真空拉弧起始收缩过程实验研究北大核心CSCD

真空电弧的形态分布主导燃弧阶段等离子体分布特性,起始收缩过程的等离子体分布对成功开断有重要影响。为了研究机构运动过程中真空电弧的起始收缩特性,分析燃弧工况对收缩持续时间的影响,文中以10 kV可拆真空灭弧室为载体,建立真空电弧工频开断实验平台及电弧形态观测系统,通过改变灭弧室参数,结合电弧图像数字处理技术,对真空拉弧起始收缩时间进行定量分析。结果表明:起始收缩电弧的持续时间基本与电流幅值和起弧电流呈较明显正相关,与机构分闸速度呈负相关。纵向磁场对中心弧柱和边缘区域作用相反,文中利于扩散的临界磁场为60 mT,当纵向磁场小于60 mT时,收缩态电弧趋向扩散;纵向磁场大于60 mT时,收缩态持续时间增大。     

大电流真空电弧收缩现象的研究

本文从等离子体动力学基本方程出发,结合电磁场理论的基本方程,推导出了真空开关在外加纵向磁场情况下,弧柱中自生磁场所满足的方程。并据此利用渐近分析方法分析了真空电弧中弧柱的磁收缩物理过程和电流密度分布,最后分析了电极参数对电弧收缩的影响。     

纵向磁场下真空电弧的特性研究

本文从实验中得出,电弧电压高频荡振分量的出现是弧柱收缩的标志,收缩的发生与离子显著外逸有关。而收缩的出现并不一定产生阳极熔化和出现阳极班点,这可用塌缩时间的概念得到解释。本文应用磁流体不稳定性原理,对实验现象进行了分析和讨论。并从收缩不稳定性致稳条件出发,给出了确定稳定真空电弧的最小纵向磁场值的计算公式。其计算结果与实验值较为接近。     

论大电流真空电弧收缩现象和阳极斑点形成的理论分析

本文阐述了大电流真空电弧的收缩现象和影响大电流真空电弧收缩现象的因素，分析了形成阳极斑点的过程，并从实际出发讨论了纵向磁场作用的机理。     

开距对不同状态下真空电弧特性影响的仿真分析

仿真分析了开距对真空开关中不同状态下真空电弧特性的影响。对于小电流扩散态真空电弧,随着开距增大,电弧的扩散程度增大,离子温度、电子温度和等离子体压力增大;对于超音速收缩态真空电弧,随着开距的增大,电弧的收缩程度增大,离子温度、电子温度和等离子体压力增大,阳极轴向电流密度和能流密度的分布更不均匀;对于离子处于亚音速状态的大电流真空电弧,随着开距的增大,极间等离子体的损失增多。对于3种不同状态的真空电弧而言,随着开距的增大,电弧电压和注入阳极的能流密度都增大。同时,可以发现,建模与仿真是理解真空电弧微观过程的一种有效方法。     

非均匀分布纵磁控制真空电弧分布的初步研究

与传统的纵向磁场与真空电弧作用的认识不同,提出了在真空灭弧室的触头间加入非均匀分布纵向磁场来抑制真空电弧在大电流下的收缩,从而提高其开断能力这一思路.设计了一种相应的电极结构,并通过计算和实验分析了它的纵向磁场分布及参数的影响.     

真空灭弧室中自生磁场效应和外加纵向磁场的作用

基于磁场对电流的作用力的观点，计算分析了真空电弧自生磁场的收缩效应及对分断电弧的影响：分析讨论了外加磁场中纵向磁场分量和径向磁场分量对减小自生磁场收缩效应的作用；计算比较了线圈式结构触头产生的外加磁场的纵向磁场分量和径向磁场分量在空间分布的比值，进一步探讨了纵向磁场提高真空灭弧室分断性能的机理。     

《真空电弧理论研究及其测试》

<正> 由王季梅教授主编的《真空电弧理论研究及其测试》一书,于1993年5月由西安交通大学出版社出版。 本书全面地阐述了国内外真空电弧理论的研究概况,真空电弧的寿命和截流特性,真空电弧弧后电流的分析,真空电弧熄灭后的介质强度恢复过程,用光谱诊断研究真空电弧,大电流真空电弧收缩现象和阳极斑点形成的理论分析,真空灭弧室内部电场分布的理论分析,     

大电流真空电弧磁流体动力学模型与仿真

为了对大电流真空电弧进行深入研究,以真空电弧双温度磁流体动力学模型为基础,通过计算流体动力学软件FLUENT,采用控制容积法,对大电流真空电弧特性进行了仿真研究。对于大电流真空电弧而言,等离子体的流动处于亚音速状态,因此,在阴极和阳极边界条件的选择上将区别于超音速流动的真空电弧。同时对等离子体密度、轴向电流密度、等离子体速度、马赫数、离子温度、电子温度、离子压力、等离子体压力以及注入阳极的能流密度分布的形成机理进行了分析。从仿真结果可以发现,大电流真空电弧等离子体压力的最大值出现在阴极附近,等离子体将在压力梯度的作用下从阴极到阳极做加速运动,这一点明显区别于超音速流动的真空电弧。另外,仿真结果与高速CCD照片也是吻合的。     

电弧电流以及纵向磁场对小电流真空电弧特性影响的数值仿真

建立了小电流真空电弧的双温度磁流体动力学模型,根据该模型首先对小电流真空电弧的基本特性进行了仿真研究,分析了不同电弧电流和不同纵向磁场强度对小电流真空电弧特性的影响。仿真结果表明,电弧电流和纵向磁场对小电流真空电弧特性的影响是明显的,仿真结果与实验结果基本吻合,尤其是离子温度的仿真结果与实验更加接近。另外,仿真结果还表明,对于小电流真空电弧而言,随着纵向磁场的增大,电子温度逐渐增大,变化趋势与实验结果一致。     

计及风影响的潜供电弧自熄特性计算研究

风是影响潜供电弧自熄特性的重要因素,从电弧运动的角度出发,研究了计及风影响的潜供电弧自熄特性。利用链式电弧模型,分析电弧受到的电动力、空气阻力和风载荷,获得电弧运动速度控制方程,建立考虑风载荷的潜供电弧运动模型。利用电弧自熄的长度判据,提出了计算电弧自熄特性的仿真流程。通过比较电弧受到的风载荷与电动力,分析了在不同电流下风对电弧运动所起的作用,进一步探讨了风向和风速对燃弧时间及分散性的影响。最后对潜供电弧自熄时间进行了仿真计算,并与试验结果进行了比较分析,结果表明文中建立的电弧运动模型能有效计及风对潜供电弧的运动和自熄特性的影响,燃弧时间计算值与实测时间基本相符,具有实用价值。     

长间隙小电流空气电弧动态特性(英文)

单相接地故障引起的配电网短路电弧和输电网潜供电弧在大气中自由燃炽,电弧的非线性使电弧试验和建模都存在较大的难度.本文对这种长间隙小电流空气电弧的物理特性进行了测试和分析,测量了容性和感性回路产生小电流电弧的电压和电流波形,并拍摄了电弧发展的动态图像,以此分析了电弧特性的时变特征.结合电弧理论和物理学说,详细阐明了电弧电压和电流波形的产生机理及发展轨迹,并给出了电弧的弧道电阻和动态伏安曲线,揭示了电弧各物理参量之间的关系和变化趋势.最后提出了电弧自熄判据,并以此计算了燃弧时间,与实测时间基本吻合.结果表明,长间隙小电流空气电弧特性研究的方法合理、结论可信,对分析电弧自熄特性和建立科学的电弧模型具有参考价值.     

An adaptive arc furnace model

This paper presents an adaptive arc furnace model. The integrated model is divided into three parts, the supply system model, the nonlinear load model and the controller model. First, the supply system is represented by a set of linear differential equations. Simulation is achieved by a numerical method and the measurements are taken as the control input. Secondly, based on the arc melting process and typical arc furnace V-I characteristic, the arc furnace load is described as a current-controlled nonlinear resistance. The pattern of nonlinear resistance is controlled by the average arc length, which reflects the arc furnace operating condition. Finally, the rectangular approximation of arc voltage is adopted by the controller to generate the arc power-arc length and the arc current-arc length curves. This information combined with the arc furnace operation and measurement information is used for the control scheme to determine the arc length and arc furnace transformer tap. Thus, the proposed adaptive arc furnace model is suitable for different operating conditions. This model is also compared prith the existing arc furnace models, which provides its validity. The effect of arc furnace load on the power system is also studied through the proposed model     

基于电弧电流高频分量的串联交流电弧故障检测方法

通过分析典型负载下电弧电流高频分量在时域与频域表现出的不同特征,提出一种串联交流电弧故障检测方法。该方法利用电弧电流变化率与其有效值的比值以及6~12k Hz频段电流幅值这2个特征参量进行串联交流电弧故障识别;并利用负载启动电流持续时间远远小于电弧电流持续时间的特点,设定电弧故障检测时间阈值,降低负载启动过程对串联交流电弧故障检测的影响。试验结果表明,所提方法能够实现串联交流电弧故障的快速检测,对硬件要求相对较低,简便易行。     

基于彩色摄像和光谱分析联合测温方法的电弧温度场分布测量

温度是描述电弧物理特性的关键参数,掌握电弧温度分布随时间变化的规律对分析电弧燃烧机理及其对触头的烧蚀过程具有重要意义。利用彩色高速摄像机和光谱分析仪进行联合测温,得到电弧温度场空间分布随时间的变化规律。通过开距可调的电弧发生装置产生稳态电弧,进行测温系统标定,得到了稳态电弧温度场分布。在此基础上研究了不同稳态电流下电弧温度场分布,得到了电流对于标定系数及电弧温度场分布的影响规律。     

非有效接地电网单相电弧接地故障的建模及仿真

单相电弧接地故障是中压配电网中的主要故障形式,建立准确的接地电弧模型对于故障分析是十分必要的。文中比较了现有的几种电弧模型的优缺点,在基于弧隙能量平衡理论的动态电弧模型的基础上建立了接地电弧模型,在PSCAD平台上构建了10 kV配电网模型及接地电弧模型。通过与实际实验波形的比较,表明接地电弧模型能有效地反映接地电弧的性质。然后将此模型用于仿真2种不同的间歇性电弧接地故障,其过电压倍数符合实际情况,从而间接证明了接地电弧模型的正确性。     

大气压直流双阳极等离子弧脉动特性研究

等离子弧的脉动特性是表征等离子体物理状态和过程的重要参数之一,等离子体射流的非稳定性和阳极斑点在电极上的运动是引起等离子弧脉动的主要原因,是等离子体技术的实际应用和进一步发展的关键。该文介绍了一种大气压直流双阳极等离子发生器,通过对等离子弧电信号进行时域和频域分析,研究了载气成分、载气流量和弧电流等参数的变化对等离子弧脉动特性的影响,结果表明在文中的实验条件下等离子弧的伏安特性呈上升趋势,纯氩气作为载气时等离子弧的脉动特性主要和电源的交流分量有关,氩氮混合气体作为载气时等离子弧的脉动特性除了和电源的交流分量有关,还和弧室内存在的赫姆霍茨共振有关,其共振频率独立于气体流量和弧电流的变化。     

电弧反射法电缆故障测距中的电弧建模与仿真

准确掌握电缆故障电弧电阻的动态特性对电弧反射法(ARM)电缆故障测距技术研究和设备研制至关重要。为此,在理论推导和大量实验的基础上分析了ARM故障测距时电缆故障电弧的特性,建立了可以模拟ARM方式下电缆故障的通用的Mayr电弧模型,对故障电弧电阻的变化规律进行仿真计算。实验结果表明,电弧电阻仿真计算的平均相对误差不大于12%,最大相对误差不大于29%,满足ARM测距仿真要求,说明了模型的正确性。     

发电机定子单相接地故障下定子铁芯的电弧烧损过程

针对发电机定子单相接地故障导致定子铁芯烧损的问题,提出了基于电弧模型和定子铁芯温度场模型的仿真分析方法。首先,根据单相接地等值电路构建电弧模型,分析电路参数对电弧电压和电弧功率的影响。其次,建立定子铁芯温度场模型,利用有限元法计算电弧功率、故障时间等参数不同时铁芯的烧熔体积。仿真结果表明,电弧功率与接地故障电流大小、铁芯烧熔体积与电弧功率呈近似线性关系。最后,分析定子铁芯燃弧烧损试验数据,提出电弧功率模型,修正温度场模型,明确铁芯烧熔体积与接地故障电流大小的关系,并通过仿真与试验对比验证仿真分析方法的有效性。结合电弧烧损铁芯的仿真和试验以及电机制造厂家的铁芯局部修复水平,可以确定大型发电机的接地故障电流允许值最大为25 A。     

降雨环境下弓网电弧动态特性研究

弓网电弧的危害严重阻碍了高速铁路的发展,恶劣的环境条件会促使弓网离线电弧频发,造成滑板和接触网导线磨耗加剧,受流质量下降。为提高高速铁路运行的安全性和稳定性,研究了降雨条件下弓网电弧运行动态特性。基于自制的弓网电弧实验系统,分别采集正常运行、小雨(降雨量30 g)及大雨(降雨量150 g)环境下电流电压波形,并利用高速摄像机拍摄弓网电弧图像。研究结果表明,工况条件一定时,降雨环境下弓网电弧被拉伸,呈现不规则状态,电弧面积和周长增大,且小雨环境下电弧周长和面积最大;降雨环境使电流纹波加重,零休时间变长,电弧尖峰电压增大,缩短了弓网电弧燃弧时间,提高了电弧发生率,其中小雨环境变化最为明显;降雨环境下电弧功率增大,电弧最小电阻值出现在电流峰值附近,且较无雨环境电弧最小电阻值增大。