不同电极结构中SF_6/N_2混合气体正向流注电晕放电特性

宏观上假定气体放电过程中产生的正、负离子束和电子束为流体,采用二维流体动力学模型对SF6/N2混合气体正向流注电晕放电过程进行建模,利用通量校正传输法求解连续方程,通过求解耦合的泊松方程处理空间电荷畸变电场对放电的作用,仿真过程中假设带电粒子的输运参数是折算电场的函数,对比分析了平行板电极间隙、同轴电极间隙和棒-板电极间隙三种电极结构中正向流注电晕放电特性。结果表明:流注电晕的形成加强了流注头部与阳极间的场强,减弱了流注尾部与阴极的场强。只有流注头部所在位置的初始场强足够大时放电才能继续发展,否则放电转化为稳定的流注电晕放电。

温度对棒—板间隙正流注电晕放电特性的影响研究

目前国内外温度对棒板间隙流注电晕放电特性影响的研究仍不完善。文中基于低温环境流注放电试验平台,利用光电倍增管、ICCD、CCD等弱光检测设备对低温下棒—板间隙的正流注传播特性进行了试验研究和理论分析。研究结果表明,温度降低对棒—板间隙正流注放电具有抑制作用,体现在发光强度和分叉程度随温度降低而减小;在流注电晕存在的电压区间内,外加电压增大,流注电晕电流脉冲峰值呈先增后减的规律;相同电极下,温度下降,流注电晕电流脉冲峰值并不是绝对的增加或减小;相同温度下,电极头部曲率半径增大,平均流注电晕电流脉冲峰值增大;不同形状电极的流注电晕发光强度还与电荷分布、光电效应等有关。

大气条件下厘米级棒-板间隙负极性电晕放电中流注的产生与发展机制

该文研究了大气条件下棒-板间隙中流注放电的产生与发展机理。首先,基于Raether判据和Meek判据,建立了在给定放电条件下流注的发展长度与由电子球表面电场表示的空间电场强度之间的关系,可用其判断流注放电的发展过程;然后,建立了流注放电的等离子体化学反应仿真模型,分析了流注放电发展过程中带电粒子、平均电子能量及电场强度的分布规律;最后,开展了大气条件下负直流棒-板放电实验,分析了流注型电晕放电的发展过程。研究表明,等离子体化学反应模型用于计算厘米级间隙的流注放电的可靠性较高,放电初期以氮气和氧气的电离反应为主,且只有主放电通道的电子崩在放电中期发展为流注,而放电后期负离子层变厚形成鞘层。实验结果表明,流注型电晕由流注和漫射辉光区域组成,且流注的形状、位置随加压时间发生变化,负离子层的积聚是漫射辉光区域形成的主要原因。该文所得结论可为明确负极性电晕放电中流注放电的产生与发展机制,以及等离子体的制备等提供理论依据。

基于FEM-FCT算法的SF_6/N_2混合气体中棒-板间隙电晕放电特性的仿真研究

为研究棒-板间隙中SF6/N2混合气体流注电晕放电特性,采用二维流体力学模型,基于不固定网格剖分,利用有限元-通量校正传输(FEM-FCT)法求解含带电粒子的连续方程,并耦合泊松电场研究空间电荷对场域的畸变作用。实现了50%～50%SF6/N2混合气体二维流注电晕放电过程的仿真,考虑了带电粒子及中性气体分子的电离、吸附、复合、扩散等过程。并首次综合考虑SF6/N2混合气体中空间光电离与阴极光发射在流注放电过程中的作用。研究了棒头半径和间隙距离与流注电晕放电的关系以及SF6含量对混合气体放电的影响。仿真结果表明当间隙距离不变(d=4mm),逐渐减小棒头半径或棒头半径不变(r=1mm),间隙距离逐渐减小时,都可使流注电晕放电从相对稳定过渡到不稳定,进而放电会持续向前发展;50%～50%SF6/N2混合气体发展为不稳定放电的电压高于纯SF6气体和10%～90%SF6/N2混合气体。

同轴场域SF_6/N_2混合气体电晕放电特性的仿真研究

采用SF6/N2混合气体绝缘介质的气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)作为电缆和架空线的有效补充,将在电力发展中起到重要作用。为更好地理解其放电特性,建立了同轴电场中流注电晕放电的二维流体模型,综合考虑了SF6/N2混合气体放电过程中空间光电离与阴极光发射作用,采用有限元-通量校正传输法(FEM-FCT)求解。仿真表明:流注电晕对空间电场有均匀作用,外施电压幅值低时流注电晕经过一段时间后会消失,幅值高时流注电晕容易发展为不稳定放电;SF6/N2混合气体起始放电时间较SF6气体迟,但绝缘性能较差;空间光电离作用强于阴极光发射的作用。

低SF_6含量混合气体电晕放电特性仿真研究

低SF6含量混合气体绝缘介质最有可能替代SF6气体应用于气体绝缘设备中。本研究采用有限元-通量校正传输(FEM-FCT)法求解低SF6含量的SF6/N2混合气体二维流注电晕放电的数学模型,考虑了空间电荷对场域的畸变作用,研究了SF6/N2混合气体二维流注电晕的放电特性,展示了流注电晕放电发展过程中间隙内部各种带电粒子浓度和空间电场的分布。仿真表明:棒-板间隙中空间光电离对流注电晕发展的影响强于阴极光发射;外施电压幅值小时,流注形成和发展速度较慢,流注电晕相对稳定。

空气短间隙电晕放电特性的仿真研究

为研究电气设备的极不均匀场电晕放电的产生机理,采用棒-棒模型,对粒子输运方程及耦合的泊松方程进行了数值化求解,仿真了二维放电过程.具体方法为:首先对放电空间进行三角形网格剖分,然后使用Euler_Taylor_Galerkin(ETG)格式对方程进行时间上的离散,最后分别采用通量校正传输法(FCT)和有限元法(FEM)求解上述两个方程.该计算方法考虑了放电过程中粒子间的电离、吸附、复合、扩散等现象,从而提高了仿真的准确度.仿真结果表明:棒-棒之间的极不均匀电场影响流注的发展,而且随着流注的发展,流注头部空间电荷会加剧周围电场的畸变;间隙内气体介质的吸附性影响流注发展过程中流注头部区域的电子浓度;间隙内气体介质的湿度影响流注放电过程的光电离.

冲击电压下SF_6棒-板间隙放电的临界半径现象

GIS中隔离开关例行操作产生的特快速暂态过电压(VFTO)对GIS等电力设备绝缘造成很大威胁,迄今为止,国内外对VFTO造成GIS击穿事故的原因及绝缘破坏机理缺乏统一认识。为此借助研制的陡前沿冲击实验装置,研究了特快速瞬态过电压和雷电冲击电压下SF6棒-板间隙放电特性。研究表明,冲击电压下SF6短间隙放电存在与长空气间隙相似的临界半径现象。相同气压下,随着电极曲率半径减小,间隙50%放电电压降低;当电极曲率半径小于临界半径后,间隙50%放电电压基本不变,且临界半径随SF6气压增加而减小。还从空间电荷角度出发,分析了临界半径形成的原因,认为临界半径形成与步进先导形成时电荷注入量和空间电荷迁移有关,而在较小电极曲率半径下,注入电荷量受电极曲率半径影响较小,因此放电电压基本不变。