气吹电弧介质恢复强度的数值计算

本文在电弧轴对称及局部热力学平衡条件下,建立了气吹电弧二维(r,z)非定常电弧数学模型。在考虑紊流效应时,选用3K-ε双方程紊流模型。计算结果给出电流过零后0～300μ3时间内电弧温度的恢复特性,并由此计算出电流过零后弧隙间介质强度的恢复特性。此计算结果与实验测量结果基本吻合。     

密封式继电器稳态热平衡条件下的电弧等离子体微观参数计算

在电弧等离子体处于稳态热平衡条件下,针对密封式电磁继电器,从主要的化学反应过程出发,考虑反应产生的化合物都是气态的假设,建立了描述电弧微观特性的物理模型,并以铜触头和高纯氮气氛条件为例,分别计算了纯氮气和混有一定量铜蒸气的高纯氮气工作环境下电弧的微观参数.计算结果表明,在氮气为主体的情况下,氮和铜元素的比例变化对电弧等离子体中各种粒子的数密度的影响很小.     

输电线路潜供电弧自熄特性仿真

潜供电弧自熄特性影响输电线路的单相重合闸时间,对提高系统的输送容量和可靠性至关重要。基于经典的Mayr电弧模型,采用非线性时变电阻描述弧道特性,建立了弧阻方程,分析潜供电弧的运动特性,获得电弧实时长度以迭代计算弧道电阻,根据能量守恒原则提出了判断电弧是否自熄的弧阻判据。给出了输电线路潜供电弧的计算电路,进而阐明了计算电弧自熄特性的仿真流程。利用长间隙小电流电弧试验数据,对潜供电弧仿真模型的待求变量进行参数估计,编制了实用仿真程序,计算了电流、电压、弧阻和燃弧时间等电弧特性,与试验结果进行了对比分析。结果表明,潜供电弧电位梯度为1 500～2 000V/m,计算结果与电弧试验波形接近,燃弧时间的计算误差在工程允许误差范围内,提出的潜供电弧仿真模型及计算方法合理可行。     

简化的Schavemaker交流电弧模型参数的计算方法研究

以工业、商业、住宅的电气系统为背景,以建立准确的电弧模型为目的,基于简化的Schavemaker模型进行研究,提出一种基于神经网络的模型参数计算方法。利用基于实验数据的模型参数计算方法得到神经网络训练样本,构建模型参数与工作条件之间的神经网络。利用所建网络可在无法获得特定工作条件下的电弧实验数据时直接预测该工作条件下的模型参数值。最终的验证结果表明,所提出的基于神经网络的模型参数计算方法准确度高,而且相比于现有方法具有一定的优越性。同时也反映了所建交流电弧模型能有效地实现电弧模拟,可为进一步的交流电弧特征学习和检测算法设计提供方法和工具。     

气密继电器电弧等离子体热物性参数计算分析

建立气密继电器电弧流体仿真模型的基础是获得电弧等离子体的热物性参数特性。文中为了获得在300~20 000 K温区,压强0.1、0.4、0.8、1.0 MPa,银蒸汽的比例为1%、10%、50%条件下的N_2-Ag等离子体热物性数据,通过最小吉布斯自由能模型计算了N_2-Ag等离子体的热力学特性。利用新的势能模型计算了N_2-Ag混合等离子体的碰撞积分,进而确定了N_2-Ag等离子体的输运特性。同时着重讨论了热物性特性在不同压强和不同银蒸汽含量时的演变情况。结果表明,增大压强能抑制等离子组分的分解反应和电离反应。银蒸汽含量达到50%时对N_2-Ag等离子体的热物性参数有显著影响。通过与其他文献比较,计算数据得到有效性验证,可以应用于具有银触头的气密继电器电弧等离子体的仿真建模。     

低气压下空气间隙电弧对覆冰绝缘子串直流闪络的影响

覆冰绝缘子串在直流闪络过程特别是低气压条件下中易产生空气间隙电弧形成"飘弧"现象,飘弧易桥接覆冰绝缘子串,且空气间隙电弧和冰面电弧具有不同的伏安特性,而传统的覆冰绝缘子串直流闪络模型由冰面电弧和剩余冰层电阻构成,没有考虑空气间隙电弧,在低气压下计算结果与实际情况相差较大。为了解此一现象,首先从理论上分析了飘弧对低气压下覆冰绝缘子串直流闪络电压的影响,建立了考虑和忽略空气间隙电弧的覆冰绝缘子串直流闪络模型,根据理论模型计算了相应的闪络电压,并与试验结果进行了比较分析。试验与理论计算结果表明,飘弧现象随着气压的降低和绝缘子串覆冰及污秽的程度增加而增加,低气压下进行绝缘子串直流闪络建模、预测和特性试验时应考虑空气间隙电弧及其飘弧的影响。     

铅垂岸水库污染混合区的理论分析及简化条件

在恒定时间连续点源条件下,从移流扩散方程的完全三维解析解出发,给出了顺直铅垂岸大宽度深水水库污染混合区的解析计算方法和等浓度曲面方程,分析了污染混合区的断面和平面形状的变化规律;以污染混合区下游长度L_d为特征长度,定义了佩克莱特数Pe,给出了污染混合区无量纲上、下游长度、最大宽度与最大深度及相应纵坐标和面积的计算公式及其诺莫图.表明污染混合区的无量纲尺度主要取决于佩克莱特数,其次无量纲最大宽度和面积还与λ_y、无量纲最大深度还与λ_y和λ_z有关.给出了非保守物质污染混合区的修正计算方法以及保守与非保守物质的计算分区图;完整系统地提出了三维移流扩散方程定量化的简化条件.该解析方法和计算公式可为天然水库污染混合区的估算提供有力的工具.     

电动力作用下万能式断路器操作机构运动特性仿真及试验

分析了短路分闸时电弧的运动过程,根据不同触头开距建立了多种类型的电弧模型。基于有限元方法计算了不同模型下动触头受到的电动力,将计算的最小和最大电动力数据导入ADAMS空载仿真模型,从而建立了DW45型万能式断路器(ACB)短路条件下的运动特性仿真模型。仿真结果得到了ACB在电动力作用下的最慢、最快分闸过程。试验测量验证了实际分闸过程处于仿真范围内,证明了模型的有效性。     

SF_6旋弧式断路器瞬态吹弧磁场的数值分析

本文用数值方法研究SF_6旋弧式断路器的吹弧磁场。由于断路器的开断过程是一种瞬态过程,采用基于有限差分技术的Crank-Nicolson方法计算吹弧装置的瞬态电磁场,计算结果与实验数据十分吻合。通过在不同条件下对吹弧磁场的数值分析,找出了铜套结构参数与磁场的关系,研究了主电流在不同合闸相角时与含有直流分量情况下的瞬态磁场特性,特别是对电弧零区磁场的分析,提出了在电弧电流过零瞬间获得最大磁场的途径。     

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。     

故障电弧模拟测试系统及不确定因素的研究

针对低压系统故障电弧问题设计了一套故障电弧模拟测试系统,该系统含有上位机模块、下位机控制模块等,可以实现切割电缆、碳化路径及点接触3种类型故障电弧输出。同时,采用Logistic识别算法作为故障电弧保护电器检测的辅助判据。通过对系统中存在的不确定因素进行分析,选取切割电缆模块中的切割速度、电缆线径与电流幅值,以及点接触模块中的拉弧速度与接触面积作为主要影响因素进行研究。研究表明,在特定条件下电流零休时间会呈现趋势性变化,改变单一条件可使其变化1 ms左右。依据研究结果选取最合适的起弧条件,以提高故障电弧保护电器检测结果的准确性。     

基于小波包变换和高阶累积量的电弧故障识别方法

当低压配电系统接入混合负载或在支路中出现电弧故障时,电弧故障识别难度大幅提升。针对此类电弧故障,提出一种基于小波包变换与高阶累积量相结合的电弧故障识别方法。首先采集不同负载、支路电弧故障下的电压、电流数据,建立电弧故障波形数据库;然后利用小波包变换对电弧电流信号进行分析,通过对多种试验数据进行分析,确定了通用电弧特征频带,对电弧电流波形进行重构作为电弧特征信号;通过分析故障电弧特征信号的4阶累积量值,提出了一种能够在时域中识别电弧故障的判据。该判据可以准确、快速地识别单一负载、混合负载以及支路电弧等情况下的电弧故障,且能够较为准确地检测电弧故障发生的时刻,为复杂电弧故障识别及起弧时刻的研究提供参考。     

并联电抗器中性点小电抗的选择及其对单相自适应重合闸的影响

根据单端带并补的输电线路模型,推导了最佳中性点电抗器的取值,以达到对相间电容进行完全补偿并在瞬时性故障时快速熄弧的目的。同时,建立了线路瞬时性故障时的一、二次电弧模型,并在ATP/EMTP中进行了500 kV输电线路瞬时性故障的仿真,仿真包括了输电线路进行导线换位和不换位2种情况,明确了不同中性点电抗器的选择对熄弧时间、潜供电流、恢复电压的影响。由仿真分析发现了传统基于电压幅值、电压畸变的单相自适应重合闸判据的不足。指出自适应重合闸判据应适应线路导线有无换位、有无并补、有无中性点电抗器及中性点电抗器取值大小等情况,从而达到在瞬时性故障时断路器在最佳时间快速重合、永久性故障时不重合的目的。     

Efficiency assessment of arc suppression reactors based on the energy criterion carried out on a test bench

The efficiency of the arc suppressing reactors (ARSs) is studied under conditions of intermittent single-phase arc earth faults (SPAEFs). Based on theoretical analysis specifying the obtained calculated ratios, the conclusion is drawn that there is a strong influence of ASR tuning accuracy on the voltage recovery period on the faulty phase after the SPAEF arc extinction in the region of compensation small detuning, which serves as confirmation of the need to make requirements for tuning accuracy stricter. Thee given considerations are proven by physical modelling of intermittent arc earth faults carried out on an experimental–test bench of at Ramenskoe Electrotechnical Plant Energy (RETZ Energy) with a capacitive current of the single-phase arc earth fault of 43 A. The test took into account the network active earth conductivity, which was modelled with the help of the water resistors providing the change of the active resistance by their heating under operating voltage in between tests. An energy criterion was proposed for ASR evaluation under conditions of the intermittent SPAEFs for interpretation of the measurement results and possibilities of quantitative comparison of the efficiency of reactors of the different types; this criterion is based on evaluating the average power coming out at the location of the arc fault. Measurement results of the average SPAEF powers show that it is effective to restrict the allowable detuning level of an ARS with a 3% regulated gap. Analysis of ASR operation with biasing under the conditions of intermittent SPAEF was carried out, and comparison was performed of efficiency under this mode for the RZDPOM-300/6.6 and RUOM-300/6.6 reactors.     

基于邻波电流差与随机性的交流串联电弧故障识别

低压电力线路的交流串联电弧故障易引发电气火灾,造成人身财产损失。根据故障的电流突变量幅值与电流变化量的电弧随机性特征,提出了基于电流邻波绝对差与随机性的电弧识别方法。该方法基于故障前后的电流突变量变化规律,以突变幅度作为故障启动判据。然后根据故障周期间电流变化量在不同负载种类、气隙间距下的电弧随机特征时域分布,构建了电弧故障存在性判据。最后通过一维卷积神经网络综合识别电弧故障。当故障支路负载功率占比20%时,所提方法使用未训练干路数据的平均检测准确率为90.97%,可有效检测串联电弧故障,具有较好的适应性。     

串联故障电弧检测方法的研究

提出了一种基于小波包能量熵的故障电弧检测方法,该方首先计算电流信号的小波包能量熵对故障电弧电流信号的能量分布进行定量描述,然后,提取故障电弧电流与正常工作电流的能量熵比值,并将其作为故障发生的判据。结果表明,该方法能有效提取串联故障电弧电流的时频特征,为串联故障电弧的诊断和检测提供了一种新途径。     

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。     

A new flashover dynamic model of polluted HV insulators

In this work, a model based on field criterion has been developed to represent the flashover phenomenon, which occurs due to surface pollution on high voltage insulators, under ac voltage. The values of potential and electric field on an insulator surface have been determined using the finite element method (FEM). The open model of the insulator has been used for calculating the resistance in series with the arc, in addition to the values of the leakage current and the arc gradient. As a new approach, this dynamic model uses Lagrange multipliers for the solution of the pollution flashover problem. Both the impedance and the electric field criterion have been used for the propagation of arc on the surface. A computer program called NFDM (new flashover dynamic model) has been developed to achieve this. The results obtained from the program have been compared with theoretical and experimental results of other researchers.     

基于改进电弧模型的PSCAD仿真分析

通过理论建模分析的方法,根据电弧的基本控制方程,建立了喷射气流条件下改进的Mayer电弧模型,并利用PSCAD对气流灭弧过程进行了仿真。仿真表明在高速气体的冲击下,间隙电弧能够被高速气流快速切断而熄灭。     

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。