沙尘天气下大沙粒对放电发展的影响

沙尘暴过境产生电荷分离,形成风沙电场,干扰着无线电通讯,并在导线上产生高电位,可能直接导致电力系统外绝缘失效,影响着沙尘环境地区输电的发展。为研究沙尘中大粒径对放电过程的影响,利用石英砂来模拟沙尘暴天气,在测定模拟沙尘的粒径和体积分数的基础上,对比分析了空气与沙尘中的击穿电压、放电路径对沙尘与空气的选择概率,并分析了大沙粒对伏秒特性和放电通道的影响。实验结果表明:1)粒径较大(直径100μm)的沙粒对放电的发展有促进作用,但当粒径2 mm时,这种作用不是很明显;2)粗沙比细沙击穿的平均时间要长,且击穿时间较为分散;3)粗沙中的放电通道相对较宽。经分析认为沙尘表面光电离、沙尘中电场畸变等作用是大沙粒有利于放电发展的主要原因。     

高海拔条件下沙尘暴天气对线-板间隙工频击穿电压的影响试验研究

本研究参考西藏、新疆、青海等地沙尘暴高发地区输电线路走廊附近沙尘参数的调研结果,以及沙尘暴天气的相关气象资料确定了模拟风沙试验中风速、粒径、浓度、荷质比等具体参数,并搭建了一套模拟风沙试验装置。利用该装置,在海拔2 200 m地区开展了模拟风沙条件对间隙外绝缘工频放电电压的影响试验。结果表明：模拟沙尘环境仅会降低间隙距离为0.2 m以下短间隙的工频放电电压,而不会降低间隙距离为0.2m以上长空气间隙的工频放电电压;空气中带电沙尘本身不是造成间隙跳闸放电的根本原因。     

强风沙环境汤生电离系数计算

由于西北地区恶劣的气候环境,常年爆发强风沙天气,使高速列车车顶外绝缘常年暴露在强风沙环境中,引发绝缘放电导致事故频发.处于风沙环境下的气体放电特性与静态气体放电特性有较大差异,风沙环境下气流与沙尘对放电电离过程产生重要影响.文中以板—板电极所形成的均匀场为分析对象,考虑强风沙环境下气流速度、沙粒畸变电场和沙粒荷电捕获对...     

强风沙对流注放电的影响机理

我国西北地区存在的区域极端沙尘环境引发放电,导致绝缘子发生不明闪络,给电网外绝缘系统的安全可靠运行带来严重威胁。流注放电作为气体间隙放电的重要阶段,现有的流注放电研究主要以静态气体为主,并未考虑风沙对流注放电的影响,因此研究强风沙对流注的产生与发展过程的影响对极端沙尘地区输电线路外绝缘设备的设计与运行具有重要意义。本文以流注放电理论为基础,以板-板电极为分析对象,通过分析强风沙环境中气流和沙粒带来的放电路径偏转、荷电粒子吹离、气体密度下降及沙粒畸变电场与沙粒荷电捕获对放电过程造成的综合影响,推导了风沙环境下正离子产生系数的解析表达式。研究工作对于定量分析风沙环境下气体放电特性及对该环境下外绝缘设计与防护提供了理论参考。     

颗粒荷电对绝缘子沿面场强影响的数值模拟

污秽颗粒荷电会影响绝缘子周围场强分布,改变颗粒轨迹,进而影响其表面积污状况及电力系统的可靠性。以0～±30kV直流电压作用下XSP-160型瓷三伞绝缘子为研究对象,建立了该绝缘子物理模型,利用COMSOL软件对颗粒不同荷电方式时该绝缘子表面的积污特性进行了数值模拟,与华北电力大学(保定)风洞实验室开展的风洞试验的结果对比,探究了颗粒"按比例"荷电方式的模拟方法的合理性。籍此,以110kV直流电压作用下XSP-160型瓷三伞绝缘子为研究对象,对清洁和污染环境中该绝缘子沿面场强进行数值模拟和对比分析,探究颗粒荷质比和荷电极性对该绝缘子沿面场强的影响。研究结果表明:颗粒"按比例"荷电方式的模拟方法相对合理;污染环境中各伞裙场强峰值点均处于其几何特征凸点处,其场强畸变率最高可达6倍;高压端2号和低压端7号伞裙沿面场强随着荷质比绝对值的倍增而非线性增大,其主要特征点处沿面场强分布特征分别为:正荷质比负荷质比≈清洁环境、负荷质比正荷质比清洁环境。     

煤粉荷电试验装置设计及其荷电量测量

基于固体颗粒荷电理论模型,结合煤粉自身特性,对电场荷电下煤粉颗粒荷电理论模型进行分析,得到煤粉颗粒荷电主要影响因素与荷电规律。自行设计了煤粉荷电与荷电量测量试验装置,采用线-筒型电极结构及直流正电晕方式荷电,荷电量的测量采用法拉第筒法。通过对不同荷电电压、不同粒径下无烟煤煤粉与高硫烟煤煤粉颗粒荷质比变化规律的试验研究,证明了此荷电系统用于煤粉荷电的可行性,同时对法拉第筒的屏蔽问题进行了探讨。     

悬浮沙粒对棒形绝缘子电位和电场分布的影响

为研究空气中悬浮沙粒对绝缘子沿面电位和电场分布的影响,基于静电场有限元法建立了棒形瓷绝缘子的仿真模型,应用有限元软件计算分析了绝缘子在不同悬浮沙粒环境下的电位和电场分布。仿真结果表明:绝缘子的几何形状可影响绝缘子的电位和电场分布;空气中悬浮的电中性沙粒可小幅畸变绝缘子沿面电位和电场;悬浮沙粒带上电荷且荷质比相同时,绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度加大,且畸变幅度受悬浮沙粒的粒径、数量、荷质比的大小和极性影响明显;空气中的带电沙粒与电中性沙粒的混合粒子群或正、负极性沙粒混合粒子群对绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度,均小于粒子群中全部沙粒均带上相同荷质比时对绝缘子沿面电位和电场的畸变幅度。     

国内文摘与专利

正高速荷电沙尘环境中环氧树脂绝缘子的闪络特性/俞孝峰,吴广宁,张血琴,等/高电压技术,2019(1)为探明高速荷电沙尘环境下车顶绝缘子的闪络特性,依托自建的高速风洞试验系统与沙尘荷质比测量装置进行了高速气流、高速沙尘及高速荷电沙尘环境下环氧树脂绝缘子闪络试验,并结合仿真进行了机理分析。结果表明:在高速气流环境中,气吹效应与气流密度效应的联合作用是影响绝缘子闪络电压的主导因素,致使闪络电压随风速呈现先增加后下降再上升的特殊变化趋势;在高速沙尘及高速荷电沙尘     

沙尘环境下绝缘子交流闪络特性及机理

风沙环境下沙粒的性质和状态可对输电线路外绝缘特性产生影响,进而威胁输电线路的安全运行.以瓷绝缘子XP-70为研究对象,在沙尘模拟实验室,分别研究了风沙环境和风沙过境后沉积在绝缘子表面上的沙尘对绝缘子交流闪络特性的影响.对风沙速度、风沙带电量、沙尘沉积量等因素对瓷绝缘子闪络电压的影响规律开展了实验研究,结果表明:瓷绝缘子...     

感应荷电过程中喷雾荷电特性影响规律实验研究

荷电水雾可有效提高液滴捕集微细颗粒物的效率,其中液滴的荷电特性是影响荷电水雾除尘效率的重要因素。为此,从水雾感应荷电理论出发,建立了液滴群荷电量的理论计算式,通过改变荷电电压、电极间距、雾化压力以及电极环直径,实验研究了各种因素对液滴荷质比的影响规律,并测试了喷雾特性。实验研究结果表明:液滴荷质比随荷电电压的升高而先增大后减小,随电极环直径的增大而减小,随电极间距的增大而增大;液滴的荷电效果与雾化压力有关,且对于同一喷嘴存在荷电效果最佳的雾化压力值;液滴粒径随荷电电压的增大而逐渐减小,且当液滴粒径较小时,荷电电压对液滴粒径的影响相对较弱。该研究结果对于提高液滴的荷电效果、促进荷电水雾在控制微细颗粒物方面的应用具有重要的指导意义。     

XSP-160型瓷三伞绝缘子积污特性的数值模拟研究

为研究瓷三伞绝缘子表面的积污特性及荷电量的影响,以XSP-160型瓷三伞绝缘子为研究对象,利用COMSOL建立了其风洞条件下的积污模型并进行了数值模拟,与其风洞试验结果进行了对比,结果验证了此方法的可行性。藉此,对该绝缘子自然积污特性进行数值模拟研究,分析了电压类型、颗粒荷电量对其自然积污特性的影响。结果表明:绝缘子表面积污量及其增长率在直流电作用下更大、更快,而在交流电作用下的结果略大于不带电的情况;直流电作用下,颗粒荷电量越大,积污量越多,颗粒未荷电、正常荷电、加倍荷电时积污量的直、交流整体积污比分别为0.98、2.24、3.90,积污直交比随荷电量增加近似线性增加。     

蒸汽喷雾不同荷电方式的荷电特性与静电场研究

为研究蒸汽喷雾的荷电特性和静电场特性，对饱和蒸汽喷雾分别展开3种荷电方式实验：电晕荷电、感应荷电和接触荷电。以针–板电极、环电极和针–环电极这3种电极结构作为研究对象，对充电电压、电极间距和电极位置对喷雾的荷质比和静电场的影响展开研究。结果表明：随着充电电压增加，对针–板电极，液滴受到电晕放电和离子风促进蒸发的共同作用，喷雾的荷质比先增加后降低；对环电极，喷雾荷质比先增加后降低；对针–环电极，喷雾荷质比单调增长。减小电极间距、增加电极与喷嘴距离可有效增加喷雾的荷质比；充电电压为负极性时荷电效率更高，相同充电电压下接触荷电产生喷雾荷质比和静电场均高于其他两种荷电方式，最大荷质比为1.61 mC/kg，喷雾产生的静电场由荷电液滴与液滴蒸发后向四周迁移的离子共同产生。     

乙醇-生物柴油液滴的荷电与破碎特性分析

研究燃料液滴的荷电与破碎是雾化问题的关键。将乙醇与生物柴油掺混,制得体积比分别为1:9、2:8、3:7、4:6及5:5这5种掺混燃料,在静电雾化系统中进行对比实验。基于电场分布的理论计算,分析了各燃料的荷电性能,讨论了稳定锥射流模式下液滴的破碎特性。根据液滴破碎的力学机理,基于液滴气动力克服表面张力发生破碎的韦伯模型,考虑荷电后液滴表面张力的变化,得出了静电韦伯数。实验结果表明:随着喷嘴电压升高,燃料的荷质比增大。乙醇比例越高,燃料荷质比越大。计算结果表明:乙醇比例高的燃料液滴其静电韦伯数越大,越有可能发生破碎。基于静电韦伯数,推导出带电液滴破碎的判别条件,并实验验证了燃料液滴破碎时静电韦伯数的临界值为19。     

等离子体射流雾滴的荷电特性研究

为了从理论上探讨等离子体荷电过程出现的瞬时不稳定和突变现象,在高压电场下用网状目标法测量雾滴群体电流,用荷质比评价雾滴的荷电效果,试验研究了电晕产生的等离子体射流喷雾荷电过程。电极间气体电离过程的伏安特性分析、荷电过程的电学模型理论分析和试验结果表明:等离子体荷电喷雾产生的突变现象是极间气体电离,阻抗变化,从而引起极间电压降低,电流(荷质比)增大,是等离子荷电过程的固有特性;等离子体荷电喷雾雾滴的荷质比与荷电电压间存在线性关系,其荷电效果受电极的结构形式和尺寸、极间气体介质的厚度、雾化液体的介电性能及喷头和喷雾参数等因素的影响;安全高效的荷电电压要高于起晕电压,宜为15-20 kV。     

线路金具沙粒磨损模拟试验:试验设置与电晕分析

沙尘暴中沙粒参与了线路金具的磨损,加快了金具的磨损速度。为此系统研究了影响线路金具磨损的沙尘粒径与成分、风力特性等因素,在此基础上,从实验角度模拟了金具沙粒磨损行为,用紫外成像仪分析了风力、沙粒等因素对磨损线路金具电晕的影响。结果表明:磨损的沙粒成分宜以石英砂为主,应选用1.0 mm以下的沙尘颗粒作为磨料;磨损主要出现在接触部位,磨损形成的粗糙部位容易产生电晕;电晕光斑大小分别随着时间和接触应力呈饱和正相关关系;电晕光斑随着沙粒粒径迅速上升到顶峰后缓慢下降,最大光斑出现在沙粒颗粒0.09mm~0.1mm处。研究成果可为沙漠风害区域线路金具设计与检修提供技术支撑。     

平板模型沿面工频沙尘闪络特性的试验研究及放电机制分析

风沙对电力系统外绝缘放电的影响已引起广泛关注,由于污秽绝缘子的闪络与沉积在绝缘子表面的污秽性质有关,沙尘环境下的沙粒性质、状态、大气环境等均对绝缘子闪络特性有影响。因此以典型的平板模型为研究对象,在沙尘模拟实验室,对沙尘环境下外绝缘沿面工频放电特性进行了试验研究和机制分析。得到了风沙速度、风沙带电量、沙粒沉积量及沙粒含水量等因素对沿面放电的影响规律;在有风有沙和有风无沙时,平板模型沿面闪络电压Uf随风速的增大而增大,当风速达到4.5m/s后增大趋势变缓;Uf受沙尘的电荷量影响较小;当干沙粒沉积在绝缘表面时,随着沉积密度的增加,Uf存在着极小值;同时,平板模型的闪络电压还与沉积沙粒的含水量有关。在此基础上分析了风沙环境下绝缘子的沿面闪络过程和放电机制,得出了无沙区域在沿面闪络过程中起重要影响这一结论。     

不同电场中细颗粒物的荷电特性研究

为了研究细颗粒物在直流电晕放电和脉冲电晕放电条件下的不同荷电特性,采用静电低压撞击器分别测试直流电场和脉冲电场中不同电压条件下的单个颗粒平均荷电量,并与理论计算结果进行对比,结果表明:在直流电晕放电中细颗粒物直径小于0.2μm时主要以扩散荷电为主,大于0.2μm时主要以场致荷电为主;在脉冲电晕放电中细颗粒物主要通过自由电子和离子的迁移扩散进行荷电,最终小粒径段颗粒物荷正电且荷电量非常少,大粒径段颗粒物荷负电;在相同的线板式反应器中,脉冲电场可以比直流电场施加更高的峰值电压,加剧带电粒子与颗粒物之间的碰撞荷电,最终提高颗粒物的荷电量。     

水雾荷电量与荷质比的关系

本文对水雾荷电量与荷质比的相互关系作了讨论。进一步说明以实验方法确定荷电水雾群的平均荷质比与理论上的单颗水雾粒子的荷质比对收尘效率的影响方面存在着不一致。     

水煤浆雾滴群荷电特性的试验研究

利用针管–环状电极配置的微喷射流静电雾化系统对水煤浆雾滴群的荷电特性进行了试验研究,以雾滴群的荷质比作为衡量其荷电效果的指标,采用网状目标法获得了高压静电场强度、水煤浆电导率以及射流流量对水煤浆雾滴群荷电特性的影响规律。试验中发现充电电极在正向加压及逆向减压的情况下,水煤浆雾滴群表现出两种不同的荷电规律, 除起止电压之外,雾滴群在正向加压过程的荷质比均不同程度略小于同等条件下逆向减压过程的荷质比。研究还表明：环状充电电极加载25 kV以内的电压已经能使水煤浆射流在静电场以感应荷电方式有效充电,达到静电雾化的条件;相对高的感应场强、液体电导率以及较低的射流量能够使雾滴群获得较高的荷质比。     

沙尘对电力系统外绝缘电气特性影响分析

为了解沙尘对电力系统运行造成的影响,在查阅有关文献的基础上分析了沙尘对空气间隙和绝缘子放电特性的影响,同时在沙尘模拟实验室进行了风沙对间隙击穿电压影响的实验研究。分析和研究表明:在雷电冲击和操作冲击电压作用下,沙尘对空气间隙的冲击放电特性有一定的影响,主要是由于阴极表面上的沙尘引起;沙尘对空气间隙及绝缘子放电特性的影响程度与风速、沙尘的带电量等因素有关。