高速气流灭弧防雷方法熄灭直流电弧的有效性

为解决雷击闪络造成的直流输电线路跳闸这一难题,建立了高速气流的速度冲击模型,分析了直流电弧运动的受力情况,并推导出直流电弧熄灭的条件;然后在建模分析的基础上,利用FLUNET软件仿真分析了在理想状态下高速气流熄灭直流弧的过程,并在高压试验室的条件下进行了灭弧试验。研究结果表明:仿真的灭弧时间为1.2 ms,而试验得出的灭弧时间为1.7 ms;由于仿真不能模拟真实的熄弧条件,因此仿真和试验得出的熄弧时间存在0.5 ms的误差,但都小于继电保护的动作时间。研究结果验证了高速气流灭弧防雷间隙熄灭直流电弧的有效性。     

爆轰气流耦合电弧的仿真与试验

为了有效地防止输电线路雷击跳闸,研究了一种主动、快速截断电弧的爆轰气流灭弧防雷装置,该装置并联安装在绝缘子两端,当发生雷击时,上下电极之间产生工频电弧,同时信号采集装置采集到雷电脉冲,雷电脉冲触发灭弧能量团爆炸产生的爆轰气流熄灭电弧。通过运用软件AUTODYN仿真分析得到近似理想状态下爆轰气流灭弧防雷装置在0.08 ms以内熄灭电弧;搭建试验电路进行灭弧试验,用摄像机观测得出爆轰气流灭弧时间为0.4 ms。仿真与试验得出的灭弧时间都小于继电保护动作的时间,从而说明爆轰气流灭弧装置具有良好的熄弧特性。     

10kV多断点灭弧防雷间隙熄弧特性研究及应用

为了研究10 kV电压等级多断点灭弧防雷间隙的熄弧特性,采用Fluent软件对高速气流耦合电弧过程进行了仿真分析。同时搭建了试验回路并进行了灭弧试验,通过高速摄像机观察了电弧熄灭过程,并且利用示波器采集了灭弧波形。仿真结果表明:电弧在高速气流作用下被分段,切断电弧能量补给通道,电弧温度急剧下降,最终电弧熄灭。试验结果表明:10 kV电压等级多断点灭弧间隙具有良好的熄弧特性,能在0.3 ms时间内熄灭工频电弧并且在后续时间内电弧未发生重燃。实际运行结果表明:多断点灭弧防雷间隙在实际安装运行中能有效降低雷击跳闸次数以及抑制工频电弧发展。仿真结果、试验结果及实际运行结果一致证明了多断点灭弧防雷间隙能够快速、有效地熄灭电弧,抑制工频电弧重燃。     

高速气流灭弧防雷方法的机理和效果研究

电力系统中大部分的雷害事故源于输电线路,为解决线路雷击闪络,造成雷击跳闸这一难题,提出了高速气流灭弧防雷方法。该方法将雷击电弧转移到放电间隙,通过雷电流信号触发气丸爆炸产生高速气流,快速地切断电弧,有效地阻止了雷击跳闸。文中建立高速气流的速度场模型和Mary电弧暂态模型,利用FLUENT有限元分析软件对气流和电弧的耦合作用进行了仿真分析,得出爆炸产生的高速气流使电弧在1.7 ms内熄灭。在高压实验室进行了灭弧试验,通过高速摄像机和示波器监测电弧熄灭过程,试验显示高速气流能在2 ms内熄灭电弧,仿真结果和试验结果基本相符,两者得到的灭弧时间均小于输电线路的继电保护的时间,由此可以得出高速气流灭弧防雷方法的有效性和可行性。     

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。     

高速气流作用下灭弧防雷间隙灭弧效果的研究EI北大核心CSCD

当架空输电线路遭受雷击而发生冲击闪络时,线路上安装的灭弧防雷间隙装置能够有效地保护绝缘子串免受工频电弧的烧蚀,同时能够在雷电冲击电流击穿间隙后深度抑制工频电弧。为了研究其灭弧效果,首先建立了该装置的气流控制方程组,运用ANSYS10.0软件对流体进行了气流场仿真;然后利用高速摄像机拍摄了电弧的发展过程,通过数字示波器记录了电弧电压波形,对灭弧防雷间隙的灭弧效果进行了试验验证;最后进一步探讨了不同故障电弧电流值下灭弧效果和气流速度的关系。仿真结果与试验结果表明:2.3 ms时刻高速气流速度最大且稳定地作用于电弧;试验得出气流熄灭电弧的时间为3.8 ms,一致说明该装置能快速熄灭电弧;气流速度越大,灭弧防雷间隙的灭弧效果就越好。     

高速气流作用下灭弧防雷间隙灭弧效果的研究

当架空输电线路遭受雷击而发生冲击闪络时,线路上安装的灭弧防雷间隙装置能够有效地保护绝缘子串免受工频电弧的烧蚀,同时能够在雷电冲击电流击穿间隙后深度抑制工频电弧。为了研究其灭弧效果,首先建立了该装置的气流控制方程组,运用ANSYS10.0软件对流体进行了气流场仿真;然后利用高速摄像机拍摄了电弧的发展过程,通过数字示波器记录了电弧电压波形,对灭弧防雷间隙的灭弧效果进行了试验验证;最后进一步探讨了不同故障电弧电流值下灭弧效果和气流速度的关系。仿真结果与试验结果表明:2.3 ms时刻高速气流速度最大且稳定地作用于电弧;试验得出气流熄灭电弧的时间为3.8 ms,一致说明该装置能快速熄灭电弧;气流速度越大,灭弧防雷间隙的灭弧效果就越好。     

爆炸气流作用下暂态电弧自熄灭时间计算

爆炸气流是影响暂态电弧自熄灭时间的重要因素,为此,从电弧运动的角度出发,研究了利用爆炸气流灭弧装置产生的爆炸气流对电弧自熄灭时间的影响。利用链式电弧模型以及电弧自熄灭弧长判据,对在故障电流为1 k A时不同喷口角度、气流速度灭弧参数下的电弧自熄灭时间进行仿真计算,并与试验结果进行比较分析,研究结果表明:在气流速度为300 m/s、电流1 k A、喷口角度60o时,仿真中得出电弧自熄灭时间为0.3 ms,而试验中得出的电弧自熄灭时间为0.4 ms,仿真值与实际值基本相符。电弧自熄灭时间与爆炸气流速度有关,在相同的故障电弧电流的情况下,电弧自熄灭时间随着气流速度增大而减小。这说明了爆炸气流灭弧装置在灭弧性能上的可行性。     

自膨胀气流作用下灭弧防雷装置截断电弧仿真分析与试验研究

为了解决配网线路的雷击问题,提高电力系统的防雷性能,利用"气吹灭弧"的方法,研制了一种能够抑制工频建弧过程的自膨胀气流灭弧防雷装置。研究了电弧路径控制、电弧突变拐点、电弧弧柱能量分段、自膨胀气流形成与灭弧机理,建立了自膨胀气流耦合工频续流电弧的数学模型,运用流体力学软件FLUENT对管道内自膨胀气流截断电弧的微观过程进行了模拟仿真,还进行了该防雷装置截断电弧试验,并借助高速摄像机捕捉了该防雷装置截断电弧的详细情况。结果表明:自膨胀气流灭弧防雷装置内部的特殊空间结构可以改变电弧发展路径,迫使电弧弧柱形成多个断点,延长后续工频电弧的暂态发展时间;自膨胀灭弧气流能在0.7 ms时间内完全熄灭电弧并抑制重燃;灭弧防雷装置内的建弧过程与灭弧过程几乎同时进行。工频续流电弧在暂态发展初期就将受到自膨胀灭弧气流的深度抑制,在电弧还未发展成熟且能量较小时会被自膨胀气流熄灭。     

固相爆炸纵吹气流条件下熄弧特性及抑制电弧重燃的机理研究

运用固相爆炸气流主动截断电弧是一种新型的防雷措施。这种措施是利用雷电诱导触发固相爆炸产生高速、高压纵吹气流作用于电弧萌芽的极早脆弱期,对电弧实行"以快制强"的熄灭机制。电弧熄灭后持续的气流将继续作用于雷电通道对电弧重燃实现深度抑制。建立爆炸气流及气流耦合电弧模型,得出电弧熄灭判据。运用介质恢复理论和能量平衡理论对电弧重燃抑制机理进行深度分析。利用ANSYS AUTODYN模拟仿真爆炸气流、气流与电弧间的耦合及灭弧筒内气流压力变化情况,并与试验结果进行比较分析。研究结果表明:仿真中得到电弧熄灭时间约为0. 08ms,而试验得到的电弧熄灭时间约为0. 4ms,二者灭弧时间均远小于继电保护装置的最快响应时间,其误差在可接受范围内,且熄弧之后未发生重燃现象。这说明了固相爆炸气流灭弧防雷方式提高供电可靠性是可行的。     

110kV固相灭弧防雷装置灭弧效果的研究

新型固相灭弧防雷装置能降低输电线路雷害事故,提高供电可靠性,为进一步验证其性能,文中对装置的作用机理和效果进行研究。介绍了装置的工作原理,通过电弧模型仿真和冲击气流灭弧仿真得出电弧电流在第一次过零点时被截断,理想环境下,高速冲击气流可在1.4 ms左右将电弧熄灭,且不重燃。灭弧试验表明,装置在极短的时间内熄灭电弧,保护绝缘子,避免继电保护动作,降低雷击跳闸率。冲击气流灭弧防雷装置的有效性和实用性得到验证。     

固相气流防雷装置熄灭工频大电流的仿真分析和试验研究

为验证固相气流灭弧装置在110 kV系统中熄灭工频大电流的能力,文中首先在Comsol Mutiphysics软件中将电场、流体及传热模块耦合,对高速气流与电弧的耦合发展过程进行仿真,以电导率确定电弧熄灭;其次到高压试验室开展固相气流下的40 kA工频大电流灭弧试验。仿真结果表明,固相气流熄灭工频大电流电弧的时间约为4 ms;试验结果证明在固相气流下6.7 ms左右熄灭40 k A的工频大电流电弧。由于仿真不能完全模拟实际灭弧条件,且电弧熄灭时间都小于继电保护装置动作时间,所以误差仍在可接受范围内。实际运行状况证明,该装置在实际运行中拥有熄灭工频大电流电弧的能力,且工况良好,性质稳定,能够有效降低线路的雷击跳闸率。     

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。     

压缩灭弧防雷装置灭弧效果的研究

为解决输电线路防雷问题,提出一种压缩灭弧防雷方法,发明了一种与绝缘子并联的压缩灭弧防雷装置。为验证其灭弧的有效性,首先利用Ansys Fluent有限元分析软件对纵向气流熄灭电弧的作用过程进行了仿真分析,表明装置触发后会产生速度峰值为500 m/s的有效膨胀灭弧气流迅速作用于电弧,从而加速电弧对流散热破坏电弧等离子体动态平衡,使电弧在0.2 ms内极快速熄灭。然后通过试验对仿真结果进行了验证,证明压缩灭弧防雷装置能在冲击电弧的起点就快速响应,并迅速产生高速气流作用于冲击电弧,使冲击电弧迅速熄灭,破坏后续工频电弧通道,实现"建弧无通道"的灭弧效果。并结合实际应用效果与试验和仿真,三者共同佐证了装置的灭弧效果。     

多断口自膨胀气流灭弧防雷间隙的灭弧机理

为了提高中低压配网线路的防雷性能,降低雷击跳闸率,利用"气吹灭弧"方法,研究了一种对工频电弧有强烈抑制作用的自膨胀气流灭弧防雷间隙装置。该间隙能够精准定位雷电放电路径,迫使电弧弧柱形成分段,同时产生自膨胀高压高速气流强烈抑制工频续流电弧的暂态发展过程,并最终熄灭电弧。研究了自膨胀气流的形成与灭弧原理,建立了自膨胀气流耦合工频续流电弧数学模型,运用了流体力学软件FLUENT对自膨胀气流灭弧过程进行仿真分析。进行了灭弧间隙装置熄灭电弧试验,并借助高速摄像机捕捉装置的灭弧详细过程,分析了装置在10 kV配电网线路的实际运行效果。结果表明:自膨胀灭弧气流作用在工频电弧暂态发展的早期阶段,深度抑制其发展过程,促使电弧拉长、变形、冷却、截断,并在4 ms内完全熄灭电弧并抑制重燃;防雷间隙能够大幅度降低雷击跳闸率,保护电网运行安全。     

配网线路新型灭弧装置熄灭工频电弧的仿真与试验研究

针对配网线路耐雷水平低,容易发生雷击导线断线、断路器跳闸的问题,基于“气吹弧”的思想研制了一种带有主动灭弧功能的多断口灭弧防雷装置。该装置能够控制电弧运动轨迹,利用其特殊的空间多断口结构迫使电弧多点截断,并在断口处产生高速气流抑制工频电弧暂态初始发展阶段,在电弧“萌芽期”就将其熄灭。文中首先对多断口灭弧防雷装置的结构和灭弧原理进行了深入分析;其次利用COMSOL Multiphysics仿真软件对气流产生过程及熄灭电弧的过程进行量化分析;然后根据IEC相关规定搭建了冲击闪络试验与工频续流试验相结合的试验平台,进行了工频续流遮断试验,试验得出装置能在1~2 ms内将幅值为1 kA的续流电弧熄灭;最后根据实际运行数据分析了装置的防雷效果,运行数据显示该装置已经多次成功动作,能够大幅度降低线路的跳闸率和事故率。     

爆炸气流灭弧试验与灭弧温度仿真分析

采用爆炸气流灭弧是一种最新的防雷方法。为研究爆炸气流灭弧防雷间隙灭弧暂态过程,对35 kV爆炸气流灭弧间隙进行10 k A工频电流灭弧试验,试验表明电弧在爆炸气流的强烈扰动下迅速被拉长截断,灭弧时间约为4 ms。同时根据电弧熄灭的温度判据(即当故障电弧温度降低到3 000~4 000 K时熄灭)利用有限元计算软件FLUENT对气流和电弧耦合作用暂态过程中的电弧温度进行模拟仿真。由仿真结果可知,在高速爆炸气流的作用下,电弧能量变弱,温度呈非线性下降,在4 ms时降至熄灭的临界值熄灭。为了验证试验与仿真的实际效果,进行了爆炸气流灭弧防雷间隙实地运行试验。运行试验表明:爆炸气流灭弧防雷间隙能够降低雷击跳闸率90%以上,安装灭弧间隙后的输电线路既限制了雷击过电压,又能显著降低雷击事故率,具有良好的实用性。     

基于磁流体动力学的35 kV自脱离防雷装置灭弧仿真

为研究影响基于气吹灭弧原理的自脱离防雷装置灭弧的影响因素,文中基于磁流体动力学理论建立装置灭弧过程的数值仿真模型,研究电流初始相角与装置气流速度峰值对装置熄弧性能的影响,并结合大电流燃弧试验验证模型有效性。研究结果表明,自脱离防雷装置灭弧时间与工频电流初始相角密切相关,在0°～180°电角度区间内,电弧熄灭所需时间随工频电流初始相角的增大而减小。装置气流速度峰值对电弧熄灭具有决定性作用。当灭弧气流速度峰值高于243 m/s时,装置可在半个工频周期内有效熄灭电弧并防止重燃;灭弧气流速度峰值低于243 m/s时,在装置产气灭弧筒出口处将出现“电弧堵塞”现象导致电弧重燃。研究结论可为气吹防雷装置灭弧性能优化提供理论依据。     

架空线路并联保护间隙仿真建模分析研究

为解决雷击输电线路所引起的跳闸停电事故,提出一种喷射气流灭弧防雷装置。介绍了该装置的运行原理,并通过多物理场仿真软件对气流熄灭电弧过程进行仿真。仿真结果显示,该装置能在1ms内完全熄灭电弧,且电弧不会复燃。因继电保护响应时间为20ms,故灭弧装置能在继电保护响应前熄灭电弧,防止断路器跳闸事故的发生。     

双能式SF_6高压断路器灭弧室结构设计及熄弧特性仿真研究

为满足现代电网快速切断和保护的需求,SF_6高压断路器作为主要的一类线路保护装置,其灭弧性能有必要得到加强。针对目前自能式SF_6高压断路器灭弧时存在反应时差,提出一种新型活塞助气双能式SF_6高压断路器灭弧室结构,并以此为研究对象,在分析双能加强气流形成与灭弧机理的基础上,建立灭弧过程的气流场模型与电弧模型,采用Fluent软件对灭弧室内双能加强气流截断电弧时电弧耦合气流温度场变化过程进行仿真分析。仿真结果表明:提出的双能式灭弧室结构拟用于110 kV电压等级进行灭弧时具有良好的熄弧特性,能在5 ms时间内熄灭工频电弧并且可以在后续时间内有效抑制弧触头间二次燃弧。该灭弧室结构能够在电弧熄灭后继续保持灭弧通路内有冷态气流通过,可快速降低热膨胀室内的燃弧余温。通过该研究可以为提高SF_6高压断路器开断能力提供技术参考。