交流和直流电场作用下的乳化液电脱水特性

电场类型及电场强度对原油电脱水效率及脱水电场的稳定性有显著影响。为研究不同初始含水率原油乳化液在电脱水时宜采用的脱水电场类型及电场强度,在实验室试验研究了原油乳化液在交流电场和直流电场作用下的电脱水效果;并从理论上分析了交流电场和直流电场作用下的原油乳化液电脱水机理,建立了交流电场和直流电场作用下的水滴运动模型,得到了水滴电分散电场强度和水滴电泳速度的表达式。结果表明:乳化液电脱水存在最佳临界电场强度,当电场强度超过临界电场强度时将引起水滴电分散,导致脱水率下降;交流电场对高含水率乳化液的脱水速度高于直流电场下的脱水速度,且脱水电场稳定;直流电场对低含水率乳化液有深度净化作用,可提高乳化液的脱水率;所建立的电脱水理论模型较好地解释了不同电压下的电脱水试验现象,并为确定最佳脱水电场强度和选择不同含水率乳化液的脱水电场类型提供了理论依据。     

非均匀电场下原油乳化液脱水特性

为了提高陆上及海上原油平台的脱水效率,利用同轴圆柱电极结构开展了乳化液在非均匀电场下的脱水特性研究;通过分析水滴在非均匀电场中的极化特性,建立了水滴极化及受力模型,分别对水滴运动、聚结和破裂的动力学特性进行了分析。研究结果表明:随着非均匀系数的升高,乳化液脱水速度增大;在一定范围内提高电场非均匀系数有利于乳化液最终含水率的降低,但电场非均匀系数过高容易造成电分散。在非均匀电场中,水滴受到的介电泳力和水滴之间的偶极聚结力与电场场强、水滴半径、电场的非均匀系数成正比,与水滴距电极中心的距离和水滴之间的距离成反比。水滴电分散场强与水滴电荷面密度、水滴粒径、表面张力有关,当水滴发生荷电后,其电分散场强减小。所建立的非均匀电场脱水模型较好地解释了电脱水试验现象,可为高效电脱水器的设计提供依据。     

电场强度对原油乳化液破乳脱水的影响

为选择合适的脱水电场以提高对原油乳化液的脱水效率,试验研究了不同电场强度下乳化液的脱水效率。通过水滴极化模型的建立,推导出水滴在电场中的极化电荷量及水滴间的聚结力,并得到水滴破裂的临界电场强度表达式,以此在理论上确定了最佳脱水电场强度。研究结果表明:水滴聚结的偶极力与外施电场强度、水滴半径和水滴间距有关,不同半径和间距的水滴存在不同的临界脱水电场强度;当外施电场强度小于临界电场强度时,随着外施电场强度的增加,脱水率呈上升趋势,但当外施电场强度超过水滴破裂临界电场强度时,脱水率随电场强度的增加而下降。得到的临界脱水电场强度表达式与试验结果的一致性较好,可作为确定最佳脱水电场强度的理论依据。     

用于FAIMS的高场非对称波形电源的研制

针对以前研究中高场非对称波形电源不足的问题,提出了一种用于FAIMS系统的高场高频非对称波形电源的设计。该电路由方波产生电路、高通滤波器和直流叠加电路3部分组成。方波产生电路采用半桥结构,通过2个MOSFET管的串联,实现了高压方波的输出。利用高通滤波器去除了高频方波中的直流分量,使正方波变成正负面积相等的非对称方波,并进行了理论分析。直流叠加电路通过电阻和电感串联将低压直流信号叠加到高频高压的非对称方波上,同时有效阻隔了高频高压非对称方波对低压直流电源可能造成的损害。还给出了电路的结构,并进行了实验研究。实验结果表明,该电路可以很好地实现非对称方波的自动产生和补偿电压叠加功能,且结构简单。该电路能够输出的最大峰峰值电压为2000V,方波频率为200kHz。     

交直流叠加电场下油纸绝缘的油流带电特性

为研究叠加电场作用下油纸绝缘的油流带电特性,在实验室搭建了同轴圆柱电极结构的油纸绝缘模型,利用密闭油循环系统开展了叠加电场下油流带电的试验研究,并探讨了外施电压幅值、直流分量比例和油流速度对油流带电的影响。试验结果表明,流速和外施电压幅值对冲流电流的影响与温度有关。在低温下冲流电流随流速和外施电压幅值线性增加,提高直流分量比例会促进冲流电流;在高温下冲流电流随流速指数增加,随外施电压幅值提高出现峰值,峰值电压随直流分量比例提高而下降。理论分析表明:较低温度下油中冲流电流大小取决于纸中负离子的迁移和扩散速度;而在较高温度下该冲流电流取决于油流剥离正离子的速度和外电极处电荷泄放的速率;温度通过影响绝缘中离子迁移速度和电场分布而影响油流带电特性。     

±500kV直流拉线杆塔空气间隙放电特性的研究

本文介绍了±500 kV葛洲坝—上海(南桥)直流输电线路拉线杆塔空气间隙叠加试验(即直流叠加操作冲击和直流叠加雷电冲击)的研究结果。     

用于直流陡脉冲复合电场净化脏污变压器油的可循环反应器研制

为开展直流陡脉冲复合电场净化脏污变压器油的实验研究,研制了1套可循环运行的电场反应器。首先建立了油中杂质颗粒在直流及脉冲电场作用下的受力模型,得出适合净油的电场类型;然后采用Ansoft Maxwell仿真软件对板-板电场反应器、线-筒电场反应器进行电场分布的优化仿真;最后,综合考虑电气、机械等因素,对反应器的循环方式、板间距离、使用材料等进行设计和制作,并进行性能测试。模型计算显示,具有较大电场强度和电场梯度的直流陡脉冲复合电场适用于净化脏污变压器油;仿真结果显示,含有集尘体的板-板电场反应器更适于变压器油净化;测试结果显示,反应器的各项性能均满足设计要求,其中绝缘性能可以承受20 kV直流叠加10 kV脉冲,完全可以用于后续脏污变压器油的净化实验研究。     

脉冲镀镍

采用直流、方波脉冲和叠加脉冲三种不同方式,比较它们自瓦特镀镍液和光亮镀镍液中电沉积时的沉积效率和光亮镍层的光亮性。结果表明:脉冲电镀的沉积效率较直流电镀的高,且叠加脉冲电镀效果更为显著;在添加剂含量相同的光亮镀镍液中,采用脉冲电镀所得的光亮性好。结果还表明,脉冲电镀时的脉冲参数选择适当,可减少添加剂或光亮剂的用量而不影响镀层的光亮性。     

高压静电聚结破乳技术

为提高原油的电脱水效率,控制乳状液破乳程度,根据电破乳机理推导出液滴在交流电场中碰撞聚结及变形破裂的规律并分析了影响液滴运动特性的因素。研究中用设计的紧凑型静电聚结管道,对油包水乳化物施加50 Hz高压交流电,通过调节聚结管道电极板间所加电压及极板间乳化物流量qV观察液滴大小的变化规律,并计算乳化物通过聚结器前后的时间对液滴颗粒粒径的影响。结果表明,场强升高可增大液滴直径提高液滴聚结效果;但增大到一定程度时会发生电分散影响脱水效果,故应控制场强在一定范围内使得液滴聚结以提高脱水效率;同时液滴在电场中的停留时间也对聚结效果有明显的影响。     

快速陡脉冲重复电场下高频变压器绝缘介质损耗与冲击能量积聚特性

电力电子变压器中高频变压器须承受高频非正弦与高温的复杂应力。随着SiC等大功率半导体器件的使用，高频变压器中非正弦方波电压上升与下降沿出现陡脉冲应力，其dv/dt大于10 kV/μs，给高频变压器绝缘可靠性带来巨大挑战。高dv/dt包含大量高频谐波，从而导致绝缘介质损耗明显增加；高频、高dv/dt下绝缘遭受累积性冲击电应力，导致局部电场畸变，引发绝缘局部放电与损伤。该文围绕dv/dt对高频变压器绝缘介质损耗与冲击能量积聚的影响展开研究。采用阶跃响应函数模拟高dv/dt脉冲电压，结合绝缘介质损耗分解与计算，提出了dv/dt与方波电压叠加下绝缘介质损耗的计算方法。结果表明，绝缘介质损耗随dv/dt的增大而增加，绝缘热效应明显增加。根据绝缘在方波交变电场下能量储存和释放特性，分析了高dv/dt下绝缘能量积聚密度pd。采用有限元仿真分析10 kW、10 kHz、1 000 V/750 V高频变压器绝缘电场、位移电流与冲击能量密度。结果发现，pd随着dv/dt增加而增大。结合介质损耗计算，研究指出在方波电压高dv/dt处（电压极性反转时），绝缘遭受累积电-热冲击应力，造成绝缘损伤。研究结果为大容...     

320kV XLPE高压直流电缆终端电场分析

基于有限元分析方法,以COMSOL Multiphysics为求解工具,建立了320 k V XLPE高压直流电缆终端模型。分析了不同载流量作用时,直流电压和直流叠加冲击电压作用下电缆终端内部的电场分布,并对直流叠加冲击电压作用下XLPE绝缘屏蔽层的搭接长度对界面电场的影响进行了分析。结果表明:直流电压作用下,XLPE/SR界面的切向场强随载流量增大而增大,而且最大场强的位置由应力锥端部转移至应力锥根部;直流叠加冲击电压作用下,界面切向场强在绝缘屏蔽层搭接位置出现畸变,最大场强值位于屏蔽层顶部;同时随着搭接长度的增大,界面切向场强逐渐减小,为防止电缆终端内部出现空气击穿现象,建议屏蔽层的搭接长度至少为25 mm。     

直流叠加冲击电压下HVDC电缆暂态电场分布特性研究

运行中的HVDC电缆除了承受正常工作电压作用外,同时可能承受雷电和操作冲击电压的作用,因此在进行电缆绝缘结构设计时既要考虑稳态直流电场分布又要考虑冲击电压下暂态电场分布。由于HVDC电缆绝缘的电导率是电场及温度的函数,使得HVDC电缆在遭受雷电、操作冲击电压冲击时暂态电场分布更为复杂。为此,该文采用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics仿真研究了温度梯度、施压方式以及绝缘材料非线性电导属性对直流叠加冲击电压下电缆绝缘中暂态电场的影响规律。研究结果表明:直流叠加冲击电压时,暂态最大场强始终出现在电缆绝缘内屏蔽表面;当电缆结构、绝缘材料非线性属性和外加冲击电压幅值确定时,随绝缘内温度梯度的提高,直流叠加同极性冲击电压时暂态最大场强减小,而叠加反极性冲击电压时暂态最大场强却逐渐增大;降低材料电导活化能和提高电场依赖系数可有效改善暂态电场分布,降低暂态最大电场波的幅值并缩短波头和波尾时间。     

PWP法柔性直流电缆空间电荷特性研究

为探究柔性直流电缆的空间电荷特性,采用压力波(PWP)法模型电缆空间电荷测试系统,研究了30 k V柔性直流电缆在电场为-10、-15和-20 k V/mm,导体温度为30、50和70℃,以及在电场13.9 k V/mm下热循环过程中的空间电荷分布。结果表明:在试验外加电场下,当电缆导体温度为30℃时,电缆绝缘层中几乎没有空间电荷积聚;当导体温度升高到50℃和70℃时,绝缘层两侧出现异极性空间电荷积聚,空间电荷密度随着导体温度和电场的升高而增大,且绝缘层外侧的空间电荷积累量大于绝缘层内侧;在电场为13.9 k V/mm的热循环过程中,柔直电缆绝缘层在加热阶段积聚的空间电荷在降温阶段不易消散。     

直流叠加冲击电压下GIS放电特性研究综述

GIS在开关分闸后母线上会存在幅值较高的残余直流电压,由于GIS中电荷泄漏较慢,残余直流电压可持续作用较长时间。当再一次合GIS母线时,母线上可能会出现冲击过电压,冲击过电压会与母线残余直流电压叠加,使GIS处于直流叠加冲击电压的作用下。近年来国内多起GIS击穿事故发生于开关合闸瞬间,因此有必要对直流叠加冲击电压下GIS的放电特性进行研究。首先介绍了直流叠加冲击电压下稍不均匀电场和极不均匀电场中SF6气体间隙的放电特性和放电机理,以及直流叠加冲击电压下自由金属微粒引起的气体间隙放电特性;然后总结了直流叠加冲击电压下绝缘子沿面的闪络特性和金属微粒对直流叠加冲击电压下绝缘子闪络特性的影响,并分析了表面电荷对绝缘子沿面闪络过程影响机理的研究现状;最后,总结了目前研究中存在的问题及未来的研究方向。通过对目前国内、外直流叠加冲击电压下GIS放电特性的研究,以期对工程建设和学术研究起到参考作用。     

直流叠加冲击电压时GIS母线闪络特性北大核心CSCD

GIS母线残余电压和合闸的操作冲击电压共同作用可能会造成GIS母线发生闪络,开展GIS母线有直流电压情况下叠加冲击电压试验,是研究提高GIS母线绝缘水平的必要方法。文中通过搭建直流叠加冲击电压试验回路,研制1100 kV串联550 kV GIS母线试验平台,开展直流叠加雷电或操作冲击电压试验,结果表明:单独±2400 kV雷电冲击电压或单独±1800 kV操作冲击电压作用时,母线均未发生闪络;负极性直流叠加负极性冲击电压作用时,550 kV GIS母线段多次发生闪络,负—负极性叠加比单独冲击电压作用时闪络电压更低,负—负极性叠加的闪络电压比其他极性组合叠加的闪络电压更低,其中-450 kV直流叠加-2400 kV雷电冲击电压时,与单独-2400 kV雷电冲击电压作用时比较,叠加的雷电冲击闪络电压幅值大约下降28.5%。     

温度对直流电压下油纸绝缘空间电荷特性的影响

油纸绝缘是直流输电设备的主要绝缘材料,其空间电荷特性变化会引起局部电场发生畸变,从而影响材料的介电强度,降低直流输电设备的运行可靠性和稳定性.使用电声脉冲法( PEA)测量装置,分析油纸绝缘中空间电荷的注入、迁移、消散规律,搭建试验平台,通过升压试验获得试品空间电荷注入的参考电压,然后对试品加3 kV的直流电压,分别在15℃、30℃、50℃温度下对油纸介质的空间电荷的特性进行分析.试验结果证明:在不同条件下发生空间电荷的注入,温度会对去压时空间电荷的消散产生很大的影响;温度会影响油纸绝缘介质内电场的大小和分布,使空间电荷严重畸变电场,引起绝缘的进一步破坏.     

表面水滴对特高压直流输电线路电晕特性的影响

雨、雾天气情况下导线表面形成的水滴会导致导线周围电场分布发生严重畸变,从而改变导线的电晕特性。我国第1条特高压直流输电工程——云广线处于多雨地区,导线电晕特性需考虑水滴因素的影响。为研究导线表面水滴对特高压输电线路电晕特性的影响程度,划分了导线表面水滴的等级,建立了导线电晕特性测试系统,测量了不同水滴等级下,电晕笼中导线的起晕电压、可听噪声水平等特征量,获得了导线表面水滴对导线电晕特性的影响规律,并据此对我国特高压直流输电线路的工程设计提出了建议。研究结果表明:导线的起晕电压随导线表面水滴等级的提高迅速下降,最低可降到原来的一半左右;起晕后,导线发生剧烈的舞动,导线表面的水滴在电场的作用下会被"蒸发"或甩掉;水滴会使导线起晕时的可听噪声值降低;在相同的电压作用下,导线的可听噪声水平随导线表面水滴等级的增加而提高。     

±500kV直流带电作业安全距离的试验研究

介绍了超高压直流带电作业的安全距离试验研究情况与结果。直流带电作业间隙的电气特性与交流情况不同，试验电压采用直流叠加操作冲击的复合电压；因此，在试验回路中需有保护元件。通过试验确定，在±５００ｋＶ直流线路上进行带电作业时，最小安全距离应为２．９ｍ。这一研究结果已应用于我国第一条±５００ｋＶ葛—上直流输电线的带电作业，并为增订部颁带电作业安全规程有关部分提供了科学依据。对今后继续兴建超高压直流输电线路的设计与投运后的维修，也具有参考价值。     

高压变频交流脉冲原油脱水电源及其静电聚结特性

由于高压高频电力电子技术等方面因素的限制,采用传统变压器升压方式的大功率原油脱水电源仅能产生近似于方波交流的交流脉冲。为此,基于二次逆变式结构主回路、宽频升压变压器和全数字PWM控制电路,研制成功新型高压变频交流脉冲原油脱水电源。该电源交流脉冲输出电压可调节范围为100V～20kV,频率的可调节范围为200Hz～20k...     

聚乙烯薄膜表面电荷积累与消散特性的实验研究

当高压直流输电线路下有农用大棚时,线路电晕放电产生的空间电荷会在大棚薄膜上积累,使地面电场发生畸变。为了对该情况下的离子流电场进行建模计算,需要研究薄膜表面电荷的动态特性。文中设计了实验平台,利用针-板电极电晕放电对聚乙烯薄膜表面注入电荷,基于薄膜下方的感应电位测量值,对表面电荷分布进行反演计算,从而对聚乙烯薄膜表面电荷积累与消散进行实验研究,研究了针电极电压极性、大小和作用时间对表面电荷积聚的影响,并对比了不同电压充电后表面电荷的消散特性。结果显示:在相同的温湿度及充电电压下,负电荷在聚乙烯薄膜上积累量多于正电荷,且消散速度更快;随着充电电压升高,薄膜表面积累电荷总量增加,消散速度加快;表面电荷的消散途径主要是与空气中和消散。研究结果可为高压直流输电线路下存在大棚时的离子流电场的建模和计算提供参考。