针-板缺陷模型下局部放电量与SF_6分解组分的关联特性

为了定量判断气体绝缘组合开关电器(GIS)内金属突出物缺陷所产生局部放电(PD)的严重程度,在自建的SF6放电分解实验平台上,用针-板缺陷模型产生PD使SF6发生放电分解形成特征组分,分别在不同电压等级下进行96h实验,采用气相色谱法对分解组分进行定量测定,同时用50Ω无感电阻检测PD量大小,深入研究了PD量与SF6气体分解组分之间的关联特性,结果表明,针-板缺陷PD下SF6分解可产生CF4、CO2、SO2F2、SOF2等组分,SO2F2和SOF2的体积分数及产气速率与每秒平均放电量Qsec关联性良好,SO2F2和SOF2的体积分数及产气均方速率随Qsec增大而增加,而(SOF2+SO2F2)与(CO2+CF4)的体积分数比值随Qsec近似呈线性增长,CF4与CO2以及SOF2与SO2F2的体积分数比值可作为较大Qsec的辅助判据,因此,可以通过SF6气体组分定量分析来判断GIS设备内部PD的程度。

多针-板高压脉冲放电反应器结构优化及降解甲醛的实验研究

为了进一步提高脉冲放电能量注入效率达到有效去除有机污染物的效果,对自制多针-板高压脉冲放电反应器的电极结构配置优化进行了实验研究。通过研究不同针板间距和针针间距对脉冲功率密度的影响来优化了电极结构配置,在此基础上进一步研究了不同电参数和气体参数对脉冲放电能量注入效率和甲醛降解率的影响规律。结果表明：随着针板间距的增大,对应的脉冲功率密度随之减小,脉冲放电最大可注入的脉冲功率密度在针板间距为20 mm时达到极值;当针板间距为20 mm时,随着针针间距的增大,对应的脉冲功率随之增大,脉冲功率密度随之减小,当针针间距增大到20 mm时脉冲功率增幅已经很小,但针针间距在15~20 mm范围内时脉冲功率密度变化很小,兼顾放电稳定性和脉冲功率密度,针针间距为20 mm较优。在优化的反应器结构下进行的甲醛降解实验研究发现：当脉冲峰值电压为17 k V、脉冲重复频率为40 Hz、气体体积流量为0.3 L/min且反向进气时,该实验的甲醛降解效果达到最佳,甲醛降解率和能量注入效率分别为87.1%和3.19 g/（k W·h）。

针-板模型交/直流电晕放电的紫外特征参量

紫外（UV）成像仪是检测电气设备电晕放电的一种常用手段,但是目前在工程应用中仍面临着紫外成像仪检测结果与放电故障类型难以确切对应的问题。为此,通过紫外成像研究了交/直流电压下针-板模型的电晕放电,提取了电晕放电光子数与紫外图像光斑面积,对比分析了针-板模型在不同交/直流电压下光子数和光斑面积的特性。结果表明：光子数和光斑面积能在一定程度上反映电晕放电强度;随着检测距离的增加,光子数和光斑面积均会衰减,衰减规律满足阿拉德定律;光子数随增益而呈现先增后减的趋势,而光斑面积随增益的增加而增加,具有明显的单调性;交流和负极性直流电压下,随着电压的增加,紫外特征参量呈现幂函数的增长趋势;正极性直流电压下,由于针电极的极性效应,电晕起始电压较高;由于放电初期的中和电离影响,光子数和光斑面积会出现跃升;此后,光子数和光斑面积随着起主导作用的电离形式发生变化而锐减;随后,光子数和光斑面积都随电压的增加而平稳增长,此时2种紫外特征参量与电压也呈现幂函数关系。因此,光子数和光斑面积可互为补充,从多个角度对电晕放电强度进行识别与表征。

针-板式高压脉冲气液两相放电降解废水中的苯酚

为了提高脉冲放电对有机物的降解效果,以苯酚为处理对象建立了单针-板电极形式的脉冲放电体系,考察了各因素对苯酚降解的影响并分析了降解过程中间产物及其浓度变化。结果表明,脉冲电压、电极间距、针-液间距、脉冲频率、曝气量等影响因素对苯酚降解率有很大影响;随着脉冲电压的增大,苯酚降解率增大,电压达到一定值后,苯酚降解率增大不再明显,趋于稳定;随着电极间距、针-液间距、脉冲频率、曝气量的增大,苯酚降解率增大,但当这些因素达到一定值后继续增大,苯酚降解率反而降低。100m L浓度为100mg/L的苯酚废水在电极间距10mm、针-液间距7.5mm、脉冲电压26k V、脉冲频率70Hz、曝气量1.5L/min的最佳条件下,放电60min时苯酚降解率为64.63%,放电140min时达到了85.02%。中间产物间苯二酚、对苯二酚、对苯醌、邻苯二酚在放电过程中浓度随着放电时间的延长先增大后减小,最后浓度都趋于零。其中,间苯二酚浓度最低并且分段出现,对苯醌浓度最大,邻苯二酚最先消失,考察产物变化规律以提高苯酚降解的彻底性。

针-板电极下针尖曲率和铝箔尺寸对放电机理的影响

为研究电力设备中不均匀电场下的气体间隙击穿现象,通过搭建局部放电ns级放电电流测试系统,研究了针-板电极下针尖曲率半径和铝箔尺寸变化对放电特性的影响。在无铝箔覆盖时,随着针尖曲率半径的增大,电流脉冲幅值增大,其上升沿、下降沿和脉宽都减小。正极性放电电流幅值大于负极性放电电流,其电流脉冲上升沿和下降沿都要小于负极性放电,这可以用流注理论很好地进行解释。随着铝箔面积的增大,电流脉冲幅值和上升沿都减小,下降沿和脉宽增大。然而负极性脉冲上升沿在铝箔直径为5mm时出现最小值。当介质表面有铝箔覆盖,针尖曲率较小时,放电情形类似于无铝箔覆盖的情况;而当针尖曲率较大时,负极性脉宽小于正极性脉宽,其电流幅值大于正极性脉冲。由此推测,在针尖曲率较大铝箔覆盖时放电机理发生了改变,产生了不同于流注放电的另一种放电。

针-板电极下SF_6的电晕放电特性分析

为研究SF_6气体在针-板电极下电晕放电特性,通过建立SF_6气体电晕放电的流体模型,采用有限元-通量校正传输法(finite element method-flux corrected transport,FEM-FCT)对其进行仿真计算,得到负针-正板电极下电晕放电过程中的电子数密度分布以及空间电荷对电场的畸变作用。在此基础上,提出一种SF_6气体电晕起始电压的数值计算方法,对放电过程进行循环迭代求解,计算SF_6气体在不同气体压强、电极间距下的电晕起始电压。通过脉冲电流法开展SF_6电晕放电特性研究,测量负针-正板电极下电晕起始电压,对计算结果进行验证。研究表明:随着电子崩不断向前发展,其头部的电子数密度迅速增长,当气压为0.1 MPa、5 mm绝缘间隙放电4 ns时的电子数密度峰值达到4.85×1015 m–3;放电过程产生的空间电荷将导致外电场畸变,气压为0.1 MPa、5 mm间隙放电4.4 ns时电场强度最大值为30.7 kV/mm;SF_6电晕起始电压随气体压强升高基本呈线性增长、随间距增大而增长缓慢;针板间距5 mm时,计算值由0.1 MPa时19 kV上升到0.6 MPa时的71.4 kV,实验测量值略低于仿真计算值。

大气压甲烷针-板放电等离子体中粒子密度和反应路径的数值模拟

甲烷针-板放电与重油加氢耦合形成甲烷转化重油加氢,可实现重油高效加氢并增产高附加值低碳烯烃,有实践应用前景和科学研究意义.建立二维流体模型,对大气压甲烷针-板放电等离子体进行数值模拟,得到电场强度、电子温度和粒子密度的空间与轴向分布,总结反应产额并提炼生成各种带电和中性粒子的关键路径.模拟结果表明,CH_3^+和CH_4^+密度与电场强度和电子温度的轴向演化接近且密切相关;CH_5^+和C_2H_5^+密度沿轴向先增大后减小;CH_3与H密度的空间和轴向分布几乎相同;CH_2,C_2H_4与C_2H_5的粒子密度分布在靠近阴极的区域内明显不同而在正柱区内较为相像;电子与CH_4发生电子碰撞电离生成的CH_3^+和CH_4^+,CH_3^+和CH_4^+分别与CH_4发生分子碰撞解离生成C_2H_5^+和CH_5^+;电子与CH_4间的电子碰撞分解是生成CH_3,CH_2,CH和H的主导反应;CH_2与CH_4和电子与C_2H_4发生的反应分别是生成C_2H_4和C_2H_2的关键路径;电子与CH_4间的电子碰撞分解反应和CH_2与CH_4发生的反应的产额各占H_2总产额的52.15%和47.85%.

针-板电极局部放电光测法信号一次积分值与放电量的关系

为解决电气设备局部放电(PD)光测法定量检测的问题,在深入分析PD光测法信号一次积分值物理意义的基础上,推导出信号一次积分值与视在放电量成线性关系。实验结果表明:针-板电极空气间隙在不同极性、不同距离下的PD光测法信号一次积分值与视在放电量均成线性关系,斜率大小是正针负板大于负针正板,且针-板电极间隙距离越大斜率越大。另外,随着施加电压升高,PD脉冲重复率增大,信号一次积分值和视在放电量分布区间均变宽,且分布区间的最大值和最小值均变大。因此,可以用光测法信号获取PD视在放电量,但需对不同极性和不同间隙距离进行一定的校正。

针-板缺陷开关柜局部放电与空气分解组分的关联特性

空气开关柜在配电网中扮演着重要的作用,针对开关柜的局部放电监测,提出通过检测空气放电分解组分的方法进行非电法局部放电(PD)监测。在研制的空气局部放电试验平台上,放入针-板缺陷模型产生PD使空气发生分解产生特征气体,通过调节施加在针-板缺陷模型上的电压控制PD强度,利用烟气分析仪分析气体组分及其体积分数的同时,采用脉冲电流法检测放电量,探索气体分解组分、体积分数、产气速率与放电量的关联特性。实验数据结果表明:针-板缺陷模型产生的PD放电可使空气发生分解,生成CO、NO_2等特征气体,其气体的体积分数随着放电时间延长不断增加,放电前期气体体积分数随着放电量呈现线性增长趋势,随着参与反应的物质不断减少,放电后期呈现饱和现象,且NO_2的饱和程度低于CO。CO和NO_2的产气速率由于气体浓度的饱和也呈现与放电量的线性饱和关系。

气相脉冲放电针-板反应器降解水中有机物

为了解决液相放电电极腐蚀,引起放电状态不稳定的难题,本文采用高压放电针状电极位于液面上方的气相中,低压接地电极位于液相中的针-板电极脉冲放电反应器,对溶液中难降解有机物进行降解.主要研究通入气体种类及气量、苯酚浓度、输入能量等因素对苯酚降解率的影响,目的是了解影响气相脉冲放电对水中有机物降解的影响条件,为脉冲放电水处理技术应用提供参考.

低压高温条件下纳秒脉冲针-板放电初步实验研究

为了研究高超声速飞行器进气道内气体的放电特性,建立了低压高温环境下针-板放电实验系统,采用纳秒脉冲电源,开展了气压范围500~1 500 Pa、温度范围50~400℃条件下的直接驱动式放电实验。研究表明:当温度为50℃、气压为500 Pa时,针-板之间均存在形态为从针尖向板面扩散的柱状放电通道,而且随着气压的升高柱状通道逐渐向中心处收缩;在温度较低的情况下,峰值电压主要受气压的影响,并随着气压的升高而升高,在50℃、1 500 Pa时峰值电压达到了1 810 V;在温度较高时,若气压较低,温度的升高对峰值电压影响较小,而气压较高时,峰值电压的变化受温度影响较大,并随着温度的升高而降低,在1 500 Pa、400℃时峰值电压降为1 250 V。实验结果对后续研究超声速气流中纳秒脉冲放电特性与机理提供参考。

针-板放电等离子体反应器结构参数对甲基橙脱色反应速率常数的影响

采用针-板放电等离子体反应器处理模拟甲基橙(MO)废水,研究了反应器结构参数对MO脱色反应速率常数的影响。实验得出最佳反应器结构参数:阳极为5根不锈钢针并联,针间距为17 mm,针电极长度为2 mm,电极间距为10 mm,O2流量为0.18 m3/h,阴极丝网目数为20目,在阳极上部设置5层间距为15 mm的不锈钢丝介质阻挡网。反应器在最佳结构参数下可使初始质量浓度为60 mg/L的MO模拟废水迅速脱色,处理12 min时脱色率已达97%;处理30 min时COD去除率达到41%。

针-板电极空气隙直流放电光信息采集

为研究气体击穿的放电机理,采集直流电压下针-板电极空气隙流注放电击穿瞬间的光信号,实验设计了气体放电光学采集装置.利用光纤,光谱仪和ICCD组成光信号检测系统,其中ICCD单独使用可以捕捉光现象,配合光谱仪可采集光谱.实验中采用具有高速触发脉冲的外部触发方式操作控制器,进行图像及光谱的采集,并对采集到的结果进行分析和讨论.

针-板电极电晕辐射仿真研究

电晕放电是静电放电的一种特殊形式.在分析电晕放电特性的基础上,对针-板电极系统高压电晕辐射场方向特性进行了仿真研究.通过实验与仿真得出:针-板电极系统高压电晕辐射场频谱范围大约为10～200MHz,能量主要集中在80 MHz以下.80 MHz以下辐射场方向图与偶极子天线的辐射方向图相似,低于100 MHz的辐射主要在针电极一侧,而高于100 MHz以上的辐射场方向图极为复杂,其主要辐射在板电极的后方.电晕放电辐射场的空间分布与放电电压、电极的形状以及电晕的发展过程等因素有关,对于电晕放电的不同发展阶段,其辐射场的频域范围也不同.

针-板系统电晕辐射场仿真实验

利用基于矩量法的电磁场仿真软件FEKO 5.1对针-板电极系统高压电晕辐射场的方向特征进行了计算机仿真,得出了不同形式的电晕放电的频谱范围.

针-板电极下液体电介质放电通道分枝现象

基于经典流注放电机理与分形理论,建立描述液体介质放电通道分枝现象的数学模型,依据此模型对针-板电极下变压器油液体介质放电过程进行数值模拟分析。构建液体介质放电实验系统,采用PI公司生产的PI-MAX型ICCD获取变压器油(45#)中放电通道空间形态演化特征信息。研究结果证实了液体介质放电通道具有一定的分形规律并伴有若干分枝状高导电轨迹演化过程,放电通道的分枝形态、通道内电荷量及发展速度受制于外施电压的幅值,且表现出不同的分形特征(维数)。

基于针-板模型低压电气线路接触不良的试验研究

为解决低压电气线路因出现接触不良而发生放电,及其放电源位置的确定和放电特征识别等问题,制作了针-板模型来模拟导体间接触不良。通过改变针-板模型位于线路中的位置,利用数字示波器采集模型处于线路不同位置时零线上的电压波形。试验表明:模型处于线路不同位置发生放电现象,其对应的零线电压波形具有不同的放电特征且具有一定的规律性。

针-板空气间隙流注放电起始过程的三维PIC/MCC仿真研究

流注放电作为自然界中闪电传播的预电离机制、高压输变线路间长空间间隙放电的重要初始阶段,在工业领域存在诸多潜在应用,近年来引起人们越来越多的关注.流注放电具有典型的多尺度、非线性的放电特征,实验观测中多呈现出分叉等不规则结构.为了研究其微观结构特性和行为特征,本文采用三维粒子仿真模型(PIC/MCC),着重研究了流注从针型正电极的起始和发展过程.模型采用了可变自适应网格、可变粒子权重以及并行计算等技术,有效地降低了三维粒子仿真的计算时间.通过调节针型电极上的施加电压幅值、改变气体组分及调整电极形状尺寸等,研究了放电参数变化对流注放电的分叉结构、半径等行为的影响.模拟结果表明:随着电压的升高,流注的半径及分叉数目增加;对比不同气体组分(纯氧以及不同比例氮氧混合气体),发现其对流注的分叉数目影响较为显著;针型电极结构直接影响了流注的起始时间和形貌.

高速沙尘环境对针-板电极击穿电压的影响

为了探明沙尘环境下高速列车车顶绝缘部件闪络机理,依托自建的风洞试验系统进行了沙尘环境下针-板电极间隙击穿试验,通过分析沙尘浓度、风沙速度、间隙距离、沙粒粒径等因素对间隙击穿电压的影响,揭示了高速沙尘环境对间隙放电影响的基本规律。结果表明:间隙击穿电压随沙尘浓度的增加而下降,随间隙距离的增加而增加;有风有沙和有风无沙条件下击穿电压均随着风速的增加呈先上升后下降的趋势,且有风有沙下的击穿电压比有风无沙下的低;随着沙粒粒径的增加,击穿电压先下降后上升,存在极小值。以上研究为沙尘环境中高速列车车顶高压绝缘提供理论基础。

针-板电极结构下三元混合绝缘油纸复合体系沿面放电特性研究

基于一种具有优良理化、电气性能的新型三元混合绝缘油,以矿物绝缘油纸复合体系为参比,在针-板电极结构下分析了三元混合绝缘油纸复合体系的沿面放电特性,并对两种绝缘油纸复合体系在针-板电极结构下的电场分布进行仿真;基于密度泛函理论,对天然酯分子和矿物绝缘油分子能带结构开展对比研究。结果表明:与矿物绝缘油纸复合体系相比,在沿面放电故障下,三元混合绝缘油纸复合体系具有更小的局部放电起始电压、闪络电压以及更大的最大放电量、放电脉冲数。两种绝缘油纸复合体系在针-板电极下的电场分布差异较小。三元混合绝缘油中棕榈油分子和大豆油分子的能隙均小于矿物油分子,因此在强电场作用下混合油分子更容易发生电离。