交流和直流电场作用下的乳化液电脱水特性

电场类型及电场强度对原油电脱水效率及脱水电场的稳定性有显著影响。为研究不同初始含水率原油乳化液在电脱水时宜采用的脱水电场类型及电场强度,在实验室试验研究了原油乳化液在交流电场和直流电场作用下的电脱水效果;并从理论上分析了交流电场和直流电场作用下的原油乳化液电脱水机理,建立了交流电场和直流电场作用下的水滴运动模型,得到了水滴电分散电场强度和水滴电泳速度的表达式。结果表明:乳化液电脱水存在最佳临界电场强度,当电场强度超过临界电场强度时将引起水滴电分散,导致脱水率下降;交流电场对高含水率乳化液的脱水速度高于直流电场下的脱水速度,且脱水电场稳定;直流电场对低含水率乳化液有深度净化作用,可提高乳化液的脱水率;所建立的电脱水理论模型较好地解释了不同电压下的电脱水试验现象,并为确定最佳脱水电场强度和选择不同含水率乳化液的脱水电场类型提供了理论依据。     

非均匀电场下原油乳化液脱水特性

为了提高陆上及海上原油平台的脱水效率,利用同轴圆柱电极结构开展了乳化液在非均匀电场下的脱水特性研究;通过分析水滴在非均匀电场中的极化特性,建立了水滴极化及受力模型,分别对水滴运动、聚结和破裂的动力学特性进行了分析。研究结果表明:随着非均匀系数的升高,乳化液脱水速度增大;在一定范围内提高电场非均匀系数有利于乳化液最终含水率的降低,但电场非均匀系数过高容易造成电分散。在非均匀电场中,水滴受到的介电泳力和水滴之间的偶极聚结力与电场场强、水滴半径、电场的非均匀系数成正比,与水滴距电极中心的距离和水滴之间的距离成反比。水滴电分散场强与水滴电荷面密度、水滴粒径、表面张力有关,当水滴发生荷电后,其电分散场强减小。所建立的非均匀电场脱水模型较好地解释了电脱水试验现象,可为高效电脱水器的设计提供依据。     

直流叠加高频交流方波电场下乳化液电脱水试验研究

为了提高原油乳化液破乳效果和电脱水效率,提出采用直流叠加高频方波电场进行原油电脱水的方法。在实验室中开展了直流叠加高频方波电场下乳化液电脱水试验研究,分析该方法下乳化液中水滴的聚并机理,并借助于高速相机观察了乳化液中水滴的运动及水链的消散过程。理论与试验结果表明:采用直流叠加高频方波电场可充分发挥直流和方波电场下的各自脱水优点,使水链易于消散,保证脱水电场的稳定,提高乳化液的电脱水速度和脱水率,且叠加高频交流方波含量在10%～20%范围内,脱水效果最佳,研究结果可为原油生产现场的脱水工艺改进提供参考。     

高压静电聚结器设计、实验及现场应用

为进一步提高电破乳的效率,通过分析油中水滴在电场力作用下的受力情况,得出影响水滴静电聚结的因素,并设计了绝缘型静电聚结器对油包水乳状液进行室内实验,结果表明,增加电场强度和延长电场停留时间可有效促进分散水滴聚并成大颗粒水滴,提高其在油相中的沉降速率,加快油水分层速度。含水量过高导致油水乳状液电导率激增,不利于乳状液的静电聚结。具有良好的稳定性和耐腐蚀性的绝缘材料可有效防止因局部电流过大导致的电场崩溃。在此基础上开发出的静电聚结器在现场生产中取得了较好效果,在保证分离效果的前提下,能显著降低静电聚结器能耗。     

融冰期绝缘子伞间电场动态特性仿真研究

现有试验研究表明，融冰期绝缘子的放电与局部电场强度增大密切相关，而融冰期的水滴动态形变对局部电场的影响尚未研究。为了得到在融冰水滴的动态形变影响下，绝缘子伞间电场随时间和空间变化的动态特性，以复合绝缘子伞裙单元为对象，通过建立流体-电场耦合仿真模型，从水滴的形变长度、破碎以及不同融冰滴水位置等3个方面对伞间电场的影响进行了分析。结果表明：大伞冰棱尖端水滴的形变长度增加将使得伞间电场强度值增加；水滴破碎行为将使得伞间电场强度最大值显著上升，改变间隙电场强度的空间分布，使得最大电场强度的位置发生转移，在间隙距离较小时，可能诱发局部电弧产生；而由于高电导率水膜的屏蔽作用，中小伞裙冰棱尖端发生融冰滴水对间隙电场强度的影响较小。     

油-水两相流界面追踪数值模拟

变压器油的绝缘性能与电力系统的稳定运行息息相关,在实际运行时变压器油中难免会混入水分等杂质。为了探究悬移水滴对变压器油绝缘性能的影响机理,本文采用有限元方法模拟简化油道模型中分散相悬移水滴的运动过程和轨迹。采用相场法模拟运动状态下油水两相间的相互作用和相变过程,进而描述油水界面的形态和运动。系统分析了电场参数、油流参数对水滴变形和聚并的影响规律。结果表明：油道中的水滴会沿着电场方向产生形变,随着电场强度的增大,其形变程度也逐渐上升,电场强度对油道中水滴的变形程度有重要影响。此外,在同一电场强度下,水滴的半径是导致水滴聚合时间长短的一个重要因素,研究发现随着半径逐渐增大,水滴之间聚合的时间越短。本文的研究为深入探究油水两相流的特性和流动机制提供了理论基础,对提高变压器的运行安全性和效率具有重要意义。     

水滴降落对列车车顶电场的影响及应对策略

雾、雨环境中高速列车车顶容易发生击穿烧蚀从而引发事故。针对该问题研究了车顶高压端水滴降落对车顶电场分布的影响,提出了高速列车车顶绝缘优化策略。通过对影响车顶电场的有效水滴分析,建立了车顶分层电场模型,讨论了有效水滴及其周围电场分布状况;利用有限元分析方法建立了仿真模型并讨论了列车速度、水滴速度、车顶设计状况对电场的影响。结果表明:接触网上水滴分布一定时,列车速度升高过程中由有效水滴造成的车顶电场畸变存在最大值,当列车速度为10~15 m/s时,车顶电场畸变程度最大;同时电场畸变程度随接触网上水滴分布密度增大而增大;车顶不平时会升高低压侧电场强度,采用平整车顶会降低低压侧电场强度,但会使高压侧电场强度升高;而采用绝缘材料设计较平整的车顶会降低两侧电场强度,从而减少车顶击穿烧蚀,达到优化目的。     

导线表面电场强度对导线覆冰的影响

为研究导线表面电场强度对导线覆冰的影响,在魁北克大学希库蒂米分校电网设备大气覆冰试验室(INGIVRE)的人工气候室内通过电晕笼进行导线带电覆冰试验。试验结果表明导线表面电场强度对导线覆冰质量、形状、冰凌间距、电晕损失以及泄漏电导和导线电容等产生影响。电场强度的增加使雾凇表面产生水膜、雨凇冰凌长度减少。当导线表面电场强度≤20 kV/cm时,导线表面覆冰质量随电场强度的增加而增加。电场强度进一步增加时,导线表面覆冰质量减少。当被导线捕获的水滴在重力作用下流到导线下表面后立即被冻结时,冰凌间距和场强无关。当降雨量较大时,冰凌间距随着场强的增加而减少。导线在雾凇和雨凇覆冰时,电晕损失和由电晕产生的电导随场强的增加而增加。雨凇覆冰时,由于冰凌长度的影响,导线表面电场强度为5 kV/cm时导线的单位长度电容反而比电场强度为25 kV/cm时大。     

非线性复合结构的界面极化特性

为了探讨非线性复合绝缘结构的界面极化特性,以平板电极结构下线性/非线性复合介质为研究对象,仿真分析了不同幅值阶跃电压和极性反转电压作用下双层介质中的电荷分布及电场分布。仿真发现:当线性介质与非线性介质的时间常数有交点时,在阶跃电压作用下,界面积聚电荷随外施电压幅值的增大而减少;当外施电压增加到2层介质时间常数相交的临界电压时,界面电荷极性反转,且随外施电压幅值增大而增多;外施电压幅值越高,界面极化建立速度越快,退极化速度越慢;在极性反转电压作用下,最大瞬时界面电荷和双层介质中的电场强度均比阶跃电压下的最大初始电场强度值高。从上述结果可以看出:阶跃电压作用下,场致增强型电导率非线性介质对界面积聚电荷具有一定的改善作用;但在电压极性反转瞬间,由于非线性介质承受较高电场强度,所以可能使绝缘系统的可靠性下降。     

车顶绝缘子表面水珠及降落水滴电场分布及其对闪络特性的影响

绝缘子表面水珠、水膜及降落水滴引起的电场畸变会使电场强度过大从而会引发放电,破坏憎水性,同时对其闪络特性有一定的影响。为此,分析了水滴参数在不同电场旋转角的作用下对水珠表面电场的影响,探究了降落水滴对空间电场及闪络特性的影响。研究结果表明:水珠表面电场畸变特征与原始电场强度方向有关,为优化电场分布可以考虑改变绝缘子空间电场方向,使水珠处于电场旋转角θ较小的电场环境中;染污水滴滴落时空间电场强度增强,高电场强度区域增多,电弧沿着间隙和导电水流发展,可能导致引起高压端直接对车顶击穿;水滴周围电场强度最大值随气流速度的增大而增大,但水滴偏转角会影响闪络路径,因此只有适当的低速气流才会加大绝缘子闪络概率。     

动车组车顶绝缘子电场分布特性研究

动车组车顶绝缘子作为车顶的主要绝缘设备,其可靠性直接影响动车组的正常运行。文中基于ANSYS有限元软件分析了车顶绝缘子结构对其电场分布的影响,通过分析洁净状态下和水滴附着状态下绝缘子的电位和电场,得到伞裙结构对绝缘子电场分布特性的影响。结果表明,绝缘子顶部大小伞裙结构的不同配合方式会影响绝缘子的电场分布,尤其水滴附着状态下,绝缘子顶部采用大伞裙结构的会增加绝缘子电场强度,随着电场强度的增加,增加了绝缘子顶部发生局部放电的可能性。     

基于ANSYS的40.5kV真空灭弧室电场分析

建立了电压等级为40.5 k V真空灭弧室的二维模型,利用有限元软件ANSYS计算并分析了该40.5 k V真空灭弧室在不同主屏蔽罩半径下的电场和电位分布,对比了不同主屏蔽罩半径下触头沿面的电场强度分布以及波纹管屏蔽罩与主屏蔽罩弯角之间的电场分布。结果表明:1主屏蔽罩半径越大,其电场强度越小,当半径大到一定程度时,电场强度不再随主屏蔽罩半径的变化而变化;2当主屏蔽罩半径为57 mm时,该40.5 k V真空灭弧室内部场强分布最为均匀。     

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。     

湿润复合绝缘子表面的电场分析

为了研究不同湿润条件下复合绝缘子周围的电场分布特性,笔者根据复合绝缘子上下表面不同憎水性等级时的湿润状态,建立了简化的三维计算模型,应用电场有限元计算软件ElecNet计算,比较了不同憎水性等级(水滴的形状参数不同以及分布状态不同)对复合绝缘子表面电场特性的影响,得出:复合绝缘子表面的电场与表面憎水性以及水滴分布状态有关;表面受潮形成的水滴或水带使水滴周围的电场急剧增大;伞裙下表面水滴周围的最大电场强度高于上表面;护套表面水滴对电场的增强程度远高于伞裙表面水滴对电场的增强程度。     

电机槽绝缘用PET薄膜热电处理与结晶结构的转变及其性能研究(摘要)

本文采用热分析(DSC)和乙二胺腐蚀等方法对热电处理的PET试样进行研究。结果表明:在Tg以上低温区热电处理时,随着外施直流电场强度增加,结晶热(△Hm—△Hcc)增加,冷结晶峰(Tcc)线性地移向高温。在熔点以下高温区热电处理时,产生多阶晶体,出现多个熔融峰,且随着外施直流电场强度的大小不同,电场具有促进或者抑制PET结晶的作用。 PET薄膜作为电机及压缩机的电机槽绝缘已得到广泛应用,它们工作状态是处于热、电的同时作用之下,在此状态时PET的结晶结构和性能变化的研究目前国内外并不多。     

高压静电聚结破乳技术

为提高原油的电脱水效率,控制乳状液破乳程度,根据电破乳机理推导出液滴在交流电场中碰撞聚结及变形破裂的规律并分析了影响液滴运动特性的因素。研究中用设计的紧凑型静电聚结管道,对油包水乳化物施加50 Hz高压交流电,通过调节聚结管道电极板间所加电压及极板间乳化物流量qV观察液滴大小的变化规律,并计算乳化物通过聚结器前后的时间对液滴颗粒粒径的影响。结果表明,场强升高可增大液滴直径提高液滴聚结效果;但增大到一定程度时会发生电分散影响脱水效果,故应控制场强在一定范围内使得液滴聚结以提高脱水效率;同时液滴在电场中的停留时间也对聚结效果有明显的影响。     

湿式静电除尘器电场特性及极配优化数值模拟

电极配置会影响湿式静电除尘器污染物脱除效率,对此,采用有限元法对湿式静电除尘器不同电极配置的空间电场进行数值模拟,分析了放电极针形、同极间距和供电电压对电晕区和收尘极附近电场特性和污染物脱除效率的影响。结果表明:放电极针形的顶部越平滑,收尘区的平均电场强度越大,且电场强度相对标准偏差越小,越有利于增强湿式静电除尘器对污染物的脱除效果,放电极最佳针形为平头;考虑运行电耗,放电极同极间距在340~380mm,供电电压为45~55kV时,湿式静电除尘器对污染物的脱除效果最佳。     

非均匀和均匀电场下液滴的形变及运动行为

电场作用下液滴形变及运动行为是电脱水机理研究的重要内容,为了研究不同电场类型下液滴的运动特性,基于相场方法建立了液滴在均匀与非均匀电场下的仿真模型,研究了油中液滴在形变、位移过程中电荷密度和电场力的分布以及液滴的聚结情况,通过实验观测分析了液滴在均匀场与非均匀场中的形变以及运动行为。研究结果表明,液滴在非均匀场中不仅发生如同在均匀场中的形变,而且会在介电泳力作用下向电场集中区域发生移动;液滴表面极化出的电荷密度以及其所受到Maxwell应力从液滴中部向两端逐渐增大,在均匀电场中对称分布在液滴两端,而在非均匀电场中靠近电场集中区域的电荷密度和Maxwell应力最大;在一定范围内提高电场强度,液滴在非均匀电场中的接触机率比均匀场中的大,受到的偶极吸引力增大,使液滴间的聚结速度大于均匀电场中的聚结速度,但过高的电场强度容易使液滴破裂。     

聚乙烯中水树枝-电树枝的相互转化

通过合适的手段模拟水树枝存在情况下材料中的电场强度分布,对理解水树枝向电树枝的转化和评估水树枝的危害程度有重要的实用价值。在总结水树枝-电树枝相互转化已有研究成果的基础上,用有限元方法模拟了不同半径水树枝存在情况下材料中的电场分布。模拟结果表明:水树枝存在的情况下,材料中的最大电场强度出现在水树枝尖端;在外施电压一定的情况下,材料中的最大电场强度随水树枝半径的增大先减小后增加;较短的水树枝弱化了材料中的局部电场强度。     

水带对憎水性表面交流闪络特性与电场分布的影响

复合绝缘子憎水性减弱时,在潮湿环境中其表面容易汇聚水珠形成水带,从而影响绝缘子表面电场分布和沿面闪络特性。该文采用聚四氟乙烯板模拟水带生成环境,试验研究了直线型和折线型水带形态对憎水性表面闪络过程的影响;基于有限元数值计算,分析了水带及周围电场分布,并结合试验结果探讨了水带影响电弧发展路径的机理。研究结果表明,水带张角θ越小,水带电场越小,而水带之间的干带电场强度越大;同时,水带横向间距d越小,干带电场强度也越大。因此,当憎水性表面存在折线型水带时,电弧依θ和d的不同而呈现三种不同的发展路径。