双触发喷射气流灭弧防雷间隙的灭弧效果研究

为有效熄灭输电线路工频电弧,并且防止其因工频电源或多次回击导致电弧重燃,大幅降低雷击跳闸率,研究了一种双触发喷射气流灭弧防雷间隙。该装置通过连续触发的两次高速气流,在熄灭电弧的同时持续加速弧道对流散热,抑制电弧重燃。同时,针对多次回击引起弧道重燃的情况,装置通过快速的切换灭弧能量体做到气流与回击一一对应。基于电弧能量平衡理论建立了气流耦合电弧的模型,通过ANSYS Fluent软件对双触发喷射气流熄灭电弧过程进行了仿真。在实验室环境下,模拟了装置单次熄弧试验与多次触发实验。实验结果表明,双触发喷射气流灭弧防雷间隙可在8 ms内熄灭电弧,有效抑制电弧因工频电源或多次回击引发的重燃。     

对吹式爆炸气流灭弧防雷装置熄弧效果研究

为了研究对吹式爆炸气流灭弧装置的熄弧效果,建立mayr电弧模型,仿真分析气流耦合电弧过程。同时构建试验电路进行灭弧试验并采用摄像机记录在高速气流作用下整个电弧熄灭过程。仿真与试验结果表明:该灭弧装置能在工频续流的第一个过零时刻熄灭工频电弧,熄灭电弧后对吹式灭弧装置间的间隙没有被再次击穿,说明了对吹式灭弧防雷装置有效抑制电弧重燃,具有实用价值。     

新型强气流灭弧防雷装置的灭弧效果研究

强气流灭弧防雷装置能有效截断雷电弧,深度抑制工频电弧的发展和重燃。为进一步验证其性能,利用耦合场气流状态方程分析装置灭弧过程,说明强气流打破电弧能量平衡状态将电弧熄灭;并利用ANSYS AUTODYN4有限元分析软件对气流与电弧的作用进行仿真,得出灭弧通道内高压气团产生高速气流迅速作用于雷电弧的衰减期,在0. 12 ms内电弧被熄灭。在实验室环境下进行的灭弧试验得出灭弧时间为0. 2 ms,证明了防雷装置动作迅速,在各喷口处将电弧截断,且电弧熄灭后不重燃。     

基于压缩电弧多点截断的灭弧防雷间隙机理研究

配网输电线路没有避雷线的保护,因此雷击造成感应过电压幅值大、作用范围广、雷击闪络概率高。为了改善配网线路雷击跳闸频繁的现状,设计出一种能连续、多次动作并长期运行的压缩灭弧间隙,对其产生自膨胀气流灭弧机理进行研究。设计并完成了冲击电弧和工频电弧叠加作用下的灭弧实验。电弧的熄灭过程借助高速摄像机和示波器监测。结果表明,该灭弧间隙能在冲击电弧暂态发展初期对其能量分段,并于1.2 ms左右熄灭2 k A的工频电弧。该装置已应用于10kV配网线路上,验证了该装置的实用性。     

冲击气流灭弧防雷装置的实验研究

为提高输电线路的防雷水平,降低跳闸率,介绍了一种利用高速冲击气流截断电弧的防雷灭弧装置。装置与绝缘子串并联,可将雷电通道引向并联间隙,利用雷电信号触发产气装置,高速的冲击气流将后续工频电弧熄灭。灭弧实验表明:气流可在3~5 ms内将电弧熄灭,时间远低于继电保护的响应时间,避免了雷击跳闸。速度实验表明:冲击气流速度越大,灭弧效果越好,当气流速度达到500 m/s以上时,灭弧率达87%以上,是比较理想的灭弧效果。该装置在现场运行良好,验证了其有效性和实用性。     

高速气流灭弧防雷间隙建弧模型的研究

根据气体动理论,气体放电理论和电弧等离子体理论,利用能量守恒定律,建立用于35 kV架空配电线路的高速气流灭弧防雷间隙闪络时工频电弧的建弧模型,用MATLAB软件进行计算仿真,分析高速气流的灭弧特性。仿真计算结果表明,高速气流能在0.016 5 s内吹灭工频电弧。     

爆炸强气流灭弧防雷间隙研究

为了解决架空输电线路的雷击问题,研制了一种对建弧率有强烈抑制效果的爆炸强气流灭弧防雷间隙装置,使雷电流通过闪络路径流入大地,同时喷射出大量高压、高速电负性气体迅速熄灭工频续流电弧。建立了爆炸强气流耦合工频电弧的数学模型,运用有限元分析软件AUTODYN分别对爆炸气流场和耦合气流场进行仿真。进行了爆炸强气流截断工频续流电弧试验,并借助摄像机和示波器模拟记录输电线路雷击时灭弧防雷间隙中工频续流电弧的发展变化情况。试验结果表明,爆炸强气流灭弧防雷间隙能在0.4 ms内完全熄灭电弧并抑制重燃。     

配网线路压缩灭弧防雷间隙的研究

由于配网线路耐雷水平低,网络结构复杂,常常遭到直击雷和感应雷过电压的影响,导致线路跳闸和设备损坏,给电网运行安全带来极大的风险。为解决配电线路雷击跳闸的问题,研究了一种压缩灭弧防雷间隙:通过有效的绝缘配合使得雷电闪络能够准确地控制在设定的防雷间隙之中,利用雷电冲击电弧自身的能量进行压缩,产生"磁抽吸"效果使得大量气体被吸入压缩管道,在压缩管道内温度瞬间上升产生自膨胀气流,加速电弧突变拐点的能量耗散,使得电弧能在电力系统继电保护装置最快动作时间之前有效地熄灭。本文建立了灭弧过程中最为关键的压缩、温升、对吹模型;在冲击电弧实验中,示波器的波形有效地证明压缩灭弧装置可以对冲击电弧进行能量分段并截断电弧;在工频电弧实验中,通过与普通并联间隙的灭弧效果比较,发现压缩灭弧装置可以使工频电弧电压波形衰减周期更快、幅度更大,装置可以在1 500μs内对2 kA的工频电弧进行截断并且熄灭。压缩灭弧防雷间隙在35 k V配电线路运行效果良好,能够有效地降低配电线路的雷击跳闸率。     

35kV喷射气流灭弧防雷间隙抑制电弧的理论研究

输电线路采用多种雷电防护措施,其中效果最好、经济效益尤其高的当属新型喷射气流灭弧防雷间隙,其工作原理为:雷击发生时通过触发放置于其半封闭空间内顶端的灭弧能量包爆炸产生高压、高速的气流,在极短时间内完全熄灭电弧,且不发生重燃。从动量守恒和能量平衡两个方面来讨论气流与电弧的耦合情况,考虑在理想状态下,灭弧能量包爆炸产生的动量全部转化为气流作用于电弧上的冲量,足以在瞬间破坏电弧维持平衡所需的条件,使得电弧在极短时间内被熄灭。进行35kV电压等级下喷射气流灭弧防雷间隙熄灭电弧的有效性实验,并且记录实验过程,得出在3 ms内熄灭电弧的结论。采用Fluent软件对气流与电弧的耦合过程进行仿真分析,并通过实验结果与仿真结果进行对比,验证了喷射气流灭弧防雷间隙灭弧的有效性。     

防雷间隙大电流快速灭弧试验研究及应用

雷击绝缘子闪络后,产生的工频电弧会烧灼绝缘子串及导线,严重时可能导致绝缘子串烧毁和架空导线断线事故。为了改善绝缘子串缺乏主动快速灭弧的能力,设计出一种能够快速熄灭工频电弧的防雷灭弧装置。并进行了大电流灭弧试验。电弧熄灭的过程是借助高速摄像及示波器监测。结果表明,该装置以"以快治强"的方法干预早期电弧,能在试验回路的继电保护动作之前熄灭1 k A、10.8 k A的工频电弧且熄灭电弧时间短于8 ms。该间隙已应用于35 kV、110 kV、220 kV电压等级的输电线路上,验证了该装置的实用性。     

冲击气流作用下灭弧防雷间隙截断电弧的机理

为了提高输电线路防雷高效性,以普通并联间隙为基础提出一种基于冲击气流作用的灭弧防雷间隙。通过分析灭弧防雷间隙和绝缘子配合时的伏秒特性,研究了其截断电弧机制。建立链式电弧模型,并对电弧元进行受力分析,推导出电弧元各速度分量控制方程,得出其数值与电弧元长度无关,与冲击气流速度有关,且气流速度越大电弧运动越快越利于熄灭电弧。运用Ansys10.0软件对流体进行气流场仿真,利用高速摄像机拍摄电弧的变化过程,通过数字示波器记录电弧电压波形,仿真结果与试验结果表明:2.6 ms时冲击气流速度最大且稳定的作用于电弧,试验得出气流熄灭电弧的时间4.5 ms,没有发生重燃,一致说明该装置能快速截断电弧。     

基于叠加性雷击防护的灭弧方法仿真分析

当叠加性雷击连续向输电线路放电时,将会对电网运行造成毁灭性打击。提出通过诱导固相气流全程匹配叠加性雷击放电时重复建弧的灭弧方法,将实现对所有雷击工况防护全覆盖。为了验证其灭弧方法的科学有效性,首先对灭弧原理进行了扼要分析论证;然后建立数学模型,对固相气流在灭弧腔内的作用效果进行理论分析与量化计算;提出并建立了叠加性雷击模型并用仿真软件对两种流体耦合过程进行模拟。理论分析计算与仿真结果表明:固相气流能在1L的刚性空间内维持高达131 MPa的强压2.8 ms以上;电弧能在气流正压作用时间内可靠熄灭;深度抑制叠加性雷击发生时的重复建弧。     

多管道压缩气体灭弧防雷间隙研究与应用

为了降低10 kV配电线路雷击跳闸率、事故率,利用"压缩-气吹"灭弧新方法研发一种多管道压缩气体灭弧防雷装置。通过合理的设计装置的结构,研究压缩气流形成与灭弧原理,建立压缩气流熄灭工频电弧的数学模型,利用Fluent软件对单元灭弧结构进行了灭弧仿真分析,设置了灭弧试验验证装置的灭弧性能,分析了装置在10 k V配电网线路的实际运行效果。结果表明,多管道压缩气体灭弧防雷装置能在2.5 ms内熄灭电弧,保护电网的运行安全。     

基于高速气流灭弧的防雷间隙的仿真分析和试验研究

与传统防雷措施不同,基于高速气流灭弧的防雷间隙是一种新型防雷措施,它是基于普通并联间隙的设计理念,通过加装信号采集器和灭弧筒来实现高速气流熄灭电弧,规避了普通并联间隙不能主动熄灭电弧的瓶颈。本文首先介绍新型防雷间隙的作用机理,通过仿真分析和试验研究来探究高速气流对于由雷击引起的冲击电弧的影响,抑制了工频电弧的深度发展,进而有效地避免了雷击跳闸事故。接着分析了电弧重燃抑制理论,装置在实际挂网运行中取得了优异的效果。     

持续性大电流直流电弧熄弧试验研究

特高压接地极线路处于运行状态,尤其是满负荷运行状态下,当导线出现雷击过电压和操作过电压时,过电压易击穿绝缘子串旁并联的招弧角并建立起直流电弧。直流电弧自熄弧困难,持续燃烧的直流电弧易导致接地极线路绝缘子烧蚀掉串,因此需研究直流电弧熄弧特性。由于特高压直流传输功率大,其产生的直流电弧能量巨大,难以在实验室现有直流设备上建立持续性大电流并开展熄弧研究。介绍了一种利用移动直流融冰装置作为试验电源,通过操作电极间隙距离可调的起弧装置,建立持续性大电流直流电弧的试验方法,并在200 A续流电流下开展了直流电弧熄弧试验。     

喷射气流灭弧防雷器的爆轰弹丸设计研究

爆轰弹丸是喷射气流灭弧防雷装置的重要组成部分,为了既保证该防雷器的灭弧效果,又确保装置在动作后保持完好,对爆轰弹丸的装药方式进行了研究。在介绍了喷射气流灭弧防雷装置的结构和工作原理后,首先对影响爆速的装药直径进行了建模分析,确立了装药直径与爆速之间的关系;其次考虑装药底盘端部所受冲量对装药量进行了数学分析,确定了装药量与底盘端部所受冲量之间的关系;最后通过试验确定了爆轰弹丸最优装药比例,得到了该装药比例下喷射气流灭弧防雷装置的灭弧效果。笔者将理论爆炸物理应用于喷射气流灭弧防雷装置,确定了装置的爆轰弹丸装药方式,既保证了装置运行安全又确保了灭弧效果。     

对喷射气流灭弧防雷装置中爆轰弹丸的研究

研究了喷射气流灭弧防雷器的重要部件-爆轰弹丸,探究了爆轰弹丸对灭弧效果的影响。首先简要介绍了喷射气流灭弧防雷装置的原理;其次,应用爆炸物理学理论,对爆轰弹丸的起爆条件进行了理论分析,对爆轰弹丸的装药提出了要求;其次,结合对爆轰弹丸产生的冲击波的分析,对爆轰弹丸动作后产生爆轰产物的发展过程进行了数学建模,分析了冲击波和爆轰产物在灭弧过程中发挥的作用;最后通过挂网运行实际效果证明了用爆轰弹丸灭弧的可行性。通过理论分析和实验证明,可以得到:爆轰弹丸在喷射气流灭弧装置灭弧中发挥了至关重要的作用,其中爆轰弹丸的起爆、爆轰弹丸动作产生的冲击波和爆轰产物都是影响灭弧效果的重要因素。     

玻璃绝缘子耐雷击闪络和工频电弧性能试验研究

测试结果表明,遭受雷击闪络的220kV线路上玻璃绝缘子的机电性能仍可以达到技术标准的要求;在330kV和500kV线路上的玻璃绝缘子也表现出优良的抗雷击特性。历年来,国内外工频电弧试验表明,玻璃绝缘子具有优良的耐电弧性能,可以不采取防弧措施。指出玻璃绝缘子的非晶态材质结构、钢化处理工艺及严格的工频电弧试验条件是玻璃绝缘子具有优良的耐电弧性能的保证。     

10 kV防雷绝缘子引弧板参数对绝缘子电场与电位分布的影响

10 kV线路中,采用并联间隙绝缘子是有效地防雷手段之一,雷击时通过引弧板疏导工频电弧在引弧板端部燃烧,从而避免了电弧对绝缘子串和绝缘导线的破坏。绝缘子安装引弧板后会对绝缘子电场强度分布和绝缘子伞裙的电位分布产生影响,使用有限元法建立绝缘子的三维模型,分析在工频电压下引弧板各个参数对绝缘子电场强度以及伞裙电位的影响,力求寻找最佳的引弧板结构既不影响其防雷性能又能使绝缘子的电场和电位均匀分布。结果表明:引弧板合适的伸出边角度、罩入深度和引弧板宽度有利于改善绝缘子的电场和电位分布;引弧板与导线的空间角度和引弧板弯折处的曲率半径都会对绝缘子最大电场强度产生影响,从而影响了线路的雷击跳闸率。     

农村电网防雷保护的分析与讨论

通过对农村电网在实际运行中的雷害事故情况和典型事例的分析,认为线路绝缘水平低,缺少防直击雷的措施,避雷器的使用不当和接地不良,雷电过电压与内过电压的联合作用是目前农村电网雷击跳闸率居高不下的主要原因。提出了规范避雷器的安装维护,改善避雷器和杆塔接地,使用塔顶避雷针和自动消弧装置降低配电网建弧率,限制雷电流过后的弧光接地过电压和铁磁谐振过电压,降低配电网建弧率等防雷措施,可提高配电网的耐雷水平。