放电反应器中掺杂介质受电场力分析

借助有限元方法分析计算了气中水滴和水中气泡两类掺杂介质在电场作用下所受力,包括电场力在两相介质交界面上的分布规律、掺杂介质大小及位置改变时作用力的变化、作用力对掺杂介质形态和运动的影响等。分析结果表明,掺杂介质在电场中所受力作用在交界面上,方向由介电常数大的介质指向小的介质,二者介电常数相差很大时作用力与交界面法线方向相同,作用力在交界面上的分布与反应器电极结构尺寸、介质相态、掺杂介质形状尺寸及在反应器中的位置和电场分布局部畸变等有关。气中水滴受电场线方向的拉伸作用,水中气泡受等位线方向的压缩作用,越靠近电极受力越大,水滴受电场力合力指向线电极,气泡则相反,合力将影响其运动状态。     

表面水滴对特高压直流输电线路电晕特性的影响

雨、雾天气情况下导线表面形成的水滴会导致导线周围电场分布发生严重畸变,从而改变导线的电晕特性。我国第1条特高压直流输电工程——云广线处于多雨地区,导线电晕特性需考虑水滴因素的影响。为研究导线表面水滴对特高压输电线路电晕特性的影响程度,划分了导线表面水滴的等级,建立了导线电晕特性测试系统,测量了不同水滴等级下,电晕笼中导线的起晕电压、可听噪声水平等特征量,获得了导线表面水滴对导线电晕特性的影响规律,并据此对我国特高压直流输电线路的工程设计提出了建议。研究结果表明:导线的起晕电压随导线表面水滴等级的提高迅速下降,最低可降到原来的一半左右;起晕后,导线发生剧烈的舞动,导线表面的水滴在电场的作用下会被"蒸发"或甩掉;水滴会使导线起晕时的可听噪声值降低;在相同的电压作用下,导线的可听噪声水平随导线表面水滴等级的增加而提高。     

表面水滴对交流导线电晕特性的影响

雨天条件下,输电线路导线表面形成的水滴会畸变导线周围电场,从而改变导线的电晕特性。笔者基于实验室小电晕笼,利用实验室研发的电晕损失测量系统,测量了不同水滴等级(水膜、一滴水、中等水滴、饱和水滴)下导线的电晕损失,获得了表面水滴对导线电晕起始特性的影响规律。同时,笔者针对自然界中雨水电导率的差异,研究了不同的水滴电导率对电晕放电特性的影响。结果表明:水滴的存在严重影响了导线在交流电压下的电晕损失特性,相同电压作用下,表面附着水滴的导线电晕损失比干净导线电晕损失大得多,且随着水滴等级的提高而增加;在30~680μS/cm电导率范围内,水滴电导率对交流导线电晕放电影响不明显;导线的起晕电压随导线表面水滴等级的提高依次下降,最低可降到原来的34.02%左右。     

基于带电颗粒动态积污的绝缘子电场分布研究

为了研究带电污秽颗粒对绝缘子表面积污、电场分布的影响及空气域电晕放电现象,以FXBW-35/70绝缘子为研究对象,采用多物理场耦合有限元软件Comsol Multiphysics搭建了AC-DC、湍流、带电颗粒相互作用及颗粒运动的耦合风洞模型,进行了带电颗粒对绝缘子表面积污、电场和空气域电晕放电分布研究。结果表明：风速越大,迎风区积污速度快于其他区面;粒径增大时,迎风面积污严重,背风区积污很小,侧风区基本无变化;染污中迎风区伞裙表面的电位和电场畸变最为严重,背风区次之,染污后伞裙表面电位、电场有所缓和,迎风区较背风区严重;染污中,靠近高压端和低压端的一大一小伞裙周围空气域存在电晕放电风险,且在靠近高、低压端第一片大伞裙会发生电晕放电;染污后,靠近低压端的大伞裙根部1 mm范围、靠近高压端的整个大伞裙周围和小伞裙根部存在电晕放电风险。     

棒-板长空气间隙击穿电场稳态条件的仿真

为推动以放电理论为基础的高电压与外绝缘学科从半物理到物理研究方向的发展,基于有限元数值计算方法,对棒-板长空气间隙的电晕云模型进行了仿真研究。结果表明:带电离子和外加电压同时影响空间电场分布,空气分子的电离率α对电场分布影响较大,附着率η、结合率β、解离率γ对电场影响较小;不同电晕云长度对空间电场分布的影响都具有相同规律性;空气相对湿度对击穿电压影响较大,空气湿度越小,空气越容易击穿;正极性棒-板长空气间隙击穿的电场条件为:放电起始后,电晕头部最高场强达到11.0kV/cm,电晕云内部最低场强达到3.0kV/cm,在该条件下对应的击穿电压计算值与实验值误差<11%。以上计算结果可为超特高压外绝缘的设计提供可靠的理论依据。     

填充石英球对DBD等离子体转化NO的影响

放电等离子体辅助选择催化还原两段法脱除NOx是一项很有前景的氮氧化物治理技术.介质阻挡放电(DBD)是一种常见的等离子体产生方法,在DBD等离子体反应器中填入电介质小球可进一步增强放电.本文考察了有无石英填充球的DBD等离子体反应器对NO的转化和能量利用效率的影响,借助ANSOFT软件对DBD等离子体反应器内的电场进行了仿真分析.实验结果表明,在较低的放电电压下,填充石英球的DBD等离子体反应器虽然能耗略有提高,但在NO的转化和能量利用效率上都优于无填充情况,其原因归结为,填充石英球有利于反应器在更低电压下实现局部放电,同时促进反应器内的电场和气流在空间更均匀地分布,增加了反应气流与放电等离子体的接触机会.     

稳态线板电场中水滴放电现象的研究

研究了水滴在线板电极系统中的放电现象 ,通过计算水滴对电场的畸变得出线电极为正极性时水滴能诱发大面积电晕的结论 ,这有助于进一步理解混合两相介质中的放电现象     

稳态线板电场中水滴放电现象的研究

研究了水滴在线板电极系统中的放电现象,通过计算水滴对电场的畸变得出线电极为正极性时水滴能诱发大面积电晕的结论,这有助于进一步理解混合两相介质中的放电现象.     

脉冲等离子体反应器放电特性研究

脉冲放电等离子体被广泛用于气态污染物处理的研究,放电参数直接影响反应器内等离子体状态,进而影响污染物的去除效果,研究不同条件下的放电特性可为脉冲等离子体技术的应用提供参考.本文利用线板式脉冲等离子体反应器, BPFN型高压脉冲电源供电, 研究了电源电容、极板间距及介质阻挡对放电特性的影响.结果表明:增大电源电容可以有效地提高电源能量效率;增大极板间距,峰值电压VP增大,峰值电流IP减小,脉宽减小,波形更加理想;陶瓷板阻挡放电可解决间隙火花放电,使脉冲电晕放电空间分布均匀,在大范围内提高电源能量效率.     

交流电场下水滴对导线电晕特性的影响

导线电晕会带来巨大的危害,是输电线路设计与运行必须考虑的重要因素之一,而降雨天气会严重影响导线的电晕特性。本文在小型电晕笼内对导线表面附着水滴时进行交流电晕试验,同时结合二维和三维有限元仿真来分析导线的电晕特性。研究表明,导线表面布满水的起晕电压远小于导线表面附着少量水滴的起晕电压;根据水滴在电晕过程中的破裂方式提出采用水滴的第一次破裂电压和第一次喷射微滴电压来表征水滴在电场作用下的稳定程度,试验得到导线表面附着三滴水的第一次破裂电压、第一次喷射微滴电压低于导线表面附着一滴水的值;水滴在交流电场中将会做两倍于电场频率的受迫振动,而且水滴在不同的振动位置对空间场强的畸变程度不一,这将导致水滴电晕过程中的瞬时电晕现象;通过三维仿真计算得到导线表面附着三滴水时的空间场强最大值和强场强区域体积大于导线表面附着一滴水的值,说明三滴水时对电场的畸变更为严重。     

注入功率及耗能密度对离子输运率的影响

大气压非平衡等离子体的输运特性直接制约着工业电收尘和飞行器等离子体隐身的进一步发展,影响该输运特性的因素较多,包括放电区的压力、气体流速、电场强度、注入功率密度及其耗能密度等。为提高大气压非平衡等离子体输运效率,以线板形式电晕放电为手段进行电离流经放电区气体的实验,运用DLY-3型大气离子测量仪测量脱离电场约束的正负离子浓度,研究了注入功率密度及耗能密度对离子浓度输运率的影响。研究结果表明,在一定程度上随着注入功率密度、耗能密度的增加,离子浓度输运率越高.但当注入功率密度和耗能密度达到一定值时,离子输运率变化趋于平缓;同时,高风速比低风速的等离子体输运率要高出几个数量级。     

气液混合体正极性电晕放电的实验研究

通过实验研究了正棒-板电极间隙中气液混合体直流电晕放电的形态及其伏安特性,结果表明,不仅在棒电极头部有电晕放电现象发生,而且棒电极上的水滴表面也会产生较强的电晕放电。在相同电压作用下,自来水-空气混合体的放电电流最大,纯净水-空气混合体的次之,单纯空气的最小。电流的增大主要与液滴的电导率、运动液滴对局部电场的畸变及对空间电荷的破坏等作用有关。     

特高压电晕笼防护段的设计

为了克服特高压电晕笼设计中电晕笼两端部的电场畸变,确保电晕特性测试准确有效,需要增设一定长度的防护段。采用三维有限元方法精细计算了电晕笼内导线表面电场分布,分析了导线弧垂对防护段长度的影响并提出了新颖的电晕笼防护段设计方法。计算说明新型结构的防护段能有效平滑和抑制电晕笼端部附近导线表面电场的畸变,使电晕笼内导线表面电场更趋于一致,提高了电晕特性试验的准确性。     

施工缺陷对超导电缆中间接头内电场分布的影响

中间接头在高温超导电缆中是最薄弱的环节,制造和施工环节中造成的任何缺陷都有可能在运行时产生电场畸变,缩短中间接头使用寿命,施工缺陷严重时可能引发电缆局部放电、击穿等事故。为此本文利用有限元仿真软件分析了绝缘层划伤、绝缘层杂质、超导带焊接毛刺三种典型施工缺陷对接头内电场分布的影响规律。研究结果表明,绝缘层划伤存在空气隙时,最大电场强度随着空气隙厚度增加而减小;而当空气隙厚度保持不变时,最大场强与空气隙长度呈正相关增大。绝缘层残留杂质时,半导电层切断处、超导带焊接部位附近的绝缘层杂质周围电场畸变最严重,且超导带焊接部位周围最大场强大于半导电层切断处。此外,杂质大小、位置及带电与否均会对电场造成很大影响。随着杂质半径增加,超导带焊接部位和半导电层切断附近杂质周围场强近似呈正比例增长;杂质不同电荷量和电性对电场畸变程度同样有重大影响,特别是当部分杂质为电负性时,周围最大场强均超过5MV/m。超导带焊接毛刺的位置及大小对场强有较大影响,其中在超导带焊接部位与绝缘层分界面处场强最大,且沿超导带焊接部位径向的毛刺周围场强高于沿轴向的场强。研究成果为分析超导电缆故障原因,制定接头施工工艺提供一定参考。     

高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障机理分析与结构优化

高压交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆缓冲层烧蚀故障频发,在行业内引起广泛关注。电缆结构优化有利于解决放电烧蚀问题,文中从缓冲层放电灼伤机理角度出发,建立电缆有限元模型进行电场仿真,分析讨论不同结构参数下气隙电场分布的变化,并开展模拟试验对结构优化方案进行研究。结果表明：在满足电缆设计要求的前提下,减小缓冲层厚度、减小轧纹深度、增加金属套和缓冲层的挤压深度有利于减弱接触不良导致的气隙电场畸变;平滑铝套结构与缓冲层的接触电阻较小,在抑制缓冲层放电烧蚀故障方面具有优势。     

纳秒脉冲电晕放电衰减研究

建立了线－板结构脉冲电晕放电实验模型，研究了沿电晕线的纳秒脉冲电晕放电对其自身波头幅值、波头形状的衰减特性，用高灵敏度紫外光－可见光成像系统摄取了单次纳秒脉冲电晕波电图像并进行了分析。研究表明，纳秒脉冲电晕放电对其自身波头幅值的衰减在电晕线前段的下降具有指数型快速衰减的趋势，且首端所加电压幅值越高，这种衰减越严重。     

空间电荷及金属颗粒对换流变阀侧套管的电场分布影响

换流变压器阀侧套管承受交、直流复合电压,对套管的性能和质量有严格的要求。直流电压下,不同介质界面处空间电荷积聚会引起局部电场的畸变,金属颗粒的存在也会大幅提高局部场强,二者均会降低套管的绝缘性能。文中根据换流变压器阀侧套管的结构,采用有限元分析软件,建立了阀侧套管的仿真模型,分析了加入空间电荷后不同类型电压下套管的电场分布以及金属颗粒对局部电场的影响。结果表明,直流电压下介质界面处空间电荷更容易积聚,交直流复合电压下空间电荷能够引发套管内部局部电场的畸变。与交流电压相比,直流电压下金属颗粒对局部电场的畸变程度影响更大,在SF₆气体中金属颗粒对电场畸变程度的影响大小与其所在位置的关系不大。     

配网电缆接头内部缺陷电场特征研究及电树发展分析

配网交联聚乙烯(cross linked polyethylene, XLPE)电缆的严重击穿故障大多发生在电缆接头处,主要由电缆接头在制造和安装过程中的工艺缺陷引起。文中采用模拟电荷法研究电缆接头4种典型缺陷,即气隙、水膜、金属碎屑和金属外破附近的电场分布特征;然后采用电场计算与随机漫步理论相结合的方法,分析缺陷引发的电树枝的分布规律。同时,测量带缺陷配网XLPE电缆接头样本周围的实际电场分布,并比较测量结果与计算结果。结果表明,采用电场测量的方法可以直接有效地识别电缆接头内部缺陷类型,相比气隙、水膜缺陷,导电缺陷造成的电场畸变更为显著。缺陷引发的电场畸变大于临界电场值时会引起电树发展,电树发展的轨迹长度与场强大小呈正相关,导电缺陷引发的电树枝有较大概率向缆芯方向发展,更易引起XLPE绝缘击穿。     

放电电场对SO2气相传质过程的影响

研究了SO2在放电电场中的气相传质过程。通过模拟试验，研究了外加电压、放电区长度、放电空间大小等与放电电场相关的参数对SO2电迁移和脱硫效率的影响。试验结果表明：放电电场对SO2传质过程具有促进作用，这种促进作用和系统脱硫效率随电压升高、放电区长度和单位能耗增加、放电空间减小而增加。放电电场之后的辅助匀强电场有助于改善SO2的电迁移效果。系统脱硫效率可达95%以上，由放电电场促进SO2传质而引起的脱硫效率增量接近50%。