直流均匀场中球形金属微粒与电极碰撞的超声特性研究

GIL中金属微粒与电极碰撞时会产生超声信号,研究超声特性对微粒运动的在线监测具有重要意义。搭建了直流电压下平行板电极中球形金属微粒运动的实验平台,实验得到了不同电压、直径下铝微粒与低压极板碰撞时的超声信号,并通过编制计算机程序提取了超声信号的幅值,超声信号幅值结果表明:同等条件下,随着电压、微粒直径的增大超声信号幅值增大。基于Ansys/LS-DYNA建立了铝微粒与电极碰撞的力学模型,仿真获得了微粒与电极碰撞过程中接触力变化,仿真结果表明:碰撞过程中接触力呈先增大后减小趋势,存在最大值。最后,对接触力最大值与超声信号幅值之间的相关分析表明:接触力最大值与超声信号幅值之间成正比关系。

微粒陷阱对直流稍不均匀场中球状自由导电微粒运动的影响规律

针对气体绝缘系统（GIS）中自由导电微粒无害化研究问题,明确微粒陷阱对直流稍不均匀场中导电微粒运动的影响规律可指导后续微粒陷阱的设置。为此,建立了球状导电微粒在直流稍不均匀场中的运动方程,获得了导电微粒的运动轨迹,并将其分为水平滚动、起跳与反弹3个阶段;仿真分析了微粒陷阱宽度、深度对周围局部场强的影响,表明陷阱宽度是影响陷阱周围电场分布的主要因素;对比研究了在水平滚动和起跳两个阶段设置微粒陷阱对导电微粒的捕获效果,表明在起跳点处设置微粒陷阱可能导致导电微粒提前起跳,在水平滚动阶段设置微粒陷阱对导电微粒的捕获具有明显效果,并给出了水平滚动阶段微粒陷阱设置准则。最后,通过相关实验验证了上述结论的准确性。

不均匀电场中C_3F_7CN/CO_2混合气体直流局部放电特性

近年来C_3F_7CN气体作为优异的环保绝缘介质成为了SF_6替代气体领域的研究热点,然而目前鲜见其混合气体直流局部放电特性的研究。为此,利用针–板电极模拟不均匀电场测试了C_3F_7CN/CO_2混合气体在直流电压下的局部放电起始电压,获得了气压、电压极性和电场不均匀度对气体局部放电起始电压的影响规律,并与SF_6及SF_6/N_2混合气体进行了对比。结果表明,C_3F_7CN/CO_2混合气体的局部放电起始电压随气压的增大呈现出非线性增长趋势;特定电场不均匀系数和电压极性下,C_3F_7CN/CO_2混合气体的局部放电起始电压随气压变化而表现出"驼峰效应";C_3F_7CN/CO_2混合气体的局部放电起始电压受电压极性影响较大;此外,当电场不均匀系数在5.74～49.93范围内时,C_3F_7CN/CO_2混合气体的局部放电起始电压存在着极小值。直流局部放电特性的研究发现C_3F_7CN/CO_2混合气体抑制直流局部放电的能力相当甚至优于SF_6/N_2混合气体。

极不均匀电场中负直流电晕放电紫外特性

为了对极不均匀电场中负直流电晕放电强弱进行评估,必须对电晕放电产生的紫外光子计数进行定量分析。通过棒-板电极中负直流电晕放电进行了Trichel脉冲频率、电晕电流及紫外光子计数的测量,得到了试验电压、Trichel脉冲频率、电晕离子电流与紫外光子计数之间的相互关系。试验结果表明,在距离放电点相同距离、相同增益时,Trichel脉冲频率与试验电压近似呈线性关系,且在不同棒-板距离时,试验电压对脉冲频率的影响梯度基本相同,在3.6～4.2之间;紫外光子计数与试验电压及Trichel脉冲频率均近似呈2次方关系,而且紫外光子计数与频率在一定电极距离范围内存在固定函数关系。这一结论为紫外仪在电晕缺陷检测方面奠定了基础。

非均匀电场作用下气泡生长及运动特性

气液两相流广泛应用于化工、石油等工业生产中,电场可以有效强化相间作用。为探究电场作用下气泡的生长演化特性,本文采用显微高速数码摄像技术对气泡生长、脱离过程及运动进行可视化研究,精确捕捉了非均匀电场作用下气泡产生、脱离和运动过程的显微形貌特性,结合图像处理技术定量分析了电场强度对气泡生长时间、脱离频率、体积及运动速度的影响规律。实验结果表明电场作用改变了气泡的生长方式,显著地促进了气泡的脱离及运动。电场作用下气泡的脱离频率明显增大,相较于无电场情况下增加了几十倍,最短脱离周期可达到10ms左右。气泡脱离体积显著减小,相应的最小气泡直径为毛细管直径一半。气泡初始速度大约增加4倍,横向速度达到80mm/s左右,强化了气泡在液体中的分散性。这为荷电气液两相流工业应用提供了良好的理论基础。

植物绝缘油大间隙下的雷电冲击和直流击穿特性研究

我国自主研发生产的植物绝缘油目前只应用在最高电压等级为35 kV的变压器中,缺乏国产植物绝缘油大间隙下击穿特性的试验数据支撑是限制其应用于更高电压等级变压器中的重要原因。本研究对比了进口、国产植物绝缘油和国产矿物绝缘油在雷电冲击电压和直流电压下的击穿特性。结果表明:国产植物绝缘油与进口植物绝缘油具有相似的雷电冲击和直流击穿特性。正极性下,植物绝缘油小间隙下(<25 mm)的击穿电压与矿物绝缘油相当甚至优于矿物绝缘油,但大间隙下矿物绝缘油的击穿电压优势更明显,此外,绝缘油在直流和雷电冲击电压下的击穿电压没有明显差异。负极性下,矿物绝缘油的击穿电压始终高于植物绝缘油,并且绝缘油的直流冲击击穿电压明显高于雷电击穿电压。

直流GIL不均匀场中金属微粒运动的数值模拟及放电特性分析

明确直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated transmission line,GIL)不均匀场中金属微粒运动及其引发的间隙放电具有重要意义。建立了微粒运动的三维电-力学瞬态耦合有限元数值计算模型:基于静电场原理,获得了微粒的电荷量及电场力;结合力学方程与拉普拉斯光顺方法给出了运动的动网格模型;为抑制微粒与壁面接触时网格拓扑改变引起的计算失败,提出了虚拟接触壁面条件。对楔形平板电极中典型的微粒运动进行数值模拟,通过实验验证了计算模型的准确性。获得了微粒表面的场强畸变,并根据流注起始判据对其引发的典型间隙放电形式进行分析,结果表明:微粒向电极运动时,表面场强畸变最严重部位总是分布在靠近电极一侧的顶端;微粒紧邻高(低)压电极而与低(高)压电极的放电由微放电引起;起跳阶段与高压电极的放电可能会立即引发整个间隙击穿。

电场不均匀系数对SF_(6)/N_(2)混合气体负直流电晕电流脉冲特性的影响

为了研究SF_(6)/N_(2)混合气体负直流电晕电流脉冲特性,建立SF_(6)/N_(2)混合气体二维轴对称针-板几何模型,对不同电场不均匀系数下的负直流电晕放电进行了仿真计算。通过将放电过程中正离子、负离子和电子的连续性方程与泊松方程耦合,研究负电晕电流脉冲的形成机制,分析了电场不均匀系数对带电粒子变化过程和电流脉冲特征参数的影响,并通过针-板模型电晕放电实验平台验证了仿真模型的有效性。仿真结果表明,电流脉冲形成过程中,电子数密度远小于离子数密度,且正离子数密度大于负离子数密度;每个电流脉冲对应一个负离子云的形成和迁移,随着电场不均匀系数减小,由于针电极和负离子云之间的静电排斥,负电晕会呈现先偏离针尖发展、而后又向针尖回移的趋势;电流脉冲幅值整体呈增大趋势,初始电流脉冲宽度增大,脉冲上升时间和下降时间增长,同时脉冲重复率减小。

非均匀zeta电势微通道内电渗涡流的形成机理

为了探究外加直流电场下两段式直通道(上游通道和下游通道)中电渗涡流的形成机理,采用数值模拟方法研究了下游通道与上游通道的长度比、壁面zeta电势比等参数对电渗涡流形成的影响规律。结果表明:下游通道和上游通道长度比越大,下游通道与上游通道壁面zeta电势比越小,上游通道zeta电势绝对值从入口开始下降速度越快,越有利于在微通道内产生涡流。此外,在下游通道与上游通道壁面zeta电势比一定的前提下,外加电场强度和壁面zeta电势对微通道中产生的涡流大小没有影响。因此,下游通道与上游通道壁面的电渗流速度差对涡流的产生有重要影响。

直流均匀电场SF6气体电流密度改进数学模型研究

在直流均匀电场下,SF6气体的电流密度可分为欧姆电导区、饱和电流区和电流激增区。传统欧姆电导区和饱和电流区的数学模型忽略了空间复合和极板复合同时存在的微观过程,电流激增区数学模型由于电离系数随着温度、气体种类等的动态不稳定而在应用中受限。因此,考虑离子产生、空间迁移、空间复合、扩散及碰撞电离等微观过程,提出了SF6气体直流电流密度的改进数学模型,并对传统模型和改进模型的三区分界电场强度进行了仿真计算。结果表明,改进模型的计算结果更符合电流密度分区的定义。