不同海拔高度交流电晕电流脉冲特性实验研究

不同海拔高度下交流电晕特性的变化规律是高海拔地区线路设计的基础。文章利用可移动式小电晕笼和高频电流测量系统在20 m~4320 m范围内的5个海拔高度点进行实验,采集了1 mm直径细铜丝在不同施加电压下的电晕电流脉冲、无线电干扰和可听噪声水平数据;通过对实测数据的统计分析及拟合,得到了海拔高度对电晕电流脉冲特性的影响规律,并分析了不同海拔高度下电晕电流同无线电干扰和可听噪声水平的关联关系。研究表明,随着海拔高度增加,交流电晕电流脉冲的幅值增大,幅值概率分布逐渐分散,一个周期内交流电晕电流脉冲的数量增加,脉冲形成时间变得更加均匀;将电晕电流有效值作为中间变量,研究海拔高度对交流线路电晕效应的影响,得到电晕电流有效值与导线施加电压呈线性函数关系,该线性函数的斜率k、截距b均为海拔高度h的三次函数;无线电干扰和可听噪声水平均与电晕电流有效值呈对数增长关系,其中可听噪声与电流有效值的函数关系随海拔高度变化而改变。

SiC改性提升聚酰亚胺薄膜直流耐电晕性能的机理

传统聚酰亚胺(PI)薄膜应用到更高电压等级设备中,易产生电晕放电甚至绝缘失效。为提升聚酰亚胺薄膜耐电晕能力,实验采取碳化硅(SiC)作为增强相对PI基体相进行改性,探究SiC改性对复合薄膜耐电晕特性的影响机理。实验结果表明,随着SiC含量增加,SiC/PI复合薄膜出现非线性电导特性并逐渐增强,其同步提升的浅深陷阱密度比与载流子迁移率促进了表面电荷消散速率的增加。同时,SiC提升了15 kV直流电压下薄膜的沿面闪络和击穿时间,其中质量分数25%SiC/PI复合薄膜较纯PI膜分别提升了416.28%和298.39%。这是因为增强的非线性电导率和表面电荷消散速率,有利于空间和表面电荷运输,减少电场畸变,从而提升复合薄膜的耐电晕能力。对电晕损伤薄膜的无损区、圆状白斑区和白色堆积区进行形貌观测,发现SiC颗粒会在等离子体碰撞下形成放电阻挡层,有效减少电晕对基体相的侵蚀,延长了复合薄膜的耐电晕时间。最后发现质量分数15%SiC/PI复合薄膜为综合耐电晕与力学特性下的最优选择。

微尺度下场致发射对电晕放电的影响机理

场致离子化微电晕器件基于一维纳米材料的电场增强效应,可产生大气压非平衡微等离子体,适用于气体检测以及生物医疗等领域,具有响应快、低功耗等特点。但微尺度下的电晕放电属于局部自持的低能放电,其场致发射的作用及影响机制尚不清晰。因此文章基于流体-化学混合模型框架,融合F-N发射模型,建立了常温常压N2-O2混合气体的二维微电晕放电模型。通过与无场致发射放电模型对比,探索不同间距下场致发射对放电动态过程的影响,发现针-板间距减至15μm时,两种模型放电过程差异很小,表明放电以二次电子发射机制为主导,当间距减至10μm时,两种模型的放电强度相差近1倍,场致发射的作用及影响不可忽略;通过进一步对电子密度分布、空间电场分布、电流密度等参量进行动态分析,发现场致发射、空间碰撞电离反应和离子轰击二次电子发射之间存在链锁影响规律。

三维电晕放电模型的开发与应用

电晕放电是研究地闪过程和雷电预警的关键,而以往的模型多为二维模型或一维模型,且多以单个建筑物电晕放电为研究对象,因此建筑物(群)电晕放电的研究受到越来越多的关注,三维电晕放电模型的开发具有重要的意义。开发了考虑风场与忽略风场两种不同情况下的三维电晕放电模型,并通过应用于单针系统、双针系统以及九针系统,研究风场对单针系统电晕放电的影响以及多个尖端之间电晕放电的相互影响,以证明本文模型的可靠性与准确性。不同于均匀网格的划分,所开发的三维模型所采用变网格划分的方法不仅可以实现对大模拟域中细小尖端的精细化模拟,还能扩大模拟域范围;与一维和二维模型相比,本文模型能更全面地获取三维空间中电晕电荷的时空演变特征,且适用于研究多个尖端之间电晕放电的特征,如九针系统,这也是以往模型所无法实现的。

直流电场下涂层对导线表面水滴电致运动及电晕放电的影响

架空输电线路上的电晕放电现象通常由导线表面凸起物造成,如雨滴、污秽等,其中雨滴产生的电晕放电现象最为普遍。当前世界各国对于直流输电线路电晕放电机理的研究仍不够深入,因此其也成为发展高压直流输电亟待解决的问题之一。通过球板试验平台研究了涂敷涂层的铝球在表面附着水滴时,涂层对直流电晕特性及铝球表面水滴电致运动特性的影响;利用仿真软件建立了水滴电致运动多相流模型,分析了涂层接触角与水滴运动形态对水滴周围场强分布的影响。结果表明:水滴半径随接触角的增大而减小,水滴长度随接触角的增大先增大后减小;超亲水性涂层表面水滴吸附效应较强,水滴的运动幅度大大降低,水滴周围的电场强度畸变程度较小,同时电晕电流脉冲有效值最低;而超疏水性涂层表面的水滴难以稳定存在,水滴周围场强畸变程度较大,在电场作用下极易发生喷射现象,水滴喷射后场强的畸变程度会降低。

电晕放电与介质阻挡放电净化氰化氢的机理

利用电晕放电以及介质阻挡放电两种低温等离子体产生方式净化氰化氢(HCN),同时对二者的反应机理进行探讨。结果表明,在电晕放电中当输入能量比(SIE)达到8.3 kJ/L,HCN净化效率为76%,在介质阻挡放电中当SIE为11.9 kJ/L时,HCN净化效率为94%;通过Gaussian软件利用密度泛函理论(DFT)引入外电场,计算分析了两种不同放电方式在HCN净化过程中的差异,在引入外电场之后HCN分子的分子结构以及体系能量均发生了变化,在不同的放电方式中,HCN转化的中间产物—OCN在电晕放电中主要转化为CO_(2)与N_(2),而在介质阻挡放电中HCN更容易与体系中—OH结合生成H_(2)O与—CN,—CN会在介质阻挡放电中的高电子、粒子密度的作用下聚合为C_(3)N_(4)。

负载活性炭接地极雾化电晕放电处理采油废水的研究

采油废水是油田污水中最难处理的污水之一,其由较多种难以被生物降解的有机物组成,成分较为复杂。本文采用接地极雾化电晕放电技术处理采油废水,即利用高压放电产生低温等离子体和活性氧物种·OH分解有机物,降解效果良好。并设置多组实验对比有无活性炭层对放电电流、处理效果的影响,以及不同活性炭层厚度、流量对净化效率的影响。

熔喷聚乳酸/聚偏氟乙烯电晕驻极空气过滤材料电荷存储与过滤性能相关性研究

针对空气颗粒物污染问题,为实现对空气中PM 2.5以及其它有害颗粒物的高效过滤,从而达到保护人体生命健康的目的,将介电性与极性良好的聚偏氟乙烯(PVDF)与生物可降解的聚乳酸(PLA)熔融共混,并经过熔喷纺丝工艺结合电晕驻极,制备出具有纤维直径细、孔径小、过滤效率高、过滤阻力低的环境友好型驻极体空气过滤材料。通过系统研究PVDF对PLA电晕驻极体空气过滤材料的结晶行为、电荷存储性能及其机制与过滤性能之间的关系,发现PVDF的引入对PLA/PVDF熔喷非织造布纤维的结晶性能具有重要影响,可使PLA结晶速度加快,结晶度增加。PLA/PVDF电晕驻极熔喷布的初始表面静电势高达3 kV以上,热刺激放电测试峰值更高,电荷存储量有明显提升。特别地,在85 L/min纺丝流速下测试,PLA/PVDF单层电晕驻极熔喷非织造布过滤性可达85%,过滤阻力小于40 Pa,相较于未添加PVDF的电晕驻极熔喷非织造布过滤效率提升20%以上;探讨了电晕驻极后PLA/PVDF熔喷非织造布的电荷存储机制,发现PLA/PVDF熔喷非织造布的电荷存储性能提升最终使过滤性能提高。

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。

电晕处理阻断滞育条件下蚕卵及卵壳观察

为探究电晕解除家蚕卵滞育的机理,比较了即时浸酸处理、电晕处理及对照处理蚕卵的催青期发育经过及卵壳表面变化。孵化率调查结果表明,电晕处理与即时浸酸处理的蚕卵孵化率没有显著差异。电晕处理与即时浸酸处理的蚕卵在发育过程中,蚕卵的形态及卵色均有差异,且电晕处理的蚕卵发育快于即时浸酸处理的蚕卵。扫描电镜观察发现,即时浸酸处理的蚕卵卵壳表面出现很多裂纹,而电晕处理及对照处理的卵壳表面没有观察到明显的刻蚀痕迹。电晕处理和即时浸酸处理的卵壳表面气孔均随着蚕卵的发育而增大。这些结果为研究浸酸和电晕解除蚕卵滞育的机理提供线索。

耐电晕聚酰亚胺薄膜研究进展

聚酰亚胺因其耐电晕性能不足严重缩短了复杂工况下的使用寿命,纳米改性技术的应用为耐电晕聚酰亚胺薄膜的研发提供了新的发展方向。该文首先从耐电晕机理出发,综述了电晕下聚酰亚胺的老化进程;然后从材料的介电特性、电导特性、陷阱特性、界面效应及热导率等性能参数分析了提升复合聚酰亚胺耐电晕性能的策略;最后针对当前耐电晕聚酰亚胺薄膜研究存在的问题进行了总结,并对未来发展方向做出了展望,以期实现具有优异耐电晕性能聚酰亚胺薄膜的研发。

紫外脉冲计数法测量直流电晕起始及熄灭电压

为了能够指导均压环和屏蔽环等的设计和改良使其满足特高压工程的需要,需要研究其电晕特性。研究的难点在于如何对可见电晕做出判定,常用的判定方法受实验人主观感觉和环境影响很大,会降低实验数据的准确性和可靠性。为此,提出了基于自主研制的紫外电晕监测仪进行电晕起始、熄灭电压的测量方法,并利用其在实验室对正、负极性的直流电压下棒-板电极的电晕起始、熄灭电压进行了测量,随后在国网电力科学研究院武汉院区的特高压户外实验场对正极性直流电压下多种外径和管径的均压环做了测量。结果表明该方法可以有效排除人工观察主观感受的影响,用于电晕起始、熄灭电压的测量。

考虑空间电荷分布的旋转风机叶尖电晕放电特性

雷击灾害严重威胁风电机组的稳定运行,目前尚缺乏针对旋转风机叶尖电晕特性的研究。为此,搭建了缩比旋转风机叶尖电晕观测实验平台,开展了风机叶尖的电晕模拟实验,分析了正负雷电极性下旋转叶尖的电晕平均电流、放电重复率以及占空比等电晕特征量,获得了正、负雷电极性下旋转风机的叶尖电晕放电特性;同时,建立了叶尖电晕的流体-等离子体化学混合的数值模型,从微观角度研究了不同极性叶尖电晕演化的差异。分析结果表明:与静止风机的电晕随机脉冲模式相比,旋转风机的叶尖电晕呈周期性间隔放电簇模式,且随着转速增加,电晕放电电流和重复率呈上升趋势;风机叶尖的正负电晕具有明显的极性效应,对叶尖正负电晕放电图谱进行分析发现,相较于正电晕呈分离特征明显的间隔放电簇模式,负电晕呈间隔的放电簇与连续的微弱放电叠加的模式。所得结论可以为旋转风机雷击防护技术提供理论依据。

两种电晕放电特性比较研究

为明确2种不同电源的电晕特性,对恒压电源和脉冲电源形成的电极对,通过控制变量法进行了2种电晕放电的电场特性及除尘性能的比较研究。实验结果表明:相同工况下,脉冲电晕放电的击穿电压和起晕电流都高于恒压电晕放电,其产生的平均电子密度高,使得粉尘去除效果略好,且除尘性能稳定,产生的副产物O3量少。

电晕辐射成像仪测试平台研制及性能测试方法研究

电晕辐射成像仪在电力等领域已得到广泛应用,为了实现对电晕放电等缺陷故障的精确定位检测,建立了核心性能统一、科学可靠的测试平台和测试方法。首先,对传统的电晕辐射成像仪高温黑体灵敏度测量法进行了关键性改进,提出了一种新的基于标准日盲紫外光源和平行光管的测量方法,通过光源、积分球及控制系统来实现光学成像测试、紫外灵敏度测试和带外抑制性测试。最后,基于新方法研制了一套全新的电晕辐射成像仪光学成像性能、紫外灵敏度及带外抑制性能测试平台。研究结果表明:所提出的测试方法和搭建的测试平台更易评估电晕辐射成像仪性能的真实情况,满足电晕辐射成像仪实际测试的需求。

国产耐电晕聚酰亚胺薄膜在变频牵引电机上的应用研究

通过对比国产耐电晕聚酰亚胺薄膜及其电磁线与同类进口产品的性能,探讨了国产耐电晕薄膜电磁线在应用过程中的可靠性。结果表明:国产耐电晕薄膜及其电磁线的常规性能与同类进口产品性能相当,国产耐电晕薄膜电磁线的耐电晕性能及局部放电起始电压优于同类进口产品,电磁线在线圈成型过程中具备优异的工艺性,满足变频牵引电机的应用要求。

基于电晕强化荷电的选矿厂粉尘电凝并除尘研究

为了提高选矿厂微细粉尘电凝并的除尘效率,提出一种颗粒电晕强化荷电装置。运用COMSOL软件开展颗粒荷电数值模拟计算,获得电晕过程中旋流空间电势、颗粒饱和荷电量及颗粒荷电速率的分布特征与规律,研究电晕对粉尘荷电的强化作用机理;以原煤胶带转载点粉尘为研究对象,开展粉尘荷电和电凝并除尘实验。研究结果表明,电晕强化荷电区电极间存在明显的电势差,电极尖端和壁面形成了高电势,电极电晕可以强化颗粒荷电效果,使颗粒电场荷电速率明显高于扩散荷电速率,有助于提高颗粒饱和荷电量。实验发现,电晕作用使粉尘颗粒荷质比增加了550 nC/g,提升了对粒径5.0μm以下粉尘颗粒的脱除效果,粒径0.5~<1.0μm的粉尘电凝并脱除效率最好,颗粒数量变化率达63.48%。

4000 m高海拔地区特高压变电站导线电晕特性与选型研究

1000 kV变电站中导线连接方式多样,其表面电场分布由于邻近效应而极不均匀,导线表面易发生电晕放电,尤其在高海拔地区,导线起晕电压将降低。为了防治导线表面电晕,优化变电站电磁环境,必须选择合理的导线型式。提出了一种数值计算和有限元仿真为主、电晕模拟试验为辅的变电导线选型方法,研究提出了导线表面场强控制值,计算获得了采用不同选型方案时导线表面工作场强与临界场强之比Em/Ec、可听噪声L50值与电场分布,给出了4000 m海拔特高压变电站导线选型方案并通过了电晕试验验证。结果表明:导线表面场强控制值推荐取值为1.84 kV/mm;若4000 m海拔特高压变电站仍采用常规4分裂导线,则其站内Em/Ec和可听噪声L50值将分别增大50.0%和23.7%,导线表面电晕严重。采用该推荐选型方案时,站内Em/Ec和可听噪声L50值分别为0.79和60.29 dB,导线表面最大场强为1.67 kV/mm,导线高海拔电晕熄灭电压为770 kV,满足4000 m高海拔特高压变电站导线防晕要求。该研究方法和成果可为我国后续高海拔地区特高压变电站的导线选型和绿色环保电网工程建设提供依据。

SVPWM电压下变频电机绝缘耐电晕寿命研究

实验研究了变频电机绝缘材料耐电晕寿命在不同基波频率(10 Hz、50 Hz、100 Hz、150 Hz、200 Hz)和开关频率(6 kHz、12 kHz、18 kHz)的空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulated,SVPWM)电压下的变化规律,并且开展了重复脉冲方波电压下的耐电晕寿命对比实验。实验表明:开关频率越低,耐电晕寿命越长,耐电晕寿命的时长和分散性在不同基波频率下的波动越大;开关频率越高,耐电晕寿命越短,耐电晕寿命的时长和分散性在不同基波频率下的波动越小。50%占空比重复脉冲方波能够用于替代SVPWM波预测变频电机绝缘的耐电晕寿命,开关频率越高,50%占空比重复脉冲方波对SVPWM电压下变频电机绝缘耐电晕寿命时长和分散性的预测越准确,但在开关频率较低时不能准确反映其统计特性。

椭球电极负电晕放电的数值仿真研究

电晕放电的研究对深入理解高压电气设备内部各种缺陷的电晕放电机理有着重要的意义。耦合流体动力学方程和泊松方程,建立了椭球电极的负电晕放电模型,应用有限元方法分析了放电电流脉冲和正离子数密度分布,首次通过数值仿真分析了椭球电极环模式放电。研究了不同施加电压及电极形状对椭球电极负电晕放电的影响机理。结果表明,施加的电压、电极形状对椭球电极负电晕放电电流脉冲数、脉冲波形特性及放电脉冲模式等有很大的影响。