磁场对电晕放电电场及细小粉尘荷电的影响

磁增强正负电晕放电用于细小气溶胶颗粒荷电,研究结果表明,磁增强正负电晕放电预荷电器对细小粉尘的荷电是有效的;磁增强正电晕放电预荷电器的荷电效率低于磁增强负电晕放电预荷电器。与传统的电晕放电相比,磁增强正负电晕放电中电晕区附近积累更多的正离子,使得空间电荷对极间电场的影响增强;在磁增强负电晕放电中,负离子的浓度再次被提升,更有益于细小粉尘荷电;在磁增强正电晕放电中,电晕区中的电场强度被削弱,而荷电区中的电场强度被增强。分析认为,磁增强正电晕预荷电器的效率比传统正预荷电器要高。     

变电站电晕放电现象浅析

电力系统中的高压及超高压输电线路导线上发生电晕,会引起电晕功率损失、无线电干扰、电视干扰以及噪声干扰。对于高电压电气设备,发生电晕放电会逐渐破坏设备绝缘性能。电晕放电的空间电荷在一定条件下又有提高间隙击穿强度的作用。当线路出现雷电或操作过电压时,因电晕损失而能削弱过电压幅值。本文主要对电晕放电现象的原理及其形成机制进行分析和说明,并对如何有效地防止电晕放电的产生提出了自己的见解。     

交直流特高压线路无线电干扰和可听噪声产生机理及本征特性研究2013年度报告

交、直流特高压输电线路导线电晕放电会产生较强的无线电干扰和可听噪声问题,这已成为交直流输电线路设计和运行中的决定因素之一。基于电磁场理论、气体放电理论、电声学理论,该研究电晕放电产生无线电干扰和可听噪声的机理,进而建立交、直流特高压输电线路电晕放电与无线电干扰和可听噪声的关联特性,最终获得交、直流特高压线路无线电干扰和可听噪声的特性及计算方法。目前已经取得了部分研究成果,初步完成了2013年度预期目标,主要成果包括:(1)基于单点放电、尖板放电、脉冲放电、导线放电等实验模型,初步获得了电晕电流的时域和频域统计特性,开展了电晕电流的传播模型研究,提出了电晕放电初始电流波形的确定方法和无线电干扰的时域建模方法;(2)基于电晕放电可听噪声的近距离测试方法及时域测试技术,获得了单点电晕放电产生的可听噪声的时域波形,分析了声场的传播特性,初步获得了单点放电可听噪声时域波形与电晕放电初始电流时间波形的关联特征;(3)基于电晕放电模型,提出了电晕放电空间电荷运动的数值模拟方法,建立了电晕电流微观分析模型;(4)基于直流特高压电晕笼的大量试验,获得了正、负极性直流导线的可听噪声频谱规律,提出了采用8 k Hz分量法预测可听噪声A声级的方法;(5)研究了特高压直流长试验线路与短试验线段无线电干扰和可听噪声的转换关系,提出了利用短试验线段测量数据估计输电线路无线电干扰和可听噪声的方法;(6)对交流特高压试验示范工程输电线路的无线电干扰进行了长期监测,获得了冬季和夏季无线电干扰的统计特性,通过统计分析,初步获得了特高压交流线路无线电干扰、可听噪声的经验公式。2013年度的研究成果,对后续可听噪声产生机理的研究及可听噪声的预测方法的研究奠定了较好的实验基础,为后续无线电干扰特性及产生机理研究奠定了理论和实验基础。     

脉冲放电激发反电晕的研究

针对高压脉冲电源反电晕放电进行实验研究。采用正极性固态Marx脉冲发生器作为放电电源，以中间添加蜂窝介质的针板作为放电电极，设置正极性矩形高压脉冲输出电压为0～20 kV可调，工作频率为0～1000 Hz可调，脉冲宽度为10～500 μs可调，进行反电晕放电实验，并根据电源和电极参数对影响放电电流大小的因素进行分析。进一步，在相同放电电极参数条件下，将高压脉冲反电晕与直流反电晕进行了对比研究。研究结果表明：介质厚度、针板间距、脉冲宽度和放电频率均对反电晕放电电流有一定影响；在脉冲放电频率为100～1000 Hz时，发生反电晕的相同电压下，脉冲反电晕放电电流大于直流反电晕放电电流，证明高压脉冲激发反电晕放电效果更好。     

电晕电流时间序列时域特性的分析及预测

特高压输电线路中的局部放电会产生电晕电流,引起电能损耗、可听噪声、电磁干扰等问题,过强的电磁辐射会危及生态健康,通过对电晕电流进行有效地监测能保障输电线路安全、经济地运行。针对此问题,对电晕电流信号建立自回归积分滑动平均(autoregressive integrated moving average,ARIMA)模型,并进行滚动预测,预测误差度量指标和电晕电流时域统计指标均符合要求。该方法具有一定的适用性,可用于不同输电等级下电晕电流信号的拟合及预测。     

空腔水电极电晕放电雾化特性的研究

为了研究气-液两相流的空间放电特性规律,实验首次采用空腔水电极雾化装置,通过测量不同雾化电极的电压-电流特性,不同质量分数溶液雾化时的消耗量等物理参量,分析了空腔水电极电晕放电的特性.实验表明,空腔电极在干式电晕放电时,曲率半径越小,放电电流越大,且随着电压升高,电流差值呈上升趋势;在雾化电晕放电时,电极形状、溶液质量分数对放电电流影响不明显,对溶液消耗量影响较为显著;不同电压作用下的雾化形式不同,雾滴在电场中的动力学过程也不同.     

线-辊式高压静电分选装置放电电流特性分析

为了提高高压静电分选效率,探究转辊表面电流分布规律.采用自制的线-辊式高压放电装置,改变电极排布,测量转辊表面电流分布.结果表明:在同等条件下,单根电晕线直径越小放电电流越大,转辊表面电流整体呈正态分布;2根电晕线放电时,电流分布范围扩大,整体电流增强;3根电晕线放电,在两外侧电晕线夹角为60°,3根电晕线与转辊表面间距均为45 mm的位置时,两外侧峰值电流在转辊表面上的夹角约为72°,总体电流较大且分布均匀,有利于待分选物料荷电,提高分选效率.本研究为优化静电分选装置电极设计提供依据.     

单针-板电极电晕-介质阻挡放电特性研究

研究以玻璃纤维为填充介质的单针-板电极的电晕-介质阻挡放电特性,测量了放电电压、电流波形,计算了放电功率,比较了有、无玻璃纤维填充时放电电流的差别及放电功率随放电间隙距离、电容电流、放电电压的变化关系,分析了填充介质对针-板电极的电晕-介质阻挡放电特性的影响.研究结果表明:大气压条件下纯空气间隙与有玻璃纤维介质填充时的针-板电极的电晕-介质阻挡放电相比:①后者的放电的起始电压更低,放电功率更大;②后者连续放电电流显著减小,而放电脉冲数量和脉冲电流幅值显著增加;③后者负电晕放电有非常明显的放电脉冲,而前者则主要表现为连续的放电电流.     

低温等离子体烟气脱硫中OH自由基发生装置研究

对低温等离子体烟气脱硫技术中OH自由基发生装置的电极结构及放电特性进行了研究。得到电极结构的参数对放电特性的影响规律：放电电流随针对数增加和针直径的减小而增大．得到针间距理想值与针板间距的关系式．实验表明,在一定范围内,水蒸气从针电极喷出的速度对放电电流没有明显影响．并对大气压下不饱和水蒸气电晕放电中的OH自由基进行了发射光谱诊断．     

不同气压下氩气介质阻挡放电γ过程仿真

为了研究在氩气不同气压下对介质阻挡放电(DBD)的电气参数和放电特性的影响,利用有限元分析建立大气压下氩气中的二维轴对称板-板电极放电等离子体模型,并对放电过程进行求解,通过仿真得到放电过程中的电势、电子温度、电子密度及氩离子数密度随着空间位置变化的波形。仿真结果表明,介质阻挡放电的特性变化与放电环境气压变化有关,随着气压的增加,气压在一定范围内,电势、电子温度、电子密度都下降,且电势空间分布的变化与电子密度相关。     

冲击电晕特性的计算模型

给出了冲击电晕特性的计算模型．该模型以电晕电极周围的电场强度、空间电荷密度与极间电压之间的宏观联系为基础，将电晕发展过程从时间和空间上加以离散化。模型的待定参数由若干实测数据拟合，通过模型计算能自动生成双指数雷电波和衰减振荡波等快速冲击波形下的电晕电压－电荷特性，且计算结果与试验结果能较好地吻合。     

电晕放电辐射场实验研究

针对带高压物体的电晕放电辐射信号的时域、频域特征开展研究,对静电电晕放电电流、辐射场进行了理论分析,设计完成了静电电晕放电电流及辐射信号实验.研究发现,不同极性电晕放电的辐射场波形测试有明显差别:实验条件为负极性时,先发生电晕放电,但正极性放电发生时,脉冲幅值比负极性时大;负电晕电流脉冲波形的上升时间小于正电晕电流.实验结构不同,电晕放电辐射场的特征不同:利用电晕放电针与直流高压源直接相连的实验结构得到的放电波形的上升时间为十几个ns,频率分布集中在20～100 MHz;利用孤立导体电晕放电实验结构得到的放电波形的上升时间为几个ns,频率分布集中在200～600 MHz.结论对于研究带高压物体的电晕放电辐射信号特征具有很好的参考价值.     

Polarity inverted intracloud discharges and electric charge structure of thunderstorm

The three-dimensional spatial and temporal development of impulsive VHF radiation events during lightning discharges has been analyzed based on the data measured by the lightning mapping array (LMA) system with high space and time resolution. The results indicate that intracloud discharges in the thunderstorm with anormal tripole charge structure occur not only between the upper positive and middle main negative charge region, but also with inverted polarity between the lower positive and middle main negative charge region. The polarity-inverted discharge originates from the middle negative charge and propagates downward to the lower positive region, where then the discharge develops horizontally. The characteristics of the discharge are similar to that of normal intracloud discharge except the polarity opposite. The results further confirmed the existence of the lower positive charge region involved in the lightning discharge. It was also found that the inverted charge structure opposite to the normal polarity ap pears in some storms or at a certain stage of the storm development. In the stor m with a polarity inverted charge structure, a main positive charge region is lo cated at the middle part and a negative charge at the upper part of the storm. T he intracloud discharges occurred between them are of inverted polarity, showing the existence of a polarity inverted charging mechanism in storms and the compl exity of storm charge structure.     

大气压氧气中稳定形态气液放电等离子体特性研究

通过在放电回路中连接电容来控制放电电荷数目并得到稳定的氧等离子体.利用测量的电压电流波形和放电图像的变化分析了放电模式在不同应用电压下的转化过程.根据等离子体发射光谱计算了各种活性物种的发射光谱强度,模拟了等离子体气体温度、振动温度的变化过程.结果表明:随着应用电压的增加,等离子体放电模式在电压正半周明显地从流光放电转化为辉光放电最后转化为弧光放电,在电压负半周从电晕放电转化为弧光放电.在放电回路中加入电容可以限制单次放电的电荷数目,提高放电的稳定性.与放电模式的转化相对应,等离子体的气体温度先增加后不变.     

基于电弧模型的±800kV直流输电线路带电作业电位转移电流分析

等电位带电作业是确保输电线路安全稳定运行的重要技术手段,但电位转移过程中会出现高幅值高频率脉冲放电电流,给作业人员的安全造成了严重威胁。本文提出了基于控制论电弧模型的输电线路带电作业电位转移电流计算方法,分析了经验系数和电弧电压梯度等参数对电位转移电流的影响;以吊篮法和软梯法两种进入等电位作业方式为研究对象,分析了电位转移电流峰值和转移电荷量等随转移距离的变化规律。结果表明：转移电流波形均呈振荡衰减,转移电流峰值及转移电荷量与转移距离成正比;相同转移距离条件下,采用吊篮法获得的转移电流峰值更小。     

基于有限元迭代法的高压直流输电线路离子流场仿真计算

直流导线电晕放电产生的离子流场是限制直流输电发展的主要因素之一。为分析离子流对原有电场分布畸变影响,通过COMSOL和MATLAB联合仿真实现了有限元迭代法,基于该方法对高压直流导线附近离子流场进行了研究。仿真模型采用网格加密以及强耦合的方法提高了计算的收敛性,采用与放电特性相关的方程作为电荷边界条件,以提高仿真计算的准确性;比较两类起晕场强计算公式的准确性,选择较为准确的计算公式作为迭代标准;将同轴圆柱模型的解析解与仿真的数值解进行比较,验证有限元迭代法计算高压直流离子流场的准确性;最后分析单极+800 kV直流输电线路周围的离子流场。结果表明,离子流使得地面附近的电场强度增大了30%,可见离子流对导线周围电磁环境有重大影响,在直流输电线设计时应该考虑这一因素。     

湿式电迁移烟气脱硫技术研究

介绍了湿式电迁移烟气脱硫试验,利用SO2在放电条件下能俘获电子形成负离子,并在电场作用下发生迁移的特性,将电晕放电和湿式水膜结合起来进行烟气脱硫．通过模拟试验,研究了模拟烟气参数、反应器结构及放电特性等因素对SO2电迁移和脱硫效率的影响．试验结果表明：SO2在放电电场中具有电迁移的能力,系统脱硫效率随电压升高、放电区长度和输入功率增加而增加,脱硫效率可以达到90％以上．     

磁增强雾化电晕放电烟气净化器研究

分别进行了雾化电晕放电和磁增强电晕放电的实验研究。采用接地极雾化,通过雾化电晕放电和水的循环利用,实现长期、高效并且无污水排放的静电除尘,对雾化电晕放电静电除尘器的构造、放电特点、雾化电晕放电伏-安特性、雾化状态和电极清洗效果均进行了实验研究;通过在电晕区附近加一个局部磁场,使电晕区内的自由电子形成拉莫运动,从而提高放电电流,提高荷电区内自由电子和负离子浓度。比较了磁增强预荷电器和传统预荷电器的荷电效率,初步探究了磁增强电晕放电的放电机理。为磁增强雾化电晕放电烟气净化器的研究提供了理论基础。