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。     

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。     

短空气间隙弧阻模型的研究

为了研究气体间隙的高频电弧特性,笔者设计了一种短空气间隙的放电试验回路。测量了间隙击穿时两端的电压及通过间隙的电流,经分析计算得到了短空气间隙击穿后电弧的变化规律以及燃弧阶段的弧阻最小值r_0。短空气间隙在击穿后的几十ns内弧阻从10~(12)Ω量级跌落至最小值r_0,持续几个μs后恢复。改变回路频率以获得不同频率下的弧阻最小值r_0以及燃弧持续时间t。当回路频率从4.8～13.5 MHz变化时,r_0从0.4Ω增大到5.0Ω,而燃弧时间t从4.0μs减小为0.9μs。将实验结果与各种电弧电阻模型计算值进行对比,在燃弧前期(0～1.1μs)Kushner电弧模型与实验结果较为吻合,但Kushner电弧模型的燃弧时间比实验值长。     

系统故障参数对真空断路器开断性能影响的建模与仿真研究

建立了基于扩散型真空电弧开断的真空断路器黑盒模型。以电流过零点为界,针对燃弧阶段建立了电弧电压模型,并根据试验数据确定了相关系数;针对弧后介质恢复阶段建立了基于朗缪尔探针理论的弧后电流模型,不同瞬态恢复电压（TRV）上升率对应的仿真结果与试验结果一致。基于所建立的模型,采用不同的方法评估了短路电流直流分量造成的真空断路器等效开断能力下降倍数,结果表明：燃弧能量法进行评估时最苛刻,转移电荷法次之,电流有效值法最轻。采用弧后电导表征真空断路器的弧后介质恢复程度,结果表明：TRV上升率主要影响弧后1.5 μs以后的介质恢复速率,而过零前短路电流下降率仅影响初始弧后介质恢复速率。最后给出了部分系统故障参数对真空断路器开断性能的影响规律。     

110kV复合绝缘子棒形并联间隙工频电弧疏导过程的试验研究

绝缘子串加装并联间隙装置后,可以疏导工频续流从而保护绝缘子。并联间隙的导弧性能对于绝缘子串的保护至关重要,因而深入了解电弧在间隙电极上的疏导过程及电弧运动特性非常必要。基于此,该文开展了短路电流大小为500A和15.75kA的燃弧试验研究。试验中使用高速摄像仪记录下了电弧运动过程,通过观察试验拍摄的图片分析了电弧的运动特性。利用之前研究建立的长间隙交流电弧模型,仿真计算了与试验电流大小相同的电弧运动过程。通过对比仿真结果和试验结果可知,对于弧根的运动情况,二者基本一致。虽然在弧柱的运动形态上稍有差异,但弧柱的运动滞后于弧根的情况是一致的。因此,电弧运动仿真模型的精确性较高,可用于分析并联间隙装置的导弧效果。     

考虑潜供电弧初始位置随机性的电弧仿真模型

短路电弧向潜供电弧转换过程中,因短路电弧直径远大于潜供电弧,潜供电弧出现的具体位置不能确定,潜供电弧初始位置具有随机性。针对这一问题首次建立了仿真模型,认为潜供电弧出现的位置与空间电导率有关,电导率越大,越容易击穿形成潜供电弧。基于此种认识,计算了空气电导率与温度之间的关系,进一步求得了不同短路电流下电导率沿电弧径向分布规律。在此基础上,仿真计算了不同短路电流下潜供电弧初始弧长的随机性,进而将潜供电弧初始位置随机性模型应用到链式电弧模型中,对潜供电弧进行仿真计算,获得了具有分散性的潜供电弧燃弧时间,并将仿真结果与实验结果相比较。结果表明:电导率随温度变化呈先增加后平坦最终降低的规律;电流为1 k A时电导率沿电弧径向单调递减,而电流为25 k A时电导率沿电弧径向呈现先增加后减小的趋势;随着短路电流的增大,潜供电弧初始弧长平均值与弧长的分散性也随之增大;燃弧时间计算结果与实验结果整体趋势一致,相对误差较小,计算模型可靠。     

充油密封容器内电弧对燃弧压力产生特性的影响

变压器在超、特高压输电系统中占有重要地位，变压器油箱内部电弧放电产生的过压使得变压器爆燃发生成为可能，严重威胁电网的安全稳定运行。为了探究大电流条件下电弧特征参量对燃弧故障压力产生过程的影响规律，基于自主建立的首个变压器网侧升高座电弧故障真型模拟试验平台，开展了不同油箱模型、电弧电流与电极间隙等条件下电弧故障真型模拟试验。实现了对升高座筒体上压力数据的采集，获得了不同电流与电极间隙距离的升高座内部压强时域变化曲线。基于试验研究，揭示了大电流下电弧特征对故障燃弧放电压力产生影响的物理机制，提出了升高座内部压力峰值与电弧放电功率之间的关联数理模型，给出了升高座防爆设计的试验和理论依据，推动了变压器防爆设计技术的发展。     

长间隙小电流空气电弧动态特性(英文)

单相接地故障引起的配电网短路电弧和输电网潜供电弧在大气中自由燃炽,电弧的非线性使电弧试验和建模都存在较大的难度.本文对这种长间隙小电流空气电弧的物理特性进行了测试和分析,测量了容性和感性回路产生小电流电弧的电压和电流波形,并拍摄了电弧发展的动态图像,以此分析了电弧特性的时变特征.结合电弧理论和物理学说,详细阐明了电弧电压和电流波形的产生机理及发展轨迹,并给出了电弧的弧道电阻和动态伏安曲线,揭示了电弧各物理参量之间的关系和变化趋势.最后提出了电弧自熄判据,并以此计算了燃弧时间,与实测时间基本吻合.结果表明,长间隙小电流空气电弧特性研究的方法合理、结论可信,对分析电弧自熄特性和建立科学的电弧模型具有参考价值.     

短路电流直流分量对断路器电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流的影响研究

随着电网容量的不断增大,电力系统短路电流直流分量的时间常数有很大可能大于其标准时间常数45 ms。目前非对称短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律尚无研究。因此,文中研究目标是获得短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律。基于高压断路器内部结构建立电弧物理焓流仿真模型,分别研究气体断路器开断对称电流和非对称电流时,燃弧阶段的关键电弧参数如电弧长度、压气室压力、喷口处气体质量流等参数的变化规律。研究结果显示:相同燃弧时间条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时,电弧长度变化不大,而燃弧过程中压气室压力、气体质量流略有增加。而在相同分闸时刻条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时的燃弧时间有可能更长,导致电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流数倍增长。然而,无论是在相同燃弧时间条件下,还是在相同分闸时刻条件下,上述关键电弧参数的变化使气体断路器的KEMA黑盒电弧模型计算得到的断路器开断能力的变化明显小于短路电流直流分量的增长所要求断路器需达到的开断能力量级。研究结果解释了断路器开断高直流分量的短路电流时,开断易于失败的原因,并可为提升高压断路器非对称短路电流开断能力提供理论依据。     

高速铁路中受电弓升弓过程弓网电弧电气特性

弓网电弧电气参数是高速铁路中弓网系统电接触特性的重要表征参量。为此,基于弓网电弧试验系统,研究了高速铁路中弓网电弧的伏安特性,分析了升弓过程中燃弧尖峰电压、燃弧时间和稳定燃弧电压的变化规律。测试了升弓过程中电弧电压,分析了其发展规律,利用气体电介质击穿理论和流注理论分析了弓网间隙击穿电压。对升弓过程中燃弧尖峰电压随弓网间隙距离的变化规律进行了曲线拟合。最后,研究了电流对电弧电压特性的影响。试验结果表明:弓网电弧伏安特性关于原点非对称;在受电弓连续升弓过程中,燃弧时间先增大后减小,燃弧尖峰电压与弓网间隙距离满足指数关系,拟合优度系数R0.97;电弧稳定燃弧电压随电流的增大而略有减小;燃弧尖峰电压变化斜率随电流的增大而增大。研究结果可为分析实际运行条件下的弓网电弧提供参考。     

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。     

电弧炉电极调节器对电网电压波动影响的仿真研究

针对电弧炉电极调节器性能对电网电压波动的影响进行了仿真研究。利用Matlab/Simulink提供的基本模块库和电力系统专用模块库相结合,搭建交流电弧炉系统的仿真模型。整个仿真模型可分为两部分,即电弧炉主电路和电弧炉电极调节系统,两部分结合构成一个闭环系统。根据电弧炉的工作特点,在仿真时,考虑分别加入两种类型的弧长扰动,即短路扰动和低频正弦扰动。在每种扰动下,通过改变电极调节器的性能参数,研究电网电压的波动。仿真结果表明在电极调节器性能参数设计不合理的情况下,电网电压波动剧烈,在性能参数理想的情况下,电网电压的波动幅值会大大地减小。     

小型断路器分断电弧的试验研究及其结构优化

针对某型号小型断路器(MCB)产品的灭弧室,采用电流振荡回路,试验观察了电弧的运动情况。通过观测电弧的运动以及电弧电压特性,结合电弧的烧蚀情况,分析了栅片形状、跑弧道、出气孔等对产品灭弧能力的影响。通过缩短上跑弧道、栅片后加带孔绝缘挡板和改变栅片固定件等方法,缩短了电弧的停滞时间、转移时间、燃弧时间、增大了栅片切割程度,提高了电弧电压,改善了MCB的分断性能。     

串联直流电弧特性及其在故障诊断中的应用

直流电弧故障常常会威胁到各种电力电子系统的安全运行,由于其本身的随机性和不稳定性,直流电弧故障很难被有效地检测出来。笔者设计了一套串联直流电弧试验系统用以研究不同因素如负载电流、直流源电压以及电极间隙长度对直流电弧特性的影响。在试验中,负载电流在6~30 A之间变化,直流源电压在75~300 V之间变化。同时还进行了固定源电压和负载电流下不同间隙长度的试验以研究电弧长度对电弧特性的影响。根据以上试验结果,进行了初步的电弧电压—电流特性的研究。最后,通过对时间窗内电流变化率的分析,研究了电弧电流的脉冲模式。以上研究结果为直流电弧特性研究及直流电弧故障检测提供了重要的基础。     

小开距真空间隙放电特性的研究

采用对固定开距的真空灭体室施加电压使其击穿的方法对与多次重燃过程有密切关系的小开距真空间隙放电现象进行了研究,发现该类放电的特征可用冷击穿电压和开距的关系、燃弧后真空间隙热态耐压强度和开距的关系以及放电时高频重燃半波持续数来进行描述。试验发现用铜铬触头材料制成的真空灭弧室具有最高的冷击穿强度、是银碳化钨的三倍、且对线路的参数不敏感。根据能量关系建立的高频重燃半波数模型可对高频重燃持续的时间进行计算。     

低压电器开关电弧可视化仿真研究

电器开关电弧的燃弧时间非常短,为了观察和分析燃弧的整个过程,提出一种基于电弧图像的可视化仿真方法.电弧弧柱的特征点从电弧图像中被提取出来,基于磁收缩效应、非均匀B样条理论和电弧特征点,建立一种弧柱的可视化模型.仿真结果显示,提出的可视化仿真方法对于低压电器开关电弧是有效的.     

弧柱压降对塑壳断路器限流性能的作用

低压断路器依靠栅片分割电弧成短弧来熄灭电弧,传统的观点认为塑壳断路器限流作用主要依靠短弧的近极压降.从塑壳断路器尺寸紧凑、栅片数受限制出发,提出弧柱压降对限流同样起很大作用.用最新文献中提出的经验公式进行分析,并对一个实际塑壳断路器在带与不带灭弧栅片条件下进行分断试验,测量其电弧电压,说明弧柱压降对限流性能的贡献.用不同触头系统结构的断路器作对比实验,双向斥开的触头系统的分断性能高于单向斥开的触头系统,证实提高弧柱压降是一种有效的限流措施.     

A new interruption method for low-voltage, high-capacity, air-breakcontactors through suppression of hot blowoff gases

The purposes of this study are to suppress the blowoff of hot gases from an arc chamber and to shorten the arcing time in the interruption of overcurrents. The blowoff of hot gases is suppressed by the cooling action of a porous metal plate attached in front of the gas exhaust holes of an arc chamber. From heat analysis, it is estimated that exhaust gas temperature is reduced to less than 10% of the temperature of hot gases in the arc chamber using the porous metal plate. The arcing time is shortened by a unique commutation electrode and arc runner. For interruptions of a 6 kA current in a 480 V circuit, the maximum arcing time of the new method is shortened by about 40% compared with that of a conventional method. From observation using a high-speed framing camera, it is concluded that the shortening of arcing time is due to an effective arc-drive by the commutation electrode and arc runner. The new method has been applied to contactors of 600 A and 800 A frames having the maximum rated operational voltage of 660 V     

用麦也尔电弧模型分析雷击引起的电压凹陷

雷击是当前电力系统面临的最严重的事故和故障原因。雷击在电力系统中产生过电压,该过电压如果超过电气设备的绝缘水平,就会导致系统故障,因此研究雷击引起的电压凹陷对于实际电力系统具有重要的理论价值和现实意义。侧重探讨配电网络由雷击引起的几种电压凹陷,即雷击引起的绝缘子闪络、保护间隙击穿续流、电弧接地引起的电压凹陷。由于电弧现象的复杂性,使得在以往的数字仿真中,仅仅用理想短路或者一个线性电阻来模拟接地故障电弧,大大降低了仿真结果的可信度。为解决这个问题,依据麦也尔电弧数学模型,给出了接地故障电弧的精确数字仿真模型。