电极参数对尖-板电极空气放电离子风特性的影响

空气放电离子风技术是一门新颖的技术,在实际应用方面具有现有技术手段不可比拟的优势。文章采用PIV(Particle Image Velocimetry)粒子测速技术,获得了清晰准确的离子风速度场图像。研究结果显示:减小尖电极曲率半径,可以在同样的电压等级条件下有效地提高离子风速度;接地电极采用金属网,可以克服板状电极对于离子风发展的部分束缚作用,在较低电压下能得到较高的风速,且可获得较为广阔、流场较为均匀的离子风作用区域。     

芒刺线–板式电除尘器内离子风特性研究

利用3D粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)技术测定不同放电电压、不同板间距下芒刺线-板电除尘器内部离子风的特性。实验结果表明:电除尘器通道内离子风最大速度出现在距离芒刺尖端25±3mm处,且加速区内离子风速度V与距离芒刺尖端的长度L、放电电压U符合一非线性方程。对近壁区离子风速度进行分析,发现离子风的X向分速度关于芒刺线对称,最大值出现位置与Y向分速度一致,均出现在正对芒刺尖端的极板处;Z向分速度占比最大,是决定近壁区离子风速度大小的重要因素。     

两种实际板型下电除尘器中的电流体动力学流动

为分析电除尘器(ESP)通道中的耦合流动对于荷电粒子捕集的影响,考虑空间电荷密度的作用,模拟了波形板和C型板通道中电风诱导的二次流与主流的耦合效应。基于FLUENT的用户自定义(UDF),采用有限体积法计算电流场并与FLUENT流场耦合,数值模拟了2种实际板型廓线下线-板式电除尘器中的电流体动力学(EHD)流动。模拟结果表明:这2种通道中的电气特性和电流体动力学流动特征有明显差别;波形板通道收尘极表面附近区域的电场强度及分布均优于C型板,即前者近板电场强度相对高且分布更均匀;C型板通道中电风引起的二次流动则强于波形板;当主流速度增大时,波形板通道中的电风效应将逐渐消失,而在C型板中的电风将会加强主流速度,收尘极板附近的涡流区沿流动方向将逐渐变弱。最终得出波形板相对C型板能更有效地抑制粒子返混。     

基于直流电晕放电和催化剂反电晕的等离子体发生法

为实现等离子体和催化材料的紧密结合,构建了电晕放电极、辅助电极、催化材料和接地极组成的反电晕放电体系。采用伏安特性、图像分析、发射光谱和粒子成像测速技术研究反电晕放电过程和等离子体特性。结果表明:基于直流电晕放电,在颗粒层或蜂窝表面和孔道中发生二次放电,产生了反电晕等离子体;发生反电晕时,电流显著增大,在相同电压条件下,反电晕电流是典型的电晕放电电流的2倍以上;反电晕放电区域主要是N2的第二正系激发态物质,波长为337.13 nm和357.69 nm的发射光谱强度较大;反电晕改变了放电区域的流场,产生的离子风速度超过1.0 m/s;辅助网电极限制了蜂窝表面和孔道的流光向火花放电发展,实现稳定的反电晕放电。     

棒-板电极直流负电晕放电过程中重粒子特性的仿真研究

为研究电晕放电过程中的重粒子特性,基于流体动力学模型提出了一种改进的电晕放电混合模型,该模型包含空气放电过程中最主要的6类等离子体化学反应,以及光电离作用和二次电子发射过程。基于上述模型,对棒-板电极在6 kV电压下的负电晕放电过程进行仿真,得到负电晕放电的脉冲波形;并分析了电场强度、净空间电荷密度在单次脉冲过程中随着时间和空间的变化规律,重点讨论了重粒子的组成成分及其分布特性。结果表明,在所有粒子反应中,电子和N2分子发生碰撞电离的反应速率最大,但产生的N2+密度却远小于O4+和O2+。O2-离子是负离子中数量最多的粒子,对电晕放电过程起到抑制作用。O是除N2和O2外含量最高的中性粒子;由于中性粒子在电晕放电过程中的含量较小,因此起到的作用相对较小。     

电晕放电电流体状态实验研究与数值模拟

为了分析电晕放电过程中电流体的形成过程及放电空间的流体分布状态,采用实验分析和数值模拟相结合的方法进行了实验研究。先在分析线板电晕放电伏安特性及极板处离子风分布变化的基础上确立了离子风速v与放电电压U之间的关系为v=(0.126-0.0217U+9.418×10-4U2)×23.3,然后建立线板放电二维模型并在流场分析平台Fluent软件上利用动力风代替离子风的方法,根据放电电压与离子风速之间的关系,模拟不同电压下放电通道内的电流体的状态。模拟显示的不同电压下离子风在极板处的衰减结果与相同条件下该处的实验值具有很好的符合度,从而证明简化的数值模拟方法及确立的电压和离子风速关系的正确性。采取的实验方法及数值模拟方法不仅简化了复杂的电流体流场问题,其结论也为除尘器的设计提供了必要的理论支持。     

基于背景纹影技术的长空气间隙放电通道温度场测量

长空气间隙放电发展过程中伴随有介质热电离现象,准确获取温度场有助于深度分析间隙放电特性,背景纹影技术突破了传统纹影技术中透镜组镜面尺寸的限制,可获得大尺寸放电通道的温度分布特性。文中搭建了背景纹影测量系统,采集了放电发展过程中的背景斑点图集,利用PIV粒子图像测速技术分析得到了穿过放电通道的光线偏移量;基于Abel逆变换计算得到了光线偏移量对应的折射率,再根据热力学方程和理想气体状态方程定量重构出密度场和温度场,并以酒精灯火焰为参照物进行了温度校验,分析结果与热电偶实测结果基本一致。以1m棒–板空气间隙为研究对象,通过搭建的背景纹影实体测量系统观测间隙正极性放电发展过程,分析了放电通道温度的时空变化规律,结果表明间隙中部横截面温度分布在1 200 K左右,温度场呈轴对称分布且离通道中心越近温度梯度越大,整个通道温度自棒极而下逐渐降低。     

新型双极电晕放电器的放电特性

为了得到放电参数更好的电晕放电器,解决传统电晕放电器在施加单极性高压电源时只在高压电极上放电,而接地极上并不放电的情况,采用了一种新型针—针式结构的双极电晕放电器,在施加单极性高压电源时,放电器内能同时在高压电极和接地电极产生正、负两种不同极性的电晕放电。实验研究直流高压与脉冲高压下新型双极电晕放电器的伏安特性、放电现象和离子风时,在平均场强约3.4kV/cm条件下采用粒子图像测速仪(PIV)测得电场内正、负离子风的核心区风速约2m/s。与针—板式电晕放电器相比,新型双极电晕放电器的工作电压降低,而输出功率和电流密度明显提高。     

直流输电导线负极性电晕放电离子风流动特性研究

为厘清输电线路电晕放电与导线振动特性间的关系,该文对有来流时直流输电导线负极性电晕放电离子风的流动特性进行了研究。利用电–流体力学方法,建立与Navier-Stokes方程耦合的二维单极离子漂移模型,研究导线电晕放电时电压和导线直径对电流体力、离子风流场分布和流速大小的影响。研究结果表明,域内的最大速度出现在距离导线边缘1mm处,离子风会抑制模拟域中的最大速度,而对尾流区域的来流速度有明显激励作用;在电晕放电发生后,电压等级的增大对导线周围速度大小影响较小,但会使导线表面的电流体力增大;导线直径对离子风影响显著,导线直径的改变将诱导组合速度分布发生改变,并使电流体力增大,最大组合风速也相应提高。研究结果将为高压输电导线电晕振动特性研究提供理论指导。     

脉冲电应力下空气-聚酰亚胺绝缘沿面放电过程数值模拟

沿面放电是导致高频电力变压器气-固绝缘系统失效的主要原因之一。为研究空气-聚酰亚胺界面放电发展过程,该文基于流体动力学理论,通过对粒子输运方程、泊松方程和等离子化学反应的耦合表征,并充分考虑带电粒子在绝缘介质表面的反应过程和累积条件,建立了负极性脉冲电应力下空气-聚酰亚胺沿面放电等离子体模型。模型采用简化反应集定义空气放电涉及的粒子反应,模型复杂程度大幅降低。为避免求解过程中粒子密度出现负值,采用对数形式有限元法求解所建模型,实现了针-棒电极结构下1cm间隙沿面放电发展过程的动态模拟,得到了放电过程中带电粒子密度、表面电荷密度及电场分布等参量的时空演化规律,并通过实验从放电发展形态和表面电荷累积两方面验证了模型可靠性。基于该仿真模型,进一步探究了沿面放电的影响因素,结果表明,沿面放电平均传播速度与温度正相关,与气压负相关;界面二次电子发射系数越大,放电发展越迅速,表面电荷积聚越严重。     

大容量直驱风电机组级联直流组网系统设计

传统交流组网风电场系统存在多次电能转换、成本高的问题。针对这个问题,设计了一种大容量直驱风电机组级联直流组网海上风电场系统,其直接将每台机组的直流输出级联形成高压直流进行传输,而无需额外的海上升压站平台。风电机组采用了永磁直驱风力发电机及其变流器,其中变流器包括了AC/DC单元和DC/DC单元,并设计了控制策略,即通过DC/DC单元的占空比调节来实现电流的持续输出和最大功率跟踪。陆基逆变电站采用晶闸管型逆变器,设计了工作模式和控制策略,其主要功能是实现高压直流链路的电压电流调节。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了容量为150 MW的风电场系统进行了仿真计算,计算结果验证了该系统具有较高的鲁棒性和对风速变化的适应性,同时每个机组都能独立的实现最大风能捕获。     

Investigating Pulsed Discharge Polarity Employing Solid-state Pulsed Power Electronics

The power electronics technique has become a key technology in solid-state pulsed power supplies. Since pulsed power applications have been matured and found their way into many industrial applications, moving toward energy efficiency is gaining much more interest. Therefore, finding an optimum operation condition plays an important role in maintaining the desired performance. Investigating the system parameters contributed to the generated pulses is an effective way in improving the system performance further ahead. One of these parameters is discharge polarity, which has received less attention. In this article, the effects of applied voltage polarity on plasma discharge have been investigated in different mediums at atmospheric pressure. The experiments have been conducted based on a high-voltage DC power supply and a high-voltage pulse generator for point-to-point and point-to-plane geometries. Furthermore, the influence of electric field distribution is analyzed using finite-element simulations for the employed geometries and mediums. The experimental and simulation results have verified the important role of the applied voltage polarity, employed geometry, and medium of the system on plasma generation.     

风速变化对空冷机组风机运行的影响

采用simple算法和k-ε模型,以某600 MW直接空冷机组空冷岛为例,对其外部流场进行数值模拟,分析了不同风速下冷却空气的流场和温度场,提出了增大迎风面风机转速的运行方案,得到了自然风速变化对凝汽器换热效率的影响,为进一步优化空冷岛风机运行提供了理论参考。     

考虑不同时间尺度的风电变流器功率模块可靠性评估模型

考虑到变风速运行下风电变流器功率模块的结温波动既受到风速的影响,同时也存在由换流引起的基频结温波动。为了综合衡量这两个时间尺度下结温波动对变流器可靠性的影响,提出考虑不同时间尺度下结温波动特点的可靠性评估模型。针对受风速影响较大的长时间尺度结温波动,根据FIDES可靠性评估导则,引入热应力因子和温度循环因子对不同风速均值、风速湍流强度运行状态下的可靠性影响进行评估。针对由换流引起的短时间尺度下的基频结温波动,采用多状态概率评估思想将风速大小进行概率划分,并基于功率模块失效机理评估不同风速对功率模块故障率的贡献。最后,以某风场变流器为例,对其可靠性进行评估,并分析设计参数对可靠性的影响。文中结论对于制定检修计划,提高功率模块设计可靠度提供了依据。     

FGD系统吸收塔高液位问题分析

在石灰石-石膏湿法脱硫系统中,吸收塔处于高液位运行是其常见问题之一,它对FGD系统的稳定运行不利。系统分析了吸收塔高液位的成因,介绍了吸收塔高液位对FGD系统的危害,提出了吸收塔高液位问题的处理措施。     

采用纳米改性纸板的换流变压器出线装置电场分布

针对换流变压器出线装置在直流及极性反转电压作用下电场分布不均的问题,探究了非线性纳米Si C对绝缘纸板进行改性的方法,制备了纳米改性绝缘纸板试样,并测量了改性纸板的介电特性;结合换流变压器出线装置的实际结构建立了电场分布的仿真模型,分析了纸板改性对出线装置电场分布的均化作用。试验结果表明:纳米改性绝缘纸板的相对介电常数随纳米Si C掺杂浓度的增加而增加,但增加的幅度不大,随电场强度的增加呈略微上升的趋势;其电导率随着纳米掺杂浓度的增加而增加,当掺杂浓度达到一定值时,电导率随场强增加表现出明显的非线性特征。仿真结果表明:在直流和极性反转电压下,纸板改性可降低绝缘纸板中的场强,提高变压器油中的场强,使油纸绝缘结构中的电场分布更趋于均匀。     

离子风对静电除尘器中颗粒物脱除的影响机制研究

静电除尘器中电晕放电产生的离子风是影响颗粒迁移和沉积的重要因素,通过建立多过程耦合的静电除尘器数值模型,研究了不同极配型式静电除尘器的电场分布特性及离子风对空间流场和颗粒物脱除的影响规律。结果表明,针刺电极电场强度和离子电荷密度的最高值均略高于芒刺电极,但是芒刺电极的静电场分布更加均匀。在外加电压为60k V时,针刺电极和芒刺电极的离子风最高流速分别可达7.91m/s和4.62m/s,离子风会促进荷电颗粒向收尘极板运动,同时也会形成近壁高速区造成堆积颗粒的不均匀分布并导致二次扬尘。由此,针对不同形式静电除尘器提出了合理调整放电电极结构方法,进行离子风调控以强化颗粒物脱除。     

6RA70调速器在风洞直流调速系统中的应用

根据风洞试验所需要的试验风速对风扇电机调速的要求,分析了直流电机的调速原理,提出了大型低速风洞风扇电机的调速方法。通过"以小触大"的方式充分利用6RA70调速器的功能特点对8m×6m风洞直流调速系统进行了改造,并详细介绍了6RA70调速器在系统中的具体应用。改造后的调速系统控制精度高、运行稳定可靠,应用效果良好。     

尾流效应下偏航对风电机组功率的影响

尾流效应严重降低风电机组的功率输出。目前解决尾流效应的主要方法是优化风场布局,这对于已建成的风电场而言是不现实的。相比之下,偏航控制可以使尾流发生偏移,降低尾流效应的影响、提升机组发电能力。文章采用两台激光雷达测风仪和SCADA系统,在某风场开展实验。以此为基础,文章分析了机组不同位置流场特性。根据尾流偏移的原理,分析了不同偏航角度下,两台机组总功率的变化情况。结果表明:对于实验的两台机组来说,偏航不超过45°时能有效提高两台机组的总体输出功率,最大增幅约17.6%。可见,上游风机偏航虽然降低了自身发电功率,但其尾迹偏移能有效提高下游风机的输出功率,可以在风电场应用。