為開(kāi)展直流陡脈沖復(fù)合電場(chǎng)凈化臟污變壓器油的實(shí)驗(yàn)研究,研制了1套可循環(huán)運(yùn)行的電場(chǎng)反應(yīng)器。首先建立了油中雜質(zhì)顆粒在直流及脈沖電場(chǎng)作用下的受力模型,得出適合凈油的電場(chǎng)類(lèi)型;然后采用Ansoft Maxwell仿真軟件對(duì)板-板電場(chǎng)反應(yīng)器、線-筒電場(chǎng)反應(yīng)器進(jìn)行電場(chǎng)分布的優(yōu)化仿真;最后,綜合考慮電氣、機(jī)械等因素,對(duì)反應(yīng)器的循環(huán)方式、板間距離、使用材料等進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作,并進(jìn)行性能測(cè)試。模型計(jì)算顯示,具有較大電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)梯度的直流陡脈沖復(fù)合電場(chǎng)適用于凈化臟污變壓器油;仿真結(jié)果顯示,含有集塵體的板-板電場(chǎng)反應(yīng)器更適于變壓器油凈化;測(cè)試結(jié)果顯示,反應(yīng)器的各項(xiàng)性能均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,其中絕緣性能可以承受20 kV直流疊加10 kV脈沖,完全可以用于后續(xù)臟污變壓器油的凈化實(shí)驗(yàn)研究。 

【文章來(lái)源】：高電壓技術(shù). 2014,40(09)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

集塵體相對(duì)介電常數(shù)為3時(shí)的電場(chǎng)分布

數(shù)εr為2.2；設(shè)置直流電壓為20kV，對(duì)電場(chǎng)分布進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖1所示。由圖1可見(jiàn)，集塵體中電場(chǎng)強(qiáng)度明顯小于極板與集塵體之間變壓器油中的電場(chǎng)強(qiáng)度，在很短的距離內(nèi)存在較大的電場(chǎng)強(qiáng)度差，從而形成很大的電場(chǎng)梯度，且電場(chǎng)強(qiáng)度差與電場(chǎng)梯度成正比，因此集塵體與變壓器油之間的電場(chǎng)強(qiáng)度差可以反映電場(chǎng)梯度的大校此時(shí)油中電場(chǎng)強(qiáng)度為6.79kV/cm，集塵體中則為4.98kV/cm，2者交界面處電場(chǎng)強(qiáng)度差為ΔE=6.79kV/cm4.98kV/cm=1.81kV/cm(6)集塵體的相對(duì)介電常數(shù)為6和10時(shí)的電場(chǎng)分布規(guī)律同相對(duì)介電常數(shù)為3時(shí)類(lèi)似，其結(jié)果見(jiàn)圖2。圖1集塵體相對(duì)介電常數(shù)為3時(shí)的電場(chǎng)分布Fig.1Electricfielddistributionwhentherelativedielectricconstantofdustis3圖2集塵體不同相對(duì)介電常數(shù)時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)Fig.2Electricfieldwhentherelativedielectricconstantsofdustaredifferent由圖2可知，板–板電場(chǎng)反應(yīng)器添加集塵體，由于集塵體介電常數(shù)大于變壓器油的介電常數(shù)，集塵體中的電場(chǎng)小于油中電場(chǎng)強(qiáng)度，集塵體表面附近形成了良好梯度電場(chǎng)，且集塵體的介電常數(shù)越大，電場(chǎng)梯度也越大，越有利于變壓器油的凈化。綜合考慮各種材料的相對(duì)介電常數(shù)、機(jī)械強(qiáng)度、加工難度、使用壽命等因素，最后選定相對(duì)介電常數(shù)為6的尼龍濾紙作為集塵體材料。2.1.2疊加電場(chǎng)仿真因?yàn)檎?fù)脈沖波形相同，只是極性相反，這里只仿真了正脈沖作用下的電場(chǎng)分布。設(shè)置集塵體的相對(duì)介電常數(shù)為6，變壓器油的相對(duì)介電常數(shù)為2.2，激勵(lì)電壓Uj為直流疊加脈沖復(fù)合電壓，仿真模擬軟件中表達(dá)式為：Uj=UDC+Upulse(7)UDC=20kV(8)

值為10kV，用指數(shù)函數(shù)(exp(105t)exp(107t))模擬其雙指數(shù)變化(即隨著時(shí)間變量的變化，Upulse波形呈現(xiàn)出雙指數(shù)函數(shù)變化)，脈沖電壓的上升沿時(shí)間常數(shù)取100ns，下降沿時(shí)間常數(shù)取10μs，則脈沖電壓持續(xù)的時(shí)間約為50μs；Uj則為直流(UDC)+脈沖(Upulse)復(fù)合電壓。然后對(duì)此模型進(jìn)行仿真。進(jìn)行電場(chǎng)的瞬態(tài)分析時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度隨著時(shí)間不斷變化，不同的時(shí)刻有不同的電場(chǎng)分布。對(duì)其中初始時(shí)刻(即0s)、最大值時(shí)刻(0.5μs)和下降沿中某個(gè)時(shí)刻(5μs)3個(gè)時(shí)刻的電場(chǎng)分布進(jìn)行分析。初始時(shí)刻(即0s)的電場(chǎng)分布圖見(jiàn)圖3，由圖可知變壓器油中的電場(chǎng)強(qiáng)度為6.94kV/cm，集塵體中的場(chǎng)強(qiáng)為2.54kV/cm。該時(shí)刻變壓器油與集塵體交界處的電場(chǎng)強(qiáng)度差ΔE=6.94kV/cm2.54kV/cm=4.4kV/cm(10)0.5μs時(shí)刻電場(chǎng)分布見(jiàn)圖4，此時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度基本達(dá)到最大值。此時(shí)變壓器油中電場(chǎng)強(qiáng)度為10.5kV/cm，比未加脈沖(即0s)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度提高了51.3%，而集塵體中的電場(chǎng)強(qiáng)度為9.0kV/cm，2者交界處的電場(chǎng)強(qiáng)度差ΔE=10.5kV/cm9.0kV/cm=1.5kV/cm(11)5μs時(shí)刻電場(chǎng)分布圖見(jiàn)圖5，其電場(chǎng)強(qiáng)度為8.0kV/cm，比圖4中(0.5μs時(shí)刻)電場(chǎng)強(qiáng)度10.5kV/cm相比有所下降。此時(shí)變壓器油中的電場(chǎng)強(qiáng)度為8.0kV/cm，但比未加脈沖(即0s)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度提高了15.3%，而集塵體中的電場(chǎng)強(qiáng)度為5.6kV/cm，2者交界處的電場(chǎng)強(qiáng)度差為ΔE=8.0kV/cm5.6kV/cm=2.4kV/cm(12)將圖4–圖5和圖3進(jìn)行對(duì)比分析可知，施加脈沖電場(chǎng)后，變壓器油中的電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增強(qiáng)；與圖1和圖2進(jìn)行對(duì)比分析可知，當(dāng)脈沖作用時(shí)變壓器油與集塵體間交界處的電場(chǎng)強(qiáng)度差有所減小，但由于此時(shí)變壓器油中的電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增大，仍將有效提高變壓器油凈化的效果和效率。2.2線筒電場(chǎng)反應(yīng)器電場(chǎng)分布仿真本節(jié)首先將對(duì)放入不同介電常數(shù)

【參考文獻(xiàn)】：
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