近区故障瞬态恢复电压计算与分析

瞬态恢复电压（TRV）是校核断路器开断能力的重要指标,近区故障因其TRV起始部分的上升速率高,电弧难以熄灭。针对Mayr电弧只适用于描述电流过零后高电阻电弧状态,而Cassie模型只适用于描述电流过零前低电阻电弧状态,采用Cassie和Mayr电弧模型串联的形式,对一个最高电压245kV,开断电流50 kA的断路器,利用ATP-EMTP计算了L₇₅和L₉₀近区试验故障的TRV。研究表明,同断路器端部故障比较,开断近区故障对断路器性能要求更高     

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。     

特高压直流换流站金属回线转换开关电磁暂态特性分析

相比交流断路器,直流断路器的开断过程较为复杂,开展直流开关电磁暂态模拟具有重要的理论和现实意义.以某特高压直流换流站金属回线转换开关(MRTB)避雷器爆炸事故为分析对象,采用PSCAD/EMTDC建立仿真模型.利用Mayr电弧方程对直流断路器动态电阻进行模拟,将MRTB纳入完整的直流系统对其暂态过程进行分析,对MRTB开断过程中避雷器能量吸收进行量化计算,确定了避雷器爆炸故障原因.实现了对MRTB开断过程的电磁暂态仿真分析,对直流断路器的制造和运维具有重要参考价值.     

基于Matlab电弧模型低压断路器仿真

通过对低压断路器实验数据进行分析,在matlab中利用最小二乘法计算出Mayr电弧模型的相关参数,并利用Simulink建立简化的低压断路器开断短路电流的模型。仿真所得的结果与实验数据相比较接近,表明该方法对低压断路器开断动作的定性分析有一定参考价值。     

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。     

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。     

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.     

低压断路器开断特性的仿真研究

低压断路器广泛应用于工业与民用。现代化的电器研究需要利用计算机求解获得以前依靠实验才能获得的开断波形及性能参数 ,以用于新产品开发、优化设计及模拟实验。建立了基于磁流体动力学的低压断路器开断电弧模型 ,结合对电磁机构动特性的有限元分析 ,计算仿真了低压断路器的开断。结合可视化技术 ,研究了低压断路器开断的可视化仿真。     

非平衡态双温度SF_6等离子体电弧数学模型研究

笔者针对SF6断路器小电流开断过程中温度梯度、各粒子密度梯度较大等现象,对非平衡态等离子体双温度电弧模型进行研究。分析电子与离子及中性粒子的碰撞频率与碰撞截面对电导率的贡献,得到SF6等离子体电导率随温度和压力变化关系,进而建立小电流条件下非平衡态双温度电弧模型。在已建立小电流非平衡态双温度电弧模型基础上,将研究结果应用于126 kV SF6断路器开断容性小电流弧后介质恢复特性计算,得到计算结果与平衡态条件下相比是有差异的,此电弧模型的建立为非平衡态小电流数值计算提供了一种新的方法,研究结果对完善电器电弧理论具有重要意义。     

电弧停滞现象对低压开关电器分断的影响

电弧停滞现象是低压开关电器开断过程中的一个重要现象.电弧停滞时间的长短对低压开关电器的开断性能和限流性能有很大的影响,而电弧停滞时间本身受触头区域的磁场、触头开断速度、触头材料、灭弧室结构与器壁材料、触头形状和表面情况等因素的影响.     

封闭容器内部短路燃弧特性及电弧电压计算

为了准确计算金属封闭开关设备发生短路燃弧时产生的能量,通过开展小尺寸封闭容器内部短路燃弧试验,利用L-C振荡试验回路获得不同充电电压和间隙距离下的电弧电压和电流等数据,详细分析了封闭容器内部燃弧特性,结果表明：封闭环境中电弧电压与压强成正比;电弧电压有效值随电流变化具有较大的不确定性,间隙距离对电弧电压的影响更为明显,当间隙距离为5、10和15 cm时,电弧电压有效值的平均值分别为130.4、208.0、252.2 V。同时考虑到封闭环境中的电弧电压随机性较大,提出了一种基于支持向量机的电弧电压计算方法,并与基于Mayr电弧模型的计算结果及试验结果进行了对比,对比结果证明所提方法优于Mayr电弧模型,计算结果与试验测量值的平均绝对百分比误差仅为4.04%。     

低压交流电线故障电弧模型研究

研究低压交流电线故障电弧模型,对检测低压交流电线故障电弧很必要。文中对Schavemaker模型进行理论分析并进行简化。利用MATLAB软件构建电弧模型,对简化的Schavemaker模型和Mayr模型进行仿真比较,分析简化的Schavemaker模型仿真得出的电弧电流具有更明显的电弧电流零休区,较高di/dt和奇次谐波幅值。最后进行串行和并行电弧实验,实测波形和仿真波形进行比较,验证了仿真结论。结果证明简化的Schavemaker模型适用于低压交流电线故障电弧模型研究。     

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.     

Development of SF6 Gas‐Insulated Disconnecting Switch with Spiral Electrodes Using Motor Operating Mechanism

Gas‐insulated switchgear (GIS) requires reliability and economic efficiency. Circuit breakers, disconnecting switches (DS), and earthing switches have been designed to be more compact. DS requires performance in terms of insulation and current interruption. The bus‐transfer current is the highest among all current interruption requirements for the DS. To develop an alternating current DS driven at a lower speed, it is necessary to reduce the electrode damage. This paper describes the fundamental characteristics of current interruption in a magnetically driven arc using a spiral electrode. Since the arc is rotated by magnetically driven force, the arcing time in the spiral electrode is shortened to about one‐third compared with that of a plain breaker electrode. The DS using a magnetically driven arc was confirmed to comply with the bus‐transfer current switching requirements in the JEC standard. Moreover, a physical model of the magnetic driven arc was constructed, and the behavior of the arc was evaluated quantitatively. As a result, performance of current interruption could be predicted. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 179(3): 31–39, 2012; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21147     

应用灭弧防雷间隙抑制弧光过电压的方法

当绝缘子发生雷击闪络造成单相接地故障时,间歇性电弧容易引发弧光接地过电压,对电网绝缘薄弱处造成破坏,影响电网安全运行。针对上述情况,设计了一种基于"疏导型"防雷理念和"气吹灭弧"相结合的灭弧防雷间隙。该间隙在快速疏导雷电流入地的同时,启动高速灭弧装置,熄灭故障点工频续流,抑制间歇性电弧产生和过电压。笔者通过对小电流灭弧试验和MATLAB建立的灭弧间隙仿真模型进行分析,灭弧防雷间隙可以抑制雷击闪络后引发的弧光过电压。     

高压直流输电工程中的直流断路器设计及应用仿真

介绍直流断路器的设计原理,利用PSCAD仿真软件建立了基于改进Mayr模式的电弧模型以及直流断路器的模型.比较了直流断路器两种不同的设计方法,并基于大量仿真试验,提出了直流断路器设计中元件参数的选择方案.最后通过PSCAD/EMTDC仿真,证明了该方案在HVDC工程MRTB设计中的可行性.     

配电网单相接地电弧建模及仿真分析研究

为选择有效的配电网接地消弧措施及选线方法,有必要进行电弧建模及仿真研究。给出Cassie、Mayr、Schwarz、控制论等四种电弧模型的数学方程,其中Mayr、Schwarz、控制论等三种电弧模型适合描述接地电流较小的电弧的故障特征。建立Schwarz和控制论电弧仿真模型,并利用电弧特性测试电路对这两种模型做仿真对比分析。控制论模型因能直接设置弧长,直观地反映配电线路故障拉弧情况,更适用于谐振接地系统单相弧光接地故障仿真研究。采用ATP-EMTP软件建立谐振接地系统模型和控制论电弧模型,分析了不同电弧长度对电弧阻抗、接地电弧稳态和暂态特性的影响。仿真结果表明,利用控制论电弧模型可较直观且准确地仿真谐振接地系统弧光接地故障。     

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...