10kV多间隙强气流灭弧防雷装置的仿真分析与试验研究

为了解决输配电线路的雷击问题,目前研制了1种主要应用于10 kV配电线路的多间隙强气流灭弧防雷装置。采用电弧3维动态磁流体动力学(MHD)模型描述了电弧的特性,对高速气流作用下的灭弧过程进行了仿真分析,得出熄弧时间为0.16 ms。同时进行了灭弧试验,通过高速摄像机和示波器观测了电弧熄灭过程。试验结果表明从装置触发到灭弧结束历时0.3 ms,其中从产生气流到气流接触电弧时间小于0.01 ms。验证了仿真得出的熄弧时间与试验中的熄弧时间基本相符,证明该装置能将电弧熄灭在"萌芽期",深度抑制后续工频电弧发展。     

多断口灭弧防雷间隙仿真与试验研究

为了解决雷击产生的工频电弧引起输电线路跳闸难题,研究了一种能快速熄灭工频电弧的多断口灭弧防雷间隙.简述了多断口灭弧防雷间隙灭弧原理,建立了气流耦合电弧的磁流体方程,确定了电弧二维仿真模型,并用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对高速气流耦合电弧过程仿真,在实验室内进行了灭弧实验,在实际运行中验证了其灭弧防雷效果.仿真、实验结果共同表明:多断口灭弧防雷间隙能够在0.3 ms内完全熄灭电弧,并且气流能够切断后续工频电弧通道能量补给,阻止电弧重燃.实际运行结果表明:多断口灭弧防雷间隙已经成功防护多次巨大雷击,线路正常运行未发生跳闸事故.     

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。     

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。     

爆炸气流灭弧防雷装置试验研究与应用

为了提高高压架空线路的耐雷水平,解决电网防雷难题,基于“疏导式”防雷技术基础上研制了一种利用高速气流熄灭电弧的爆炸气流灭弧防雷装置。该装置允许空气间隙击穿形成电弧通道,并同时利用雷电脉冲信号在电弧形成瞬间同步触发灭弧气丸,以产生高速气流在工频电弧建弧初期就将其完全熄灭,并且强气流能快速恢复空气介质强度,防止电弧重燃。文中首先对该装置的灭弧原理进行了详细论述;然后通过雷电冲击试验、测试装置触发响应时间试验和工频大电流灭弧试验,检验了该装置的电气性能和灭弧效果,经试验发现其均满足试验要求;最后根据实际运行效果发现该装置在线路上运行工况良好,防雷效果十分优异。     

多间隙灭弧结构熄灭工频电弧的仿真与试验

为研究多间隙灭弧结构遭雷电过电压击穿后熄灭工频续流电弧的能力,分析了多间隙灭弧室内的灭弧过程及可能的熄弧方式,并基于Mayr电弧模型理论,针对10 k V电压等级,建立了多间隙灭弧结构击穿后的电弧动态模型,计算了工频续流过零时电弧的熄灭过程,对影响熄弧效果的因素进行了分析;最后利用冲击与工频续流试验相结合的联合试验平台对具有多间隙结构的装置进行了联合试验。仿真与试验结果表明:较小的时间常数以及较高的耗散功率有利于工频续流电弧的熄灭,而多间隙灭弧结构能拉长电弧的特点能同时满足以上两点要求;联合试验时,多间隙灭弧结构能在闪络后的续流阶段快速熄灭电弧,熄弧发生在续流的第一个过零点时刻,熄弧后随着工频电压的恢复,该结构不会发生再次击穿;由于电弧在工频续流阶段存在一定的弧道压降,可保证输电线路不会发生短路性过流保护引发的跳闸事故。     

110kV复合型放电间隙避雷器的电气性能

为降低110kV架空输电线路雷击跳闸率,基于多短间隙过零熄弧后不重燃的机理,提出一种由多短间隙结构和单个大间隙相串联而成的复合型放电间隙避雷器。该避雷器允许多短间隙被击穿建立电弧通道,在间隙中产生的高气压作用下,电弧被推出短间隙。在工频续流自然过零熄弧后,由于分布到单个短间隙上的最大电压不足以重新燃弧,以确保电弧不发生重燃。该文首先通过工频续流试验考核多短间隙过零熄弧后不重燃的可靠性;进而通过雷电冲击试验、淋雨试验和污秽试验,检验该避雷器的电气性能。试验结果表明复合型放电间隙避雷器具有良好的工频续流遮断能力,且电弧不会发生重燃;具有良好的雷电冲击特性和淋雨特性,适用于重污秽地区。复合型放电间隙避雷器满足110kV输电线路安全运行的要求,并能够在继电保护动作前可靠熄灭电弧使其不发生重燃,可用于110kV输电线路防雷。     

基于喷口射流的强气流灭弧防雷装置的分析与研究*

多间隙强气流灭弧防雷装置可有效截断雷电弧,深度抑制工频电弧的发展和重燃.为进一步验证其性能,利用喷口射流原理分析耦合场的气流状态,并采用喷口射流衰减电弧模型描述电弧的耦合特性,同时在试验室环境下进行的灭弧试验与仿真结果基本吻合,证明了防雷装置动作迅速,产生的高速气流作用在雷电流衰减期,可在各喷口处将电弧截断,且电弧熄灭后不重燃.实际应用也表明,该装置安全可靠,大幅提升了输电线路防雷的有效性.     

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。     

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。     

35kV线路用自灭弧防雷间隙及工频续流遮断试验

为了验证35 kV线路用自灭弧防雷间隙在继电保护动作前的灭弧有效性,因此对其工频续流遮断能力进行研究。对自灭弧防雷间隙进行灭弧机理分析,明确其多断口灭弧结构的性能。依照国家标准中雷电冲击放电试验和空气间隙距离的规定进行试验,确定其击穿放电电压应大于325.1 kV,空气间隙距离约376mm,额定电压为40.5kV。根据IEC标准搭建了工频续流遮断试验平台。该试验平台能够产生1.2/50μs的标准雷电冲击电压和10个完整周期且频率为50 Hz左右的工频电压,并具有选相触发能力。工频续流遮断试验结果表明:35 kV自灭弧防雷间隙在1.5 ms附近产生的气流作用于电弧最为强烈,在3 ms内熄灭峰值为1.289 kA的工频续流,且不会发生电弧重燃现象。     

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。     

多断口爆炸气流灭弧防雷间隙灭弧试验

多断口爆炸气流灭弧防雷间隙是一种主要针对10 k V电压等级输电线路的新型灭弧防雷装置。为研究其灭弧能力,利用短路发电机提供5 k A最大工频电流,对其灭弧过程进行了试验。试验现象说明:爆炸气流能够强烈干预电弧,在短时间内将电弧迅速拉长并吹出陶瓷管外,加快电弧等离子体热游离和电弧能量的扩散,瞬间冷却并熄灭电弧。试验结果表明:从装置触发到灭弧结束历时70μs左右,其中从气流接触电弧到电弧熄灭的时间小于10μs,并且有TNT装置的灭弧效果要明显优于无TNT的装置,装置触发后产生的高速气流能够维持时间为600μs,强烈作用于电弧生成的初始阶段,实现对电弧的长久抑制,不会出现残压和电弧重燃现象,而且此装置能经受50次65 k A大电流冲击或20次100 k A大电流冲击。证明多断口爆炸气体灭弧防雷间隙装置能切实保证供电可靠性,保障电网的正常运行。     

基于抑制建弧率的新型喷射气流灭弧防雷间隙机理研究

为了大幅度降低线路雷击跳闸率,研究了一种基于抑制建弧率的新型喷射气流灭弧防雷间隙。这种方法将雷击放电路径优先转移至并联间隙,利用雷击电流同步触发高速喷射气流以快速熄灭后续工频电弧,实现"闪络不建弧"的理想效果。建立了喷射气流耦合暂态电弧模型,得出了电弧熄灭判据。通过引入相关参数建立了喷射气流条件下线路建弧率计算模型。进行了灭弧实验及抑制建弧效果实验统计,最后分析了其实际运行效果。结果表明,喷射气流可在3~4 ms内完全熄灭电弧,当喷射气流速度达到500 m/s以上时,绝缘建弧率能够减小到1.5%以内,达到了近似理想的抑制建弧效果。在实际运行中,该防雷间隙能够大幅度降低35 kV线路的雷击跳闸率90%左右,以此验证了该方法的有效性及实用性。     

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。     

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。     

新型约束空问灭弧防雷问隙研究

喷射气体灭弧防雷间隙能在绝缘子发生雷击闪络造成单相接地故障时快速输导雷电流入地,同时启动高速气流灭弧装置,熄灭故障点工频续流,抑制间歇性电弧产生和过电压。通过雷电冲击试验、工频电弧试验,证明约束空间灭弧间隙能迅速地将工频电弧熄灭,避免工频电弧灼烧绝缘子以及线路断线的风险。新型灭弧防雷间隙具有动作时间短,喷射气流压强高,速度快,间隙间介质强度恢复迅速等特点,能够强效抑制工频电弧,大幅降低线路雷击跳闸率。     

新型约束空间灭弧防雷间隙研究

喷射气体灭弧防雷间隙能在绝缘子发生雷击闪络造成单相接地故障时快速输导雷电流入地,同时启动高速气流灭弧装置,熄灭故障点工频续流,抑制间歇性电弧产生和过电压。通过雷电冲击试验、工频电弧试验,证明约束空间灭弧间隙能迅速地将工频电弧熄灭,避免工频电弧灼烧绝缘子以及线路断线的风险。新型灭弧防雷间隙具有动作时间短,喷射气流压强高,速度快,间隙间介质强度恢复迅速等特点,能够强效抑制工频电弧,大幅降低线路雷击跳闸率。