正极性操作冲击电压下含悬浮导体长空气间隙放电发展过程

带电作业组合间隙是典型的含悬浮导体长空气间隙,含悬浮导体长空气间隙放电机理研究对提升带电作业安全性具有重要意义。为此搭建了棒-棒-板含悬浮导体长空气间隙放电观测平台,开展了悬浮导体位于不同位置的间隙放电观测试验,获得了施加电压、高电位放电电流以及放电光学图像等数据,研究了间隙的放电发展过程。研究结果表明,含悬浮导体长空气间隙这2个子间隙的放电会同时进行并相互影响,子间隙1放电主要由下行先导-流注体系和上行流注组成,子间隙2放电主要由先导-流注体系组成;悬浮导体位置会影响放电发展各阶段的起始时刻和放电发展时间;悬浮导体在任意位置时,放电从子间隙1起始,子间隙2中放电在子间隙1击穿前起始,子间隙2击穿不早于子间隙1击穿;子间隙1流注-先导转化所需临界电荷为0.26μC,与长空气间隙相似;预放电电流幅值、先导发展速度等放电发展特征与长空气间隙存在差异。

并行求解含有电位悬浮导体的静电场数值问题

并行计算是电磁场数值模拟的主要工具,但是对于含有悬浮电位导体的静电场问题的并行模拟却很少提及。该文提供了一种针对这类问题的区域分解方法,并利用强加齐次边界条件法对有限元矩阵进行处理,进而利用并行机群系统求解含有多个电位悬浮导体的计算模型。通过对含有3个悬浮电位导体的平行板电容器模型和330 kV架空输电线路的玻璃绝缘子串场计算模型的并行模拟,验证了该方法在二维和三维静电场问题中的有效性。该文提出的方法能够很好的解决因悬浮导体存在而带来的并行处理中的模型分区困难,并且可以很好的并行求解多导体问题,对该类问题的并行计算提供了可能。

用边界元法计算含有电位悬浮导体的静电场问题

本文提出用边界元法计算含有电位悬浮导体的静电场边值问题，推导出用边界元法计算这类边值问题的边界元方程，给出计算这类边值问题增列约束方程的方法。理论分析和实例计算结果表明，用边界元法计算含有电位悬浮导体的静电场问题，是一种非常有效的计算方法，可以很方便地应用于静电场工程问题的设计与计算。

含有电位悬浮导体的组合空气间隙放电特性实验研究

为研究交流电压下含有电位悬浮导体的组合空气间隙放电特性,文中以棒—板组合空气间隙模型为研究对象,实验研究了悬浮导体的空间位置对组合间隙放电过程的影响。研究表明,悬浮导体位于高压电极或接地电极附近,短间隙在较低电压下首先被电弧短接,随着电压继续增加,整个间隙完成击穿;悬浮导体位于间隙中部,电压达到临界值时,多个间隙几乎同时击穿。电场仿真表明,悬浮导体引起的空间电场畸变是影响组合间隙放电过程的主要原因。在此基础上,通过实验进一步研究了悬浮导体长度、位置,高压电极和接地电极形状对击穿电压的影响。研究结果对深入理解含有电位悬浮导体的空气间隙放电机理以及击穿特性具有一定的参考价值。

氧化锌避雷器电位分布计算中电位悬浮导体的处理方法研究

介绍了静电场中电位悬浮导体的处理方法以及它们在氧化锌避雷器电位分布计算中的应用情况 ,并分析了各种方法的优劣。提出了基于有限元法的虚拟齐次强加边界法 ,实例计算结果表明该方法准确、有效。使用此方法计算 330 k V氧化锌避雷器电位分布 。

航天器典型悬浮导体结构深层放电现象的模拟试验研究

空间辐射环境中,由高能电子所引起的深层充放电现象是威胁航天器安全的重要因素之一。文章采用90Sr放射源模拟GEO电子环境,试验观测了电子辐照下几种含有悬浮导体的典型卫星模拟部件结构的深层充放电现象,比较了真空度、束流密度与温度对放电现象的影响。试验结果表明,深层放电现象的产生与部件结构密切相关,在一定环境条件下含有悬浮导体的结构即可产生放电现象。因此,航天器深层放电防护除了选择合适的介质材料外,要尽可能地避免悬浮导体的存在,同时还必须考虑真空度和温度的影响。

计算电位悬浮导体电场问题的有限元外推法

提出了应用有限元外推法计算含有电位悬浮导体的电场问题,给出了基于虚拟介电常数法的有限元外推计算格式,经理论分析和实例计算结果证明,可以比较方便地应用于含有电位悬浮导体的静电场工程问题的设计和计算之中。

有限元法在含有悬浮导体场域中的应用

本文采用有限元法对场域内存在悬浮导体的场合给出了计算方法。该方法可以用于对变压器绕组在电冲击电压下的初始分布进行精确计算。

用虚拟材料参数法计算含有电位悬浮导体的电场分布

讨论了利用虚拟电导率和虚拟介电常数求解含有电位悬浮导体的电准静态场和静电场的电场分布方法 ,通过分析实例 ,找到了这两种方法的有效应用范围 ,该方法突出的优点在于对于悬浮导体的数目没有限制 ,程序编制简单 ,稍加修改即可用于三维场的计算。应用此方法对算例进行计算得到的计算结果与导电纸实测结果相吻合 ,从而验证了该方法的正确性。该方法便于工程技术人员实际操作 ,程序的可复用性较强 ,为以后解决类似工程问题提供了依据。

含悬浮导体的棒板间隙工频击穿特性

为揭示工频电压作用下空气间隙介入悬浮导体后的击穿放电特性,论文开展了80 cm棒–板间隙布置不同形式悬浮导体后的击穿放电试验。试验研究了悬浮导体直径及布置位置对间隙击穿电压的影响,并基于高速摄影仪及平面镜搭建的间隙放电观测系统研究了放电过程及其路径特征。研究结果表明:直径与长度之比大于0.6的大直径悬浮导体布置于间隙中部时可抬升间隙击穿电压,同时放电路径出现"绕过"悬浮导体击穿现象。综合放电过程图像及电场仿真结果对绕过发生原因进行了初步解释,指出大直径悬浮导体周围电场弱、表面自由电荷的积累,以及对光电离的阻碍作用是绕过现象发生的重要原因。

负背景均匀电场下棒形悬浮导体的放电特性

悬浮导体放电现象是实际工程中常见的问题。针对板-棒-板的组合间隙搭建了悬浮导体放电试验平台,通过放电形貌、放电电流特性和击穿特性的分析,研究负背景均匀电场下组合间隙类型和悬浮导体外形对放电特性的影响,并开展悬浮导体电晕放电机理和特性的讨论。试验结果表明:棒形悬浮导体放电呈现双极性;放电电流幅值主要受正极性端气隙影响,放电起始电压主要受正极性端曲率影响;而击穿电压主要受负极性端气隙影响,悬浮导体外形的影响相对较小。对于棒形悬浮导体特有的一种放电形式——双极电晕,从微观的空间电荷分布特性初步解释了宏观的光学特性,发现了双极电晕的共生特性并讨论其对放电电流特性和击穿特性的影响,可为悬浮导体放电的研究提供参考。

悬浮导体与高压导线间的放电规律实验分析

为了分析无人机巡线或特殊机器人作业时与线路之间发生放电产生的电磁干扰,研究高压导线与悬浮导体之间的放电规律尤为重要。采用高速摄像机设备进行放电实验的拍摄,利用MATLAB进行图片的灰度值筛选,转化为放电间隔时间后分析数据。分别进行了导线加载不同临界放电电压倍数、改变临界放电电压值、加载风速的放电拍摄实验。得到结果为:放电频率与临界放电电压值无关,随着导线上电压与临界放电电压值比值的增加而相应增大,加载风速会降低放电频率。

悬浮导体感应电压的估算及对策

直流线路下方悬浮导体将产生一定的感应电压,人体接触时可能会受到暂态电击。为估算该电压,采用基于Deutsch假设的数值计算方法获得了直流线路下合成电场,并采用模拟电荷法获得线下标称场下悬浮细导体电位,然后从工程简化角度出发,利用标称场下的悬浮细导体电位与电位比例系数相乘,得到了估算合成场下的导体感应电位的方法。最后提出了降低悬浮导体感应电压的措施。

悬浮导体电极电晕放电凝并亚微米颗粒物研究

为提升亚微米颗粒物的凝并效果,提出在针-针高低压电极之间引入悬浮导体电极的结构,采用单极性直流高压电源供电,在悬浮导体电极两侧分别产生正、负电晕放电,实现对气体中亚微米颗粒物的荷电和凝并。研究了电极系统放电特性、颗粒物荷电量和凝并效果,以及电流体动力学模拟。研究结果表明:引入悬浮导体电极后,起晕电压、火花击穿电压略有增加,且在相同供电电压下电晕电流下降;在供电电压为15 kV的条件下,采用悬浮导体电极结构使颗粒物荷电量增加了10%,0.3μm和0.5μm粒径颗粒物的凝并效率分别增加了20%和35%;悬浮导体电极板开孔时凝并效果低于无开孔的悬浮电极板凝并效果,且随着悬浮导体电极开孔率增加亚微米颗粒物凝并效果下降。仿真结果表明引入悬浮导体电极后,增强了针尖区域内的离子风,增加了单个亚微米颗粒荷元电荷数,颗粒粒径越大荷元电荷数量提升越多;对于0.3μm的颗粒物,引入悬浮导体电极后荷电数量由195e提升至243e,荷电量提升了24%。

基于虚拟介电常数法的特高压GIS中隔离开关电场参数计算

提出了用虚拟介电常数法和耦合电压自由度法相结合的方法处理1100kVGIS隔离开关中的悬浮导体问题。利用有限元软件对隔离开关气室进行三维电场分析计算,获得其内部电场强度分布。通过电场强度结果分析,得出隔离开关气室内电场强度较大的位置及电场强度值。利用APDL对电容参数进行计算,通过与测试结果进行比较,验证了用虚拟介电常数法和耦合电压自由度法相结合处理隔离开关中的悬浮导体问题具有较强的可行性。从而为特高压GIS中VFTO的计算提供较为可靠的分布电容参数。

应用有限元法计算氧化锌避雷器电位分布

应用有限元法计算了具有开域边界的氧化锌避雷器的电位分布。通过设置人工截断边界 ,将开域电场问题转化成有界域电场问题 ,并在人工截断边界上采用渐近边界条件。对于氧化锌避雷器中存在大量的电位悬浮导体问题 ,则采用虚拟齐次强加边界法加以解决。对 3 3 0kV和 5 0 0kV氧化锌避雷器电位分布进行了计算和测量 ,结果验证了该文方法的正确性和有效性 ,并得出以下结论 :随着安装高度的增加 ,阀片电位分布将趋于均匀 ;在高压端加装均压环会大大降低阀片的最大电位承担率 ,改善阀片的电位分布。与基于模拟电荷法的其它方法相比 ,该文方法简单、通用 ,可以充分利用已有的有限元计算程序 。

电力电缆电容锥式终端电场的有限元分析

本文论述了高压电缆电容锥式终端具有强制电场沿轴向均匀分布的特点。在电缆附件结构优化设计中 ,用有限元方法计算了 110 k V、36层悬浮电极的电容锥式电缆终端的电场分布 ,并与增绕式电缆终端比较 ,最大轴向场强下降了 2 4 .8% ,电场轴向分布得到很大的改善。文中还介绍了计算采用的瞬态非线性软件包具有可视化交互式的前后处理功能。

静电场边值问题的一个教学案例

本文提供了笔者在"电磁场"课程讨论课上使用的一个教学案例,该案例以三相电力汇流排为对象,讨论如何建立静电场边值问题。课堂讨论表明,该案例不仅提高了学生对第一类边界条件、第二类边界条件、电位悬浮导体边界条件等静电场边值问题的数学抽象能力,还扩展了学生对介质极化、多导体部分电容等概念的应用能力。

边值问题模拟与仿真实验研究

本文讨论了一项利用静电比拟法研究电容参数与悬浮导体电位边值问题的综合实验,与恒定电场描绘实验及基于ANSYS软件的数值仿真实验一起构成一套边值问题实验群。该实验分为两部分。一方面运用静电比拟法,通过测量五种电极的单位长电导参数,获得对应的电容参数,并与ANSYS电磁场数值仿真软件计算结果进行了比较。另一方面提出了悬浮导体电位边值问题的测量和计算方法。通过该实验,进一步提高学生综合利用静电场原理,解决实际问题的能力。

组合空气间隙交流击穿电压计算方法研究

典型空气间隙的击穿电压特性是外绝缘设计的重要依据,为研究电位悬浮体对空气间隙击穿电压的影响,文中以简化的组合间隙放电模型为研究对象,实验研究了悬浮导体长度和高压电极形状对组合空气间隙击穿电压的影响特性和变化曲线。基于实验数据和观测到的放电现象,文中在考虑子间隙的击穿顺序和流注通道压降的基础上,建立了组合间隙击穿电压的计算模型。利用该模型对含有电位悬浮导体的组合间隙击穿电压进行了计算,结果表明,文中提出的计算模型得到的击穿电压计算值和实验数据相比,相对误差小于5%,说明该方法对于计算含有电位悬浮导体的组合空气间隙击穿电压具有一定的适用性。