炸气流灭弧性能及应用效果分析

为了研究爆炸气流灭弧防雷间隙的灭弧特性,通过对该灭弧防雷间隙的爆炸气流工频灭弧试验,得出了该灭弧防雷间隙的工频续流电弧在4 ms时间内即被强气流吹灭,气流维持时间大于6 ms。同时建立链式电弧模型和Mayr电弧模型分别对电弧所受气流压力和爆炸气流灭弧防雷间隙的能量散失特性进行研究,并利用力学软件ANSYS14.0对强气流干扰下的电弧能量进行仿真分析。从结果分析可知电弧在气流强压力作用下能量迅速耗散,并在极短时间内被截断熄灭。在实际运行中,降低雷击事故率97%,灭弧效果明显。     

500 kV双回换位塔电气模型设计优化的研究

目前国内500kV双回换位塔的电气模型存在不利于复合绝缘子防上下伞裙的冰桥短接和防雷性能不足等缺点。通过安装侧针完善跳线防雷设计,改变跳线出口角度改善绝缘子高压端的场强分布,悬垂串和耐张串采用内弧结构的拉线型U形环避免芯棒与端部金具连接的扭伤,跳线串改成八字形或V字形以有效防污闪、雨闪和冰闪,耐张串采用复合绝缘子使双回换位塔完全免清扫。从而500 kV双回换位塔电气模型即可得到优化。     

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。     

气吹弧装置仿真与试验研究

并联间隙雷击闪络后能快速疏导电弧保护绝缘子,但无法有效切除后续工频续流。因此,基于“气吹弧”思想研究设计了一种应用于高压输电线路的气吹弧装置。该装置与绝缘子串并联安装,当雷击线路时利用绝缘配合先于绝缘子击穿闪络泄放雷电流入地,并同时利用雷电脉冲信号触发灭弧气丸产生高速气流,能够在继电保护装置最快响应动作前熄灭电弧。通过仿真在理想状态下得出该装置能够在4 ms内将20 kA的工频续流熄灭;通过试验得出该装置能够在2.6 ms内将5.1 kA的续流电弧熄灭。仿真与试验结果基本一致,共同验证了所设计气吹弧装置具有良好的灭弧效果。     

不同纵向磁场对大电流真空电弧中阳极活动影响的仿真研究

纵向磁场对阳极活动的控制效果对于大电流真空电弧成功开断十分关键。采用建模仿真的方法,分析不同纵向磁场强度对阳极活动的影响。基于大电流真空电弧模型,仿真得到不同纵向磁场强度下输入阳极的能流密度分布,并以此作为阳极活动模型的边界条件,得到不同磁场强度下的阳极熔化、蒸发情况。仿真结果表明:对于工频电流(50 Hz)电弧,阳极温度的最大值出现7 ms时刻附近;随着纵向磁场的增大,阳极表面温度、饱和蒸汽压、阳极蒸汽流量都相应减小;随着纵向磁场的增大,熔化半径增大,但是熔化深度减小,改善了阳极的烧蚀情况。     

高铁接触网的自能式组合间隙结构有效性研究

为了解决高铁接触网雷害问题,目前研制了一种应用于高铁接触网的组合型多断点灭弧防雷间隙装置(CMALPGD)。为了验证灭弧装置的可行性,论述了装置的产气及熄弧原理,建立了灭弧室电弧三维动态磁流体动力学(MHD)模型,并通过COMSOL Multiphysics仿真软件分析了CMALPGD动作时,灭弧室断口处电弧的温度、电导率及产生的高速气流速度(最高速度达1 000 m/s)的变化情况,验证了高速气流能够作用于电弧并熄灭电弧,同时抑制电弧发展,整个熄弧时间约为2. 5 ms。同时构建试验电路进行灭弧试验,得出试验条件下的灭弧时间为3. 0 ms,且一段时间内电弧未发生重燃。仿真和实验结果几乎相同,充分验证了CMALPGD应用于高铁接触网的可能性。     

Controllability of arc jet from arc horns with slits

Ultrahigh-voltage transmission lines must be protected from lightning surges and the large-current fault arcs which follow. Horns which are installed at the jumpers on the strain towers have a role in protecting the insulators from the fault arcs by coordinating insulation strength and holding large-current fault arcs between the horns. Although a flat surface of the electrode tip with a small diameter effectively meets these requirements, it results in the deterioration of corona discharge depressing capabilities in a steady state on power transmission lines. To improve corona discharge depressing capabilities and to reduce deflection of arc jets, finally two types of hemispherical-shaped arc horn electrodes with slits are developed. The arc jet control performance of those horns was disclosed experimentally as follows:

• (1) Two types of arc horn electrodes with our or six slits show remarkable arc jet control performance in the current of larger than 5 kA.
• (2) The addition of a rod-type central electrode at the center of the hemispherical-shaped electrodes results in the considerable extension of arc jet controllability in the wider current zone by containing the arc spot within the tip area of the central electrodes.

Based on the foregoing results, arc horn electrodes with slits have been designed and utilized for practical application.     

10 kV线路防雷用反冲多间隙结构灭弧装置理论与试验研究

针对配电网线路易受雷击引起绝缘子闪络造成线路停电的难题,文中研究了一种基于“疏导-灭弧式”思想的反冲多间隙结构灭弧装置。该装置利用绝缘配合先于绝缘子击穿闪络泄放雷电流入地,同时利用其反冲结构和多断口结构迅速熄灭电弧。首先,对装置的结构和灭弧原理进行了介绍;然后,对反冲结构和多断口结构的灭弧过程用数学模型进行了描述;接着,探讨了影响电弧熄灭的主要因素,得出提高气流速度是提高灭弧效率和缩短灭弧时间的有效方式;最后,通过工频大电流灭弧试验论证了该装置具有良好的灭弧效果,能够在4 ms内将幅值为2 kA的电弧熄灭,并且该装置在4片绝缘伞裙下也能控制电弧进入其内部。     

500kV输电线路风偏跳闸的分析研究

为预防和减少风偏跳闸 ,分析了 2 0 0 4年六七月华中地区连续发生的风偏跳闸现象 ,发现故障放电发生区域及时段均有强风伴有大或暴雨 ,杆塔构架或金具和导线均有路径明晰的电弧烧痕 ;重合闸均不成功 ,强风消失后均试送成功。分析认为风偏放电的主要原因有①强风使导线风偏角过大 ;②暴雨降低空气间隙的放电电压 ;③设计对恶劣气象估计不足。因此对发生了故障的线路 ,耐张塔跳线加装跳线绝缘子串和重锤 ,直线塔的绝缘子串加装重锤 ;对已调爬或换装了加长型合成绝缘子的交直流线路则结合所在区的气象条件全面校核风偏间隙 ;对档距中的树木、边坡等亦应校验风偏。     

10kV配电网压缩灭弧防雷装置工频续流遮断与雷电冲击实验研究

针对配电网络通常不架设避雷线,雷击时极易引起闪络跳闸的情况,本文研究了一种应用于10kV线路的具备灭弧能力的防雷装置。压缩灭弧装置本质上是一种带有灭弧能力的并联间隙,为验证其有效性,对其分别进行了遮断灭弧实验以及雷电冲击放电实验,实验结果表明：该装置能在4ms内熄灭电弧且能达到抑制重燃的效果;通过雷电冲击实验得到了该装置在干弧长度为22.5cm的支柱绝缘子下的间隙长度为5、7、9cm的伏秒特性曲线,分析其伏秒特性曲线,最终得出适合此类绝缘子的间隙长度是不超过7.4cm,为日后的工程安装提供理论指导。     

750kV输电线路四分裂刚性跳线系统

为了满足新疆与西北主网联网750kV第二通道输变电工程建设需要,研究了750kV输电线路四分裂跳线系统。采用理论计算的方法得出了跳线的电场强度,确定了子导线型号,根据风偏角计算结果给出了跳线系统的参数,同时结合工程需要开发了跳线四变六转换器和加强抗磨型间隔棒等配套金具。750kV四分裂跳线系统通过了相关试验及鉴定,能够满足工程使用要求。     

550kV交流滤波器断路器灭弧室电场计算

交流滤波器小组断路器爆炸事故会给电网的安全稳定运行造成了极大的威胁,有必要通过对断路器的仿真计算来分析影响灭弧室内绝缘的因素以判断断路器的故障产生的原因。考虑到设备结构对称性,利用Solidworks软件建立了550 k V双断口瓷柱式断路器的单断口三维计算模型,包括动静弧触头、瓷套、SF6和空气包等,并采用有限元计算软件ANSYS开展三维静电场的仿真计算。通过对正常开断、瓷套壁有金属微粒、弧触头间有金属微粒、弧触头上有金属微粒和瓷套加宽等5种工况的计算,发现最大电场强度出现在断路器熄弧后7.5 ms时刻,弧触头上存在金属微粒将使最大场强值显著增加。适当提高灭弧室SF6气压并采取金属微粒吸附措施将有利于减少断路器内绝缘故障。     

基于液态金属自收缩效应的故障电流触发器

随着舰船电力系统容量增大,系统短路电流水平急剧上升,传统电磁脱扣保护装置难以满足现代舰船电力系统快速保护需求。提出了一种液态金属型故障电流触发器,利用液态金属GaInSn在短路电流条件下的自收缩效应产生弧压作为动作信号,具有反应速度快、可靠性高、可自恢复等优点。搭建了液态金属型故障电流触发器弧前特性试验平台,设计了额定1 kA的装置样机,进行了温升及弧前特性试验。试验结果表明:液态金属型故障电流触发器额定1 kA通流条件下电极温升仅为43 K,其稳态通流能力主要受电磁力作用约束;液态金属型故障电流触发器弧前时间与di/dt近似呈反比关系,当电流上升率为10.3 A/μs时,触发器弧前时间为1.09 ms。液态金属型故障电流触发器可作为混合型限流断路器的短路电流检测装置,对提高装置可靠性、实现快速限流具有重要意义。     

基于MHD的改进型保护间隙快速熄弧仿真

保护间隙用于防雷保护,虽然结构简单,但其空气间隙往往无法快速将电弧熄灭,进而导致线路的跳闸率升高。针对此问题,提出了在保护间隙旁加装一个拉弧线圈的方法,通过改变间隙的磁场分布,使得电弧所受的电磁力增加,电弧半径变小,从而加快电弧的熄灭。基于COMSOL仿真平台,根据磁流体力学(MHD)理论建立了间隙电弧放电仿真模型。仿真结果表明,改进型保护间隙的电弧偏移量远大于传统保护间隙,电弧最小半径为传统保护间隙的47%。现场实验证明,改进型保护间隙的电弧均能够在5 ms内被熄灭,远小于传统保护间隙熄弧时间,最大只有传统保护间隙熄弧时间的14.1%。     

500 kV单回路耐张塔边相跳线直跳上绕布置

目前我国500 kV交流单回路干字型耐张塔边相跳线均采用直跳型式,边相带电部分最低点比耐张塔导线横担低4～6 m,有时成为对地距离的控制条件,需要进行地面开方、砍伐树木或者升高耐张塔。通过对500 kV单回路耐张塔进行改造和优化设计,将高边坡侧的边相跳线采用上绕布置方式,彻底消除对地距离由边相下绕跳线控制这个因素,达到既减少对环境的影响,节省线路综合投资,又方便施工,提高线路运行可靠性的目的。     

Pressure Rises Due to Arc under Insulating Oil in Closed Vessel—Pressure Fluctuation of Depth Direction in Oil

When a fault arc occurs in oil‐filled electric equipment, it generates a flammable gas and a dynamic pressure rise. In this study, the pressure rises due to the arc are measured in a closed vessel containing air and oil for different arc depths. The pressure rises in air and oil with different depth are measured under experimental conditions involving an arc current 6.6 kA, an arc duration of 100 ms. Experimental results show that the frequency of pressure fluctuation varies with the depth of the arc. Our approximate calculation of the pressure fluctuation with consideration of the oil flux is consistent with the experimental results.     

改进混合型限流断路器限流特性及换流电弧能量分析

混合型限流断路器兼备了机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速分断的动态特性,是国际上断路器研究的新方向。为了对高di/dt电流下混合型限流断路器的换流电弧能量进行分析,在已研制出的两种混合型限流断路器样机基础上,开展了相同实验线路参数和设定动作值条件下的两种限流断路器方案的对比实验。改进方案可将电流上升率di/dt为18A/μs的短路电流限制到7.5kA,分断动作时间1ms,相比于初始方案,改进方案分断速度更快,限流能力更强。进而计算了2种方案在不同短路电流上升率下的换流电弧能量,并分析了电弧能量对触头烧蚀特性的影响。改进方案能够有效地降低换流电弧能量,减小电弧对触头的烧蚀,提高触头寿命。研究表明改进方案更适合需要多次分断高di/dt短路电流的应用场合。     

基于三维空问模型的杆塔跳线空气问隙设计分析

建立了输电线路杆塔及跳线的三维模型,通过算例验证了其正确性。对影响直引跳线的跳线间隙的因素进行了详细分析。结果表明,对直引跳线而言,增大前后侧耐张串长度或减少前后侧耐张吊挂线间距,可减少横担尺寸。     

ACCC导线芯棒高温“竹节”现象浅析

ACCC 导线整体上无疑是一种性价比优良的新型架空输电导线,能有效提高载流量,提高线路输送能力。但也有其自身的弱点,通过对ACCC 导线进行不同状态的耐高温性能试验,发现该导线耐张跳线段的碳纤维复合芯棒表面高温运行时会出现“竹节”现象,在设计中应予特别关注。建议直线段采用ACCC 导线时,耐张跳线段最好用常规的ACSR 钢芯铝绞线或采用耐热铝合金导线按双分裂布置。     

750 kV输电线路耐张塔刚性跳线的研究开发

西北750 kV输电线路有43基耐张转角塔。为了确定经济、安全可靠、施工方便的跳线连接方式,预选普通软跳线、笼式硬跳线及铝管式硬跳线3种方式进行经济技术比较。通过计算、试验和论证,推荐采用铝管式硬跳线,它加工简单、施工方便,可降低工程造价,完全满足线路工程使用要求。