金属氧化物避雷器结构参数对雷电防护影响的有限元分析

为了有效利用金属氧化物避雷器(metal oxide surge arrester,简称MOA)进行线路雷电防护,需要准确分析避雷器结构参数对雷击能量与电场的影响。本文利用COMSOL软件建立110kV MOA模型,介绍其材料参数设置及求解方法,对MOA模型进行仿真冲击,并与试验数据进行对比。最后分析避雷器电阻芯直径和高度、绝缘层介电常数和厚度对避雷器吸收能量和电场强度的影响。分析结果表明:COMSOL中建立的MOA模型仿真数据与试验结果较为一致,能较好反映其在雷电流冲击下的响应特性。电阻芯直径越大,避雷器吸收的雷电冲击能量越少;电阻芯高度越高,避雷器吸收的雷电冲击能量越多。绝缘层介电常数的提高和厚度的增加降低了避雷器内部最大电场强度。可以通过有限元法提高避雷器雷电防护参数设计针对性与准确性。     

无间隙金属氧化物避雷器仿真模型适应性分析

无间隙金属氧化物避雷器(以下简称MOA)是电力系统过电压防护不可或缺的保护设备,是绝缘配合的基础。随着计算机功能的不断提升,电磁暂态仿真计算已成为电力系统选择、配置MOA及绝缘配合等的主要手段,MOA仿真模型的准确性直接影响着工程的可行性和造价。本研究针对MOA仿真计算模型适应性展开研究,通过实验和仿真对比分析了目前国内外认可使用的四种MOA模型,从不同暂态波作用下的残压特性、吸收能量和波形方面评价了各自的准确性和适应性。     

交流金属氧化物非线性电阻片在不同频率电压作用下的小电流区特性研究

在高压、超高压直流场、滤波器、电力机车、低频风电等新兴领域应用的金属氧化物避雷器(MOA)承受含有多次谐波的复合交流电压作用,运行中MOA呈现出发热高、劣化快、能量吸收能力不足等特性。笔者采用试验的方法研究了金属氧化物电阻片(MOV)在30Hz~1kHz间不同频率交流电压下小电流区的非线性V-A特性、泄漏电流的阻-容电流分量变化特性等,分析了频率、荷电率对特性的影响,得到随作用电压频率增高,阻性电流分量单调递增、功率损耗增大,发热、劣化加快等重要结论,为以后探究金属氧化物避雷器在特殊场合的应用提供了基础理论依据。     

500 kV串补MOV泄漏电流监测装置的研制及应用

根据串补装置用金属氧化物限压器(MOV)的工作特点,提出适用于500 kV串补MOV泄漏电流监测系统架构,并研制了MOV泄漏电流监测装置.研究在不同电压下MOV单只和多只组合条件下的泄漏电流特性,研究结果表明:与单只MOV泄漏特性相比,多只MOV不同并联时泄漏电流和阻性电流成倍线性增加,阻性电流角度在保持在84°至85...     

金属氧化物避雷器仿真模型适用性研究

一些中小型试验条件有限的企业,常采用仿真的方法对金属氧化物避雷器(简称MOA)进行模拟测试,但由于当前MOA模型种类繁多,如何选取合适的模型进行模拟显得至关重要。针对这一问题,介绍了MOA模型的研究现状,基于ATP-EMTP仿真软件建立IEEE模型、Pinceti模型和MWR模型,采用Heilder电流源对不同尺寸的金属氧化物避雷器用电阻片(简称MOV)分别施加波形为8/20μs、30/80μs和波头时间为1μs的冲击电流,将仿真结果和试验结果进行对比分析,根据残压和吸收能量相对误差确定适用性仿真模型。结果表明,3种模型的残压仿真效果均较好,MWR模型残压相对误差最小,IEEE模型次之;但3种模型吸收能量相对误差较大。为此,本文通过设计RLC放电回路代替Heidler电流源进行深入研究,得到的仿真结果更接近试验测量结果,分析两种电路设计仿真结果的差异,为解决当前研究中存在的这一问题提供了参考。在避雷器产品设计阶段可应用本文研究结果,节省设计成本,提高产品质量可靠性。     

避雷器及其比例单元的散热特性研究

研究避雷器及其比例单元的散热特性是考核避雷器热稳定性的关键。基于引起MOA温升的主要因素,试验研究了在工频电压加热、方波冲击电流及烘箱加热等不同试验条件下MOA及其比例单元的散热特性,并运用工程有限元软件ANSYS建模解析,给出了相应的散热时间常数和降温曲线。试验及解析结果表明:加热方式对MOA的散热特性影响较大,考核比例单元与整只MOA的热等价性时应保证加热方式和加热时间相同;相同外套等结构下,比例单元的轴向散热能力强于整只MOA,为了保证比例单元的散热能力等价于整只MOA,必须采取隔热措施,特别是注意限制比例单元的轴向散热能力;利用ANSYS建立的有限元模型解析结果与试验结果基本一致,可以作为进一步研究的辅助手段。     

暂态冲击负荷下MOA热散逸特性及影响因素研究

通过多起无间隙金属氧化物避雷器(以下简称MOA)事故的分析和研究,发现热崩溃在MOA损坏事故中占据很高比例.运行条件下,在MOA承受冲击负荷的过程中若发热高于散热则电阻片温度会累积升高,最终导致MOA热崩溃.MOA呈现的热散逸特性与暂态冲击负荷、MOA结构、元件材料、荷电率等因素有关,因此研究MOA的热散逸性及影响因素对MOA的设计和安全运行具有重要意义.本研究以典型35 kV复合外套MOA和瓷外套MOA为例,从暂态冲击负荷、MOA结构、荷电率以及表面污秽几个方面对MOA热散逸特性展开研究,获得了MOA热散逸特性及各因素对MOA热散逸特性的影响规律.     

500kV无间隙MOA电位分布分析及其均压化措施

采用静电场数值计算的模拟电荷法 (CSM)和电路分析中的节点电压方程法对 50 0 k V无间隙 MOA阀片承担的电压进行了分析。分析结果表明 ,上节元件两端和下节元件靠近地端的阀片承担较大的电压 ,这与该 MOA解剖结果一致。为改善此 MOA阀片承担电压的均匀性 ,对可能采用的几种措施用此种分析方法进行了仿真研究。并提出了“场 -路”结合思想 ,电场计算部分不仅可采用 CSM,也可采用有限元法 (FEM)、有限差分法 (FDM)等其它数学方法。本方法也为三维场转化为轴对称场或平行平面场提供了一种有效的途径。     

从IEC、IEEE、GB等标准看配电类金属氧化物避雷器的技术发展

结合IEC60099-4、IEEE Std C62. 11和GB/T 11032等标准历年版本相关内容的修订情况,对配电类金属氧化物避雷器(metal-oxide surge arresters,以下简称MOA)的技术发展进行了综述。从相关标准中关于配电类MOA的电气负荷联合作用试验(动作负载试验)程序的角度从发,梳理了相关技术要求和试验方法的变化历程,并结合配电类MOA的实际运行工况,对3类标准进行分析比较。IEC、IEEE标准对MOA的各种电气负荷联合作用的试验处理的方法和总体思路基本一致,但在试验程序和技术细节上有差异。当前IEC、IEEE有效版本都是采用8/20雷电冲击电流波形对配电类MOA注入能量或电荷量,符合配电类MOA的实际工作状况。GB/T 11032正在修订,希望能够有更多我国在配电类MOA中的科研成果和运行经验写入其中,推动配网MOA的技术发展。     

冲击电流下氧化锌避雷器多物理场有限元分析

金属氧化物避雷器由于其优异电气特性，在电力系统中广泛应用。但实际使用过程中，多片ZnO阀片串联组装成的整支避雷器通流能力低于单片ZnO阀片，导致线路保护与设备绝缘的能力降低。大电流作用下的整只避雷器不仅仅受到电流的作用，也会因电流导致避雷器的热变与力变，为了进一步分析金属氧化物避雷器在大电流作用下的情况，在COMSOL有限元分析软件中对避雷器进行了电-热-力多物理场耦合仿真，分析了整支10 kV避雷器在承受峰值100 kA大电流冲击作用下内部电、热、力分布情况。仿真结果表明上下端金具与ZnO阀片交界处场强达5.27 kV/cm;阀片中心温度90℃,边缘温度160℃;使用填充胶使外套最大拉应力由9.34 MPa降至0.8 MPa,降幅明显。试验结果表明，使用填充胶使整支避雷器通过100 kA大电流冲击前后参考电压变化未超过3%。     

500kV串联补偿装置MOV运行工况及暂态负荷应力分布研究

金属氧化物限压器(MOV)作为输电线路串联补偿装置的重要组成部分,限制系统故障时电容器极间的暂态过电压。MOV通常由多个单元并联构成,故障瞬间会通过大电流、吸收高能量。MOV单元间暂态负荷应力的分布状况直接影响MOV的保护特性,应通过优化设计确保其暂态运行可靠性。以某500 kV交流超高压带串补装置的系统为例建立了数值仿真模型,利用EMTP-ATP研究了串联补偿装置在不同运行方式下区外故障和区内故障时MOV的负荷应力。综合MOV的电压-温度特性试验结果,深入研究了MOV并联单元间暂态负荷应力分布特性及其影响因素。研究结果表明,在暂态过程中由于电阻片阻抗的负温度系数特性导致MOV并联单元间的电流分流不均匀程度加剧,使各单元的吸收能量极不均衡,若参数控制不当会导致MOV局部单元负荷应力恶性发展直至损坏。通过研究,获得了MOV单元间暂态能量应力不均匀度与静态固有不均匀度间的关系,为优化MOV多柱单元间参数配置提供了依据。     

220kV交流无间隙金属氧化物避雷器 电位分布及改善措施研究

杂散电容会使交流无间隙金属氧化物避雷器(metal oxide arresters without gaps,简称MOA)在持续运行时电位分布畸变而不均匀,严重时会导致局部电阻片承受过高的电压负荷,泄漏电流增大而加速老化,进而导致整只避雷器的损坏。因此本文对高压MOA的电位分布和均压措施进行了分类研究。采用ANSYS有限元仿真计算软件,分析了均压环罩入深度、电阻片间金属垫片排布方式和电阻片相对介电常数差异化分布对电位分布的影响。基于电位分布对220 kV MOA的设计结构进行了优化。通过研究,得到了不同结构方式下MOA电位分布的优化效果,对改进MOA的结构设计和提高运行可靠性具有一定的指导意义。     

防雷设计中SPD级间配合探讨

采用电磁暂态过程(EMTP)仿真计算软件,利用简化的电路模型,对前后两级金属氧化物压敏电阻(MOV)之间、两级MOV与不同性质负载之间作级间配合的仿真计算,并分析产品级间配合状况,为智能建筑防雷设计,特别是浪涌保护器(SPD)的设计安装提供参考。     

考虑谐波电压影响的金属氧化物避雷器在线监测算法研究

为解决金属氧化物避雷器(MOA)老化在线监测问题,提出一种基于萤火虫算法(GSO)的MOA在线监测技术。利用GSO算法较好的拟合逼近效果,计算MOA等效模型中反应MOA老化情况的k,c值,从而实现对MOA老化的在线监测,并通过仿真分析研究电力电网系统中谐波电压初相位和含量对本文算法的影响。仿真分析表明:GSO算法可以较好的将模型中的计算泄漏电流拟合逼近实际测量的泄漏电流,求解出k,c值,实现对MOA老化监测。此外,本算法对于电力电网系统运行电压中谐波电压含量及其初相位具有较好的抗干扰性,验证了本文算法的可靠性,提高了MOA在线监测的准确性。     

基于COMSOL Multiphysics的煤层气对流热采分析

COMSOL Multiphysics软件是一款以有限元法为基础,可以通过求解偏微分方程组来实现多物理场耦合计算的数值仿真软件。通过COMSOL Multiphysics软件,结合多孔介质弹性力学、渗流力学、热力学理论建立多物理场耦合模型,并借助前人成果,模拟向煤层注入200 ℃的水,对煤层气进行热采,计算煤层的应力场、渗流场、温度场的耦合变化规律,以及煤层气的产出量。研究结果表明:向煤层注热水60 d后,煤层温度整体达到160 ℃以上,煤体的渗透率基本能提高到2.1×10^-12 m²附近,结果证明利用对流热采新技术开发煤层气是完全可行的,开采效率极高,值得进行商业推广开发。     

中性点绝缘系统弧光接地过电压下MOA的保护性能和动作负载的数值计算与分析

通过对MOA在弧光接地过电压下限压性能和能量吸收的数值计算及分析.指出由于动作负载很大,必须对MOA在过电压下的能量吸收进行核算;选择适当特性参数,MOA可达到预期的弧光接地限压指标,同时宜配以接地故障选线保护以便在其耐受时限内实现故障速切,确保MOA的安全运行.本文的数值仿真系统为解决目前这一迫切的问题提供了有效的计算分析工具.     

避雷器及其比例单元热特性的试验研究

金属氧化物避雷器比例单元与整只避雷器具有热等价性是动作负载试验和工频电压耐受时间特性试验可行和可信的关键,初步计算运行最大理论温升△Tzmax是检查瓷外套多元件金属氧化物避雷器是否进行热应力的人工污秽试验的前提,而验证热等价性和计算△Tzmax均需将试品加热到120℃.通过对标准内容及试验实例的分析和研究,指出了验证热...     

温度梯度作用下非饱和盐渍土水盐迁移及变形特性研究

基于多孔介质理论以及连续介质力学原理,建立了温度梯度作用下非饱和盐渍土水-热-盐-力多场全耦合数学模型。该模型从固、液、气三相系统的质量、能量和动量三大守恒定律出发,考虑孔隙率演化、水体渗流、气体传输、盐分解吸-吸附效应、固体颗粒和孔隙流体可压缩性等因素的影响,更为准确地描述了非饱和盐渍土热质传输过程及其变形特性。此外,通过选取孔隙率、孔隙水压力、孔隙气压力、温度、含盐量和位移等基本未知量,并利用Comsol Multiphysics多物理场仿真软件对上述多场耦合过程进行了数值模拟。通过室内试验的实测结果对数学模型及模拟结果加以验证。结果表明,该模型可以较好地揭示非饱和盐渍土在温度梯度作用下的水、盐迁移机制和变形机制。同时,数值分析过程也进一步深化了对盐渍土水盐迁移及其变形特性的认识。对盐分吸附作用的研究也为进一步研究盐渍土的盐胀作用提供了理论准备。     

金属氧化物限压器压力释放过程热力参数分析

金属氧化物限压器(MOV)是串联补偿装置电容器组重要的过电压保护设备。当限压器组中某一台MOV单元出现贯穿性击穿故障时，一旦超出MOV的压力释放能力，易造成MOV爆炸。为了验证MOV在实际电流工况下的可靠性，笔者根据国内串补采用的无垫块(A结构)和有垫块B结构)两种MOV结构，建立了瞬态热气流场等效计算模型。针对型式试验、实际故障和极端故障的3种电流工况下，MOV单元出现贯穿性击穿故障时，其内部的气体发热和扩散情况进行了仿真研究。研究表明：MOV压力释放过程中，MOV内部压强增大的同时，伴随着空气温度的急剧升高，是MOV瓷套损坏的主要原因；电弧初期30 ms内的电弧能量注入水平对MOV瓷套内部压强的影响极大。在这段时间内，故障电流注入瓷套内的能量要远远大于型式试验工况；与型式试验工况相比，实际故障电流下MOV压力释放过程中的内部压强和温度的峰值显著提高，峰值时刻大幅提前，对MOV压力释放不利；MOV加装垫块后，瓷壁和顶盖最大压强显著降低，有利于压力释放性能的改善。     

围护结构热湿耦合传递模型及简便求解方法

为了预测围护结构内的温度和湿度分布,以连续变量,相对湿度和温度为驱动势,考虑热传递与湿传递之间的耦合作用,建立了围护结构热湿耦合传递非稳态模型,并提出了基于多物理场耦合仿真模拟软件COMSOL的热湿耦合传递模型简便求解方法。通过对比新建模型模拟结果与HAMSTAD标准验证实例,验证了模型及求解方法的准确性。