弧隙电阻对发电机断路器瞬态恢复电压的影响研究

瞬态恢复电压是发电机断路器的一项重要指标,在开断短路故障时具有决定性意义。弧隙电阻作为发电机断路器开断过程中的内部因素,是否对瞬态恢复电压产生影响并未有人进行过研究。文中利用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP计算分析系统开断三相短路故障时,不同弧隙电阻发电机断路器的瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV),并研究了弧隙电阻与瞬态恢复电压波形之间联系。仿真结果表明:发电机断路器在开断故障过程中TRV的上升率与弧隙电阻的上升率成正相关关系,通过降低弧隙电阻上升率可以降低TRV的上升率;发电机断路器开断过程中,电流过零后弧隙电阻阻值大的断路器产生的瞬态恢复电压峰值小,提高电流过零后弧隙电阻的阻值可以降低产生的瞬态恢复电压峰值。     

并联电容对发电机断路器暂态恢复电压TRV的影响研究

发电机断路器开断短路故障电流后,断口间的暂态恢复电压(TRV)具有上升率高、时延短和振幅系数大的特点。因此,电流过零开断后发电机断路器断口间将承受非常严酷的热应力,容易发生电弧复燃,从而导致短路故障开断失败。为此,笔者通过仿真计算与分析并联电容对发电机断路器开断系统源故障、失步故障后断口间TRV的影响,仿真结果表明并联电容可以有效地降低TRV的上升率RRRV。最后,通过额定电压24 kV、额定短路开断电流160 k A的发电机断路器(型号为ZHN10-24/Y25000-160)开断系统源故障、失步故障的数据结果说明了理论分析和实际结果相一致。     

断路器电弧模型对瞬态恢复电压影响的研究

电弧发展过程直接影响瞬态恢复电压的特性,因此选择合适的断路器电弧模型十分必要。针对某750 kV超高压输电线路,分别采用理想开关模型、Mayr电弧模型、Cassie电弧模型以及Cassie-Mayr电弧模型来模拟断路器开断过程,并利用EMTP-ATP进行建模仿真,分析不同故障类型、不同故障位置时,断路器电弧模型对瞬态恢复电压的影响。研究表明,断路器采用Cassie-Mayr电弧模型能够更贴切地模拟开断暂态过程,仿真结果更准确,推荐采用Cassie-Mayr电弧模型。     

一种新的特高压断路器合成试验回路

特高压断路器试验方法的研究是特高压输电工程发展的基础。该文根据合成试验回路的基本原理，提出了一种新的适用于特高压断路器大容量试验的新型合成试验回路。给出了该试验回路的详细拓扑结构，介绍了回路的工作原理。根据描述开断电弧特性的麦依尔(Mayr)方程，建立参数化的PSCAD电弧电阻模型。在此基础上，对回路的开断试验过程进行仿真，得到了T100试验时的电流电压波形。对暂态恢复电压、电流过零前的变化率等进行分析，并与ABB的增强型并联引入回路(EPIC回路)和IEC试验标准进行比较。结果表明，该回路可以满足特高压断路器的开断试验要求，并具有足够高的试验等价性。     

大容量发电机断路器主要特性分析

发电机断路器具有额定电流大、开断短路电流直流分量高、开断瞬态恢复电压(TRV)上升快等特点,分析了这些特点产生的原因,并阐述了目前解决这些特性问题的主要方法,即利用电弧特性避免短路电流长延时过零、断路器两端加装吸收电容限制TRV上升率,为大容量发电机选型提供参考。     

真空断路器瞬态恢复电压与弧后电流相互作用仿真研究

为进一步理解真空断路器开断过程中的电流零区现象,仿真分析了真空断路器开断短路故障和切除电容器组时瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)和弧后电流的相互作用。在PSCAD/EMTDC中建立了基于Langmuir探针理论的真空断路器弧后电流仿真模型,仿真结果和试验结果相符,验证了模型有效性。仿真结果表明:开断短路故障时,是否考虑弧后电流对TRV没有明显的影响,弧后电流大小则与TRV上升率成正比;切除电容器组时,弧后电流对起始TRV有显著影响,但对工频恢复电压没有影响。此外,短路类型、短路点位置、短路合闸相角、系统等效电感、电容等网络参数对TRV和弧后电流也有很大影响。研究成果有助于分析不同工况下真空断路器面临的开断考验。     

中性点非有效接地系统故障电弧模型的搭建与仿真

在研究配电网的电弧接地故障、断路器投切电弧及电弧炉电气特性时,多数学者通常使用恒电阻、Cassie、Mayr电弧模型,三者都具有片面性,将Cassie与Mayr两个电弧模型结合使用可以达到互补。在ATP-EMTP平台下将两种电弧模型进行组合搭建,并合理设置参数,通过在中性点非有效接地10 k V配电网下的仿真,研究分析了电弧的电压分布、过零点、伏安特性,证明该电弧模型可正确反映中性点非有效接地配电网故障电弧特性。     

基于MATLAB的电弧模型仿真

开关电器的电弧开断特性是开关电器设计和研制的关键.为了分析断路器开断现象利用MATLAB软件对开关电器电弧开断进行仿真计算.给出了Mayr和Cassie电弧模型方程式,阐述了在MATLAB软件平台上构建电弧模型的原理与方法,最后用Mayr电弧模型对高压断路器电弧开断进行了实例计算.结果表明,这一方法对开关电器电弧开断的定性分析是实用的和有效的.     

SF_6断路器开断能力数值预测方法研究综述

综述了SF6断路器极限开断能力以及介质开断能力的数值预测方法的最新研究进展。电流过零前200 ns的电弧电导(G200)是判断断路器热开断能力的一个重要参数,为计算G200,对电弧特性进行模拟,在燃弧阶段采用磁流体动力学模型,而在接近电流零区采用Mayr模型,从而建立相应的电路模型来确定电弧时间常数和电弧功率损耗系数等参数,以分析高压断路器的热开断能力。为判断电击穿能力,需要根据电弧过零时灭弧室内的每一点的压力和温度值,确定对应点的临界击穿场强分布Ec,同时计算在暂态恢复电压作用下灭弧室内的电场分布Ea,然后通过比较灭弧室内各处Ea和Ec的值,就可以判断出灭弧室内不同区域电击穿几率的大小。     

小电阻接地系统高阻接地故障检测技术综述

小电阻接地系统发生高阻接地故障时电流小于传统的零序电流保护动作阈值,并且时常伴随有电弧的发生,难以准确检测与切除高阻接地故障。文章基于零序等效网络分析了小电阻接地系统单相高阻接地故障时母线零序电压理论特性和各出线零序电流特征;针对高阻接地故障常伴随发生的电弧现象,从故障点燃弧的物理过程出发,详尽分析了常用的Cassie电弧模型、Mayr电弧模型、改进的Mayr电弧模型、Mayr-Cassie组合电弧模型和Emanuel电路模型等六种电弧模型的物理近似过程、数值推导过程、试验验证及适用条件;分别从时域的伏安特性分析法和零序电流畸变法、频域的故障电流信号法和故障电压信号法出发,分析了高阻接地故障检测方法中的信号处理过程、故障特征提取方法、检测方法的优点与不足;认为采用零序电流波形在过零点附近畸变引起的波形斜率曲线变化作为故障特征具有明确的数学与物理意义,采用零序电压信号经小波包分解后高频段与低频段能量比作为故障特征,基本不受故障条件、系统结构等因素的影响,具有较好的检测效果。     

高压断路器KEMA电弧模型改进研究

介绍了经典Mayr和Cassie电弧模型表达式,详细描述了基于Mayr-Cassie模型的KEMA型断路器电弧模型.在不改变原模型精度的情况下,针对KEMA模型计算过程复杂且不易于建模的缺点,对原模型做出了数学处理与改进.使用遗传算法确定了改进模型中的参数,并在PSCAD/EMTDC暂态电磁仿真软件中建立了相应的模型.对所建立的模型进行仿真,对比了测量数据、原模型仿真数据及改进模型仿真数据.对比结论证明该模型能在EMTDC下较准确地模拟高压断路器的开断电弧.     

一种用于大功率电弧加热器的等离子电弧模型

基于著名的电弧黑金模型--麦也尔电弧模型(Mayr arc model)和克西电弧模型(Cassie arc model),提出了一种改进的等离子电弧模型.在原模型基础上,丰富了电弧模型参数,使模型不仅能反映大功率直流电弧加热器稳定工作时的电气特性,还能反映加热器工作时弧室中气流量变化对电弧的影响.本文还对麦也尔电弧模...     

特高压断路器几种开断试验回路比较

特高压断路器开断试验方法的研究是特高压输电技术发展需要解决的关键问题之一。根据开断过程中的电弧特性,基于Mayr电弧方程理论,建立参数化的PSCAD电弧电阻模型,通过对几种适用于特高压断路器开断试验的合成回路进行系统仿真分析,模拟了直接试验回路、Hitachi四参数试验回路和ABB的EPIC试验回路的开断过程,以直接试验回路为基准,对Hitachi回路和EPIC回路开断前后的电弧过程和恢复电压进行了比较。     

EMTP simulation of SLF interrupting performance for two serially connected arcs with different arc parameters

This paper shows the calculation of SLF interrupting performance for two serially connected Mayr‐type arc models with different arc parameters by using EMTP‐ATP Models. Arc model 1, assuming an air circuit breaker, has large arc time constant and large arc power loss. Arc model 2, assuming a vacuum circuit breaker, has small arc time constant and small arc power loss. It was not possible for arc model 1 to interrupt 300 kV‐63 kA‐90% SLF by itself. However, by connecting these arc models in series, interruption became successful, even if arc model 2 was reignited at low voltage a few microseconds after current zero. These computations suggested that serial connection of the two circuit breakers with different breaking characteristics would give a totally excellent circuit breaker by making the best use of advantages of each circuit breaker. EMTP‐ATP Models were very useful in solving the arc models, which are expressed by differential equations and coupled with the electric circuit. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 141(4): 25–33, 2002; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10020     

Mayr's Model of the Arc Applied to 50-and 60-Hz Interruption in Low-Voltage Devices

Mayr and Cassie made assumptions about thermal properties of arcs about 40 years ago. The resulting mathematical models of the arc have been applied by others to various arcing structures, usually large circuit breakers, and have had good success in predicting performance of the arcing devices for both high currents using Cassie's model and low currents using Mayr's model. The thermal properties of the arc from Mayr's model are investigated for low-voltage devices such as relays and motor starters. Mayr's model applied to low-voltage device circuit interruption predicts that 60-Hz current is harder to interrupt than 50-Hz current and experimental data verify this result. The 60-Hz current is higher than the 50-Hz current in the last critical microseconds of the arc. The arc volume is hotter at current zero for the 60-Hz arc than for the 50-Hz arc. The actual interruption, however, is not completely described by Mayr's model of the arc, but instead the interruption may be dependent upon the dynamics of the space charge layer formed at the contact surface.     

Qualitative analysis of mathematical arc models using Lyapunov theory

An approach is proposed to the study of the electric arc near current zero by means of mathematical models. The approach is based on Lyapunov's stability theory and allows a qualitative analysis of the nonlinear differential equations describing the phenomenon. The main results concern the determination of the set of conditions leading to arc extinction and their dependence on the physical parameters involved. The classical Mayr and Cassie models are studied using the method, and some numerical results are given.     

中性点经高阻接地电网故障电弧建模与弧光接地分析

中压配电网绝大多数故障为电弧接地故障,针对Cassie与Mayr这两个经典电弧模型在单独使用时只能考虑到对流散热或传导散热,具有片面性,而二者结合使用却恰好可互补,故而在ATP-EMTP平台下将这两种模型进行搭配并合理设置。通过仿真,分析研究了中性点经高阻接地配电网单相电弧故障时的特性,并将电弧模型用于间隙性电弧接地故障仿真,符合实际情形,证明了电弧模型可有效地反映弧光接地过电压,及小电流接地系统中中性点电阻对降低电网弧光过电压的作用。