110 kV GIS内部故障电弧条件下压升计算及壳体耐受能力分析*

随着近年来电力行业的不断发展,气体绝缘开关设备在电力系统中得到了广泛应用,但其内部故障电弧产生的高温、高压和壳体损坏会对设备、建筑物和人身安全造成巨大威胁;对GIS内部故障电弧进行分析,可节省大量的测试费用,缩短新产品的开发周期。对110 kV GIS内部故障电弧条件下的压升进行计算并分析壳体耐受情况,结果表明各部件单元的设计满足性能要求,没有发生外壳破碎的可能。     

内部故障下高压SF_6气体绝缘金属封闭开关设备壳体状态的分析

介绍了SF6气体绝缘金属封闭开关设备发生内部故障电弧的危害 ,分析了发生故障时电弧使壳体烧穿及气压升高使壳体爆裂的产生机理 ,从而提出了在设计上应采取的措施。     

内部故障电弧下GIS母线壳体的分析及设计

为验证GIS母线壳体在发生内部故障电弧时,壳体烧穿或短路电流被开断而不会发生爆炸,笔者依据经验公式完成了GIS母线筒的结构设计,并通过ANSYS结构模块对母线筒的强度进行了计算验证,同时通过2.8 MPa水压试验完成了对母线筒强度的校核,验证了设计和理论计算分析的可靠性。另外,考虑到母线筒内电弧的运动效应,由此引起的壳体烧穿时间加长,计算分析了此种情况下GIS母线耐内部故障电弧的能力。分析的结果表明,设计的母线壳体能够满足标准要求。     

SF6气体绝缘金属封闭开关设备壳体耐受内部故障电弧的探讨

介绍了GIS内部故障电弧燃弧过程,给出了壳体耐受内部电弧时间的量化公式,提出了控制和减少故障电弧的具体措施     

GIS设备短路电弧效应与压力释放装置设计

分析了GIS设备内部短路电弧造成的问题,介绍了GIS设备异常时气室压力上升和外壳烧穿时间的计算方法,并初步探查了GIS设备壳体的有效防护措施——压力释放装置的合理设计。同时,以某种550 kV GIS设备为例,计算短路电弧出现时气室内部压力变化及壳体烧穿时间,结果表明各气室的壳体设计均满足要求,没有发生壳体烧穿、破裂的可能性。     

一起220 kV GIS防爆膜的故障分析

GIS防爆膜是防止GIS设备因内部气压骤增导致壳体爆炸的重要泄压设备,其位置的选取和参数的设计与GIS内部燃弧故障紧密相关,文中针对一起220 kV GIS防爆膜的误动作故障,基于GIS内部故障电弧引起壳体内部压力增加的原理,分析不同电压等级下GIS防爆膜的气室选择依据和设计参数选择,论述了该GIS设备防爆膜设计存在的严重错误,该分析结论对GIS设备防爆膜的选型和验收具有重要的参考意义。     

GIS内部故障电弧引起压力升高及烧穿时间的分析与计算

对气体绝缘金属封闭开关设备外壳因内部故障电弧引起的效应进行了分析,依据国家标准,对其烧穿的时间和和罐内压力进行了分析和计算.采用应用的算法对ZF15-363kV GIS进行分析和计算,结果表明其各气室的设计能够满足产品性能要求,没有发生外壳碎裂的可能性.     

低压成套开关设备内部故障电弧研究

介绍了低压成套开关设备内部故障电弧,结合标准GB/Z 18859—2002及IEC/TR 61641,对低压成套开关设备进行内部故障引弧试验并对试验现象进行分析,阐述了引起内部故障电弧的原因,通过对样机进行合理优化改造设计,并采取了必要的故障电弧防护措施,使得顺利通过试验,为通过引弧试验提供了参考。     

800kV GIS母线内部故障电弧分析及试验验证

母线是GIS设备的主要导电回路,设计具有高参数、高性能的母线结构是保证GIS设备可靠运行的基础。母线在发生内部故障电弧时会产生压力升高,从而引起壳体的破坏,会对整体设备运行及人身安全造成严重危害,因此需要对母线在内部故障电弧下的压力升高进行分析。文中介绍了800 kV GIS母线的技术参数和结构特点,对某实际工程母线结构内部故障电弧下的压力升高及烧穿时间进行了详细地分析及计算,通过内部故障电弧型式试验进一步验证了该母线具有良好的耐受内部故障电弧的能力。     

电弧作用下SF_6气体分解产物的试验研究

SF6开关设备发生故障或存在缺陷时,设备内部会产生SF6分解产物,通过检测这些分解产物为设备故障定位和缺陷诊断提供了有效手段。试验研究了SF6开关设备在不同开断电流、不同燃弧时间以及有无吸附剂情况下SF6气体分解产物的变化情况,分析了设备在电弧放电故障时SF6气体分解产物体积分数变化趋势及影响因素,为设备的故障诊断提供了有效手段。     

电极类型对封闭容器内部短路燃弧特性及压力升的影响

开关柜内部短路燃弧故障时有发生,其短时间释放巨大能量引起隔室内部压力迅速上升,严重威胁设备、建筑物以及工作人员的安全。由于实际开关柜内部电弧试验周期长、耗费大,模拟封闭容器内部短路燃弧试验成为研究该问题的主要手段。利用L-C振荡回路开展了封闭容器内部棒–棒、板–板间隙短路燃弧试验,分析了不同电极类型对封闭容器内部短路燃弧特性和压力升(相对压强)的影响,结果表明:封闭容器中弧压受压强、气流和电极类型等因素影响,数值与开放环境差异较大。棒–棒和板–板间隙燃弧对应的电弧电位梯度范围分别为18.8～23.8 V/cm和15.9～19.6 V/cm,其中板–板间隙的弧压数据波动较为剧烈,分散性更大,且数值小于棒–棒间隙。相同间隙距离和电弧能量下,板–板间隙短路燃弧引起的压力升大于棒–棒间隙。     

中压气体绝缘金属封闭开关设备泄压孔设计方法研究

为避免内部电弧故障的爆炸危害,保证快速泄压,提出了一种金属封闭开关设备泄压孔的设计方法。笔者分析了Cassie电弧模型和标准计算法,并利用MATLAB软件仿真了开关设备内部电弧故障、压力上升及泄压的过程。通过逐步更改泄压孔尺寸,计算出对应的内部最大过压力,同时结合气箱、支柱绝缘子和动密封处密封圈的强度或接触压力,设计出合适的泄压孔,并加以试验验证。仿真结果接近于试验数据,并通过型式试验的验证。试验结果证明了仿真与设计方法的合理性,不仅提高设备的安全性能,而且缩短新产品开发周期。     

GIS内电弧闪络及其对盘式绝缘子表面的影响

<正> GIS内击穿或闪络产生的电弧移动路径和能量,决定了它们对导体、外壳和邻近的盘式绝缘子表面的破坏程度.燃弧期间的电流幅值决定着电弧的速度和热量,它们能够导致GIS内外壳的烧穿,触头表面烧蚀和汽化,SF_6气体压力的上升以及对盘式绝缘子表面的破坏.电弧的移动主要取决于电弧的电流幅值、压力和绝缘气体的类型、绝缘介质的均匀性、电场以及外部电磁场的综合作用结果.这些影响电弧移动的因素同时也决定着电弧的路径.电弧移动还可能在不同程度下受到某些因素的影响转化成纵向或横向移动.     

66 kV开关设备电缆舱安全设计

<正>海上风电66kV开关电缆舱结构不同于常规开关柜，一旦发生内部燃弧故障，事故可能波及整个风电机组塔筒。介绍了66kV开关设备电缆舱泄压装置、壳体强度及电缆舱门紧固等相关设计，并通过仿真及实际试验进行了验证，为从业者提供相关参考。随着海上风电的发展，大容量风电机组已成为发展趋势。风电机组容量提升，集电电压由35kV提高到66kV，原塔筒内的中压电气设备更替为66kV高压电气设备。为防止内部燃弧故障，中压开关柜通常都设置分隔舱室，并配置泄压装置，     

环境友好型HFO-1336mzz(E)混合气体在负荷开关中的灭弧性能仿真研究

为了减少SF₆在电力设备中使用量，研究了环境友好型SF₆替代气体HFO-1336mzz(E)气体作为灭弧介质在12 kV负荷开关中的应用可行性，建立了2维磁流体动力学仿真模型，在压气式负荷开关结构下进行负荷电流开断过程仿真，对比了0.12 MPa下30%HFO-1336mzz(E)/CO₂、30%HFO-1336mzz(E)/干燥空气混合气体与0.1 MPa下SF₆气体燃弧过程中的电弧电压、灭弧室内温度场、气流场分布以及弧后热击穿特性。研究表明，HFO-1336mzz(E)混合气体熄弧尖峰略大于SF₆，且电弧在轴向上扩散速率大于SF₆。电流快过零时，混合气体的电弧温度比SF₆低1400 K。通过弧后热击穿评估，30%HFO-1336mzz(E)/CO₂、30%HFO-1336mzz(E)/干燥空气混合气体的热开断能力分别可以达到SF₆的95%和96%。研究结果可为HFO-1336mzz(E)...     

基于弧光保护的中压开关柜母线保护装置应用技术研究

中压开关柜内部若出现短路电弧,将破坏柜体完整,并严重影响中压母线正常运行,是中压母线最常见的故障之一。通过ANSYS软件建立开关柜模型,对比分析不同时刻和位置下燃弧产生的压力效应及热效应。仿真结果表明在5ms内切除内部电弧故障,开关柜的内隔室最大压力下降到0.2MPa,柜壁温度不超过300K。设计了一种原理简单、检测故障时间短、抑制故障电弧动作可靠迅速的保护装置,通过内燃弧试验验证,该弧光保护装置可最大限度地保障弧光产生时工作人员的安全,避免开关设备和变压器的严重损坏。     

基于半经验模型的熔断器燃弧过程计算与分析

为研究其燃弧特性,建立了电弧燃烧半经验数学模型。首先通过ANSYS有限元软件对熔断器弧前时间进行计算;并对电弧燃烧的物理过程分析和简化,建立了熔体烧蚀、石英砂烧蚀、电弧与石英砂换热、电弧电压以及外电路模型;然后通过Matlab求解计算,将计算得到的电流和电压曲线与实验得到的曲线进行拟合,确定电弧相关物性参数,引入燃弧过程中电导率随温度变化的曲线;最后以该模型为依据,某型额定1 200 V/1 250 A熔断器为研究对象,分析了电弧燃弧过程以及熔体的结构尺寸对弧压峰值和过零时间的影响规律。仿真和实验结果表明:随着宽带宽度和节距长度的增加,熔体的弧压峰值增加,过零时间减短;熔体总长保持在固定值时,改变断口数和节距长度对燃弧特性影响甚微。熔体的弧压峰值应控制在额定电压的3倍以内,过零时间取安全保护裕度内。     

雷电——工频联合加压下1100kV GIS壳体暂态电位分布及接地方式的研究

为了研究1 100 kV气体绝缘金属封闭开关设备在雷电—工频联合加压试验过程中由短时燃弧引发的壳体暂态电位升高的电位分布情况,文中采用导体传输线理论对雷电—工频联合加压试验回路各组成部分以集中或分布参数等效,特别地将壳体绝缘法兰等效成串联电容,建立了试验回路的暂态模型并进行仿真。将仿真计算结果与试验数据进行对比,验证了模型的准确性;分析了1 100 kV GIS试验回路壳体暂态电位分布规律并且对接地线型式和接地方式进行了合理选择,最终证实铜箔接地对暂态电压幅值和频率的抑制具有良好效果。     

大功率直流接触器在不同介质中开断电弧特性的实验研究

电动汽车的快速发展和航空系统供电容量的进一步提升对大功率直流接触器提出更高的要求。为了研究大功率直流接触器中密封气体的种类及压强对于接触器开断电弧特性的影响,设计了带单向气阀的桥式直流接触器样机,搭建了直流开断实验平台,测试了不同气体介质和压强下的电弧电压、电流、燃弧时间、燃弧能量等,对比分析了灭弧介质和压强对直流接触器开断特性的影响。结果表明:直流接触器燃弧过程3个阶段中,电弧在触头之间拉长阶段占据了总燃弧时间的60%以上;压强为0.3 MPa时,氢气、氮气、氦气3种气体分断200 V/1 200 A的燃弧时间分别为1.20 ms、1.42 ms和1.54 ms,氢气电弧电压的峰值远高于其他两种气体,且燃弧能量低,表现出优良的灭弧性能;压强从0.1MPa升至0.3MPa,3种气体的灭弧性能均得到显著提高,表现为燃弧时间缩短17%,燃弧能量降低约15%,电弧运动速度加快。     

双断口真空断路器开断特性的试验与仿真研究

为分析双断口真空断路器的开断特性,建立了双断口真空断路器的合成开断试验平台和基于一种改进真空电弧模型的电磁暂态仿真平台。对开断电流、电弧电压、燃弧时间和瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)分配比例等参数进行了试验测量,通过仿真诊断等离子体参数,对试验结果进行了机理分析。结果表明:过长的燃弧时间会导致过大的燃弧能量和转移电荷,可能使电弧发生集聚;高压断口的延迟分闸会造成弧后残余等离子体特性的差异,从而加剧双断口真空断路器TRV分配的不均匀性;这2种情况均不利于开断。此外,双断口真空断路器均压电容的取值除了考虑TRV均匀分布外,还应兼顾弧后阴极表面电场分布的一致性,过大的均压电容反而不利于开断。因此,燃弧时间及其同步控制和合理均压电容值的选取是双断口真空断路器成功开断的关键。