显,辉光放电更易获得,稳定放电的电压区间也更大。     

氖气介质阻挡放电中斑图放电与均匀放电模式的转化

为了找到控制非均匀放电向均匀放电转化的条件,采用楔形气隙研究了氖气介质阻挡放电(DBD)中均匀放电和斑图放电模式之间的转化条件。实验发现,随着气隙距离的增大,放电由斑图放电逐渐向均匀放电过渡。对其放电特性的研究结果表明,在相同的气压和气隙距离下,外加电压的增加将导致均匀放电向斑图放电转变;在相同的外加电压和气隙距离下,气压的升高将导致斑图放电向均匀放电转化。经过分析发现这种转化现象的本质与电场强度E与气压p的比值E/p有关,即在一定的气隙距离下,E/p的增加将导致均匀放电向斑图放电转变。实验结果对空气大气压均匀辉光放电的产生具有一定的参考价值。     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的特性比较

研究了平板-平板电极和线-管电极两种电极结构的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了它们的区别,并从放电机理角度对试验结果做出了解释。结果表明,平板-平板电极介质阻挡放电表现为微放电脉冲形式,而线-管电极结构介质阻挡电晕放电由于线电极的电晕效应,使得放电更为稳定。     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的特性比较

研究了平板-平板电极和线-管电极两种电极结构的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了它们的区别,并从放电机理角度对试验结果做出了解释。结果表明,平板-平板电极介质阻挡放电表现为微放电脉冲形式,而线-管电极结构介质阻挡电晕放电由于线电极的电晕效应,使得放电更为稳定。     

特高频段内油中与空气中放电频谱特性研究

针对不同放电模型采用特高频检测技术开展了油中与空气中放电特性的研究。实验结果表明 :油和空气中放电在时域及频域上存在差异。油中放电的一次放电脉冲持续时间较短 (约为几十ns) ,信号能量主要分布在 30 0～ 110 0MHz范围内 ;而空气中放电的一次放电脉冲持续时间超过几百ns,信号能量主要分布在 0～ 2 0 0MHz范围内。这些差异可为变压器用特高频法进行局放在线监测中选取合适频段以消除空气中电晕放电脉冲型干扰提供基础。     

基于Lissajous图形研究大气压氦气介质阻挡放电

利用高频高压电源,进行大气压氦气介质阻挡放电试验,测量了辉光和多脉冲辉光放电的Lissajous图形,分析各段图形代表的放电过程。研究表明:介质阻挡高频放电的Lissajous图形由外电压向气隙、介质充电的直线部分和气隙放电的曲线部分交替出现组成;交替(气隙放电)的次数取决于外加电压的幅值;随着直线出现次序加大,直线斜率逐渐增大;随着放电次数增加,曲线电荷阶跃百分比减小;随着外电压幅值增加,起始放电电压减小,甚至其极性发生改变。     

颗粒引发真空间隙放电现象的分析

本文观察到颗粒引发的真空间隙两种放电波形，并对这两种放电与真空间隙击穿的关系进行分析。