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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

计及风影响的潜供电弧自熄特性计算研究

风是影响潜供电弧自熄特性的重要因素,从电弧运动的角度出发,研究了计及风影响的潜供电弧自熄特性。利用链式电弧模型,分析电弧受到的电动力、空气阻力和风载荷,获得电弧运动速度控制方程,建立考虑风载荷的潜供电弧运动模型。利用电弧自熄的长度判据,提出了计算电弧自熄特性的仿真流程。通过比较电弧受到的风载荷与电动力,分析了在不同电流下风对电弧运动所起的作用,进一步探讨了风向和风速对燃弧时间及分散性的影响。最后对潜供电弧自熄时间进行了仿真计算,并与试验结果进行了比较分析,结果表明文中建立的电弧运动模型能有效计及风对潜供电弧的运动和自熄特性的影响,燃弧时间计算值与实测时间基本相符,具有实用价值。     

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。     

自适应熄弧时刻的单相重合闸的研究

由于二次电弧熄灭时间的不确定,导致采用固定重合闸时间的传统重合闸性能不佳。针对这一问题,提出了自适应熄弧时刻的单相重合闸新方案。输电线路发生单相接地故障,两侧故障相断路器跳开,该方案对故障点电弧是否熄灭进行持续循环判断,以确定是否开放重合闸。若电弧已熄灭,则立即开放重合闸重合。若判断结果为电弧尚未熄灭,则继续判别。直至系统允许非全相运行的最长时限,若电弧仍未熄灭,则跳开非故障相断路器。新方案在故障后电弧以较短时间熄灭时,缩短了重合闸时间,改善了系统的暂态稳定性;电弧经较长时间熄灭时,增加了成功重合的机会。     

基于气吹灭弧模型研究工频电弧发展及抑制机理

文中基于MHD理论,利用Comsol Mutiphysic仿真平台对110 kV输配网气吹灭弧装置所产生的高速气流与电弧耦合进行研究,发现装置气吹起始灭弧时间点控制在电弧暂态发展的早期,即雷电脉冲波峰过后至第一个工频周期的时间范围内为熄弧的最佳时机,期间电弧具有电导率处于低值状态、弧柱半径小及能量较孱弱的特点,所以设置在此阶段内吹弧能保证彻底熄灭电弧恢复绝缘.     

基于分段电弧模型的多次重燃弧VFTO计算与分析

精确的隔离开关电弧模型对变电站特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)的仿真有着关键性的作用。文中对开关电弧的电阻模型进行了优化,建立了电弧的分段模型。同时,笔者从间隙击穿,高频电弧熄弧对电弧重击穿的影响等方面进行了讨论,并以此为判据,建立了可以反映VFTO多次重燃过程的计算流程。根据实际测试线路,在ATP仿真软件中搭建了仿真电路并进行了暂态仿真。仿真结果表明,相对于单次燃弧的传统电弧模型,基于分段电阻的多次重燃弧模型可以更好地模拟实际开关特性。在此基础之上,文中对重燃弧过程中各个关键位置的VFTO波形以及流过隔离开关的电流波形进行了计算与分析。     

新型灭弧防雷间隙的研究与应用分析

针对配电网架空输电线路的雷击事故,防雷专家参照并联间隙防雷保护原理的"疏导型"思想,研制了气吹灭弧防雷间隙。该间隙在输电线路遭受雷击或绝缘子串工频闪络时,防止绝缘子串遭受工频续流电弧的灼烧;同时能够在电弧击穿间隙后,快速切断工频续流。笔者使用Mayr电弧模型模拟仿真气吹灭弧,结果表明,高速气体对间隙电弧的快速熄灭有明显效果。同时,通过安装气吹灭弧防雷间隙在雷击跳闸率高的输电线路上运行,获取运行数据,进行对比得出安装气吹灭弧防雷间隙后,雷击跳闸率能够大幅度下降。     

XHG消弧消谐选线过电压保护装置的现场试验研究

XHG消弧消谐选线过电压保护装置是一种新型的中性点非有效接地系统弧光接地过电压保护装置。为了研究其安全性、可靠性及有效性,进行了相关的现场模拟试验。试验结果表明,XHG消弧消谐选线过电压保护装置能够在极短的时间内选择出发生了弧光接地的出线,并将弧光接地转化为金属性接地,大幅度缩短了弧光接地的持续时间,降低了弧光接地过电压的危害,保证了系统的安全。与防止弧光接地过电压的其它措施,如系统中性点加装消弧线圈、采用中阻接地相比较,XHG消弧消谐选线过电压保护装置在一定程度上具有明显的优越性。     

多阴极斑点真空电弧均匀分布时的纵向磁场

从真空电弧的稳态磁流体动力学方程出发 ,对多阴极斑点的大电流真空电弧均匀分布时的纵向磁场进行分析 ,得到真空电弧在电极表面上均匀分布 ,即形态为与电极同直径的直圆柱时的纵向磁场与半径的关系为Bzopt=qr2 +c (q与c为系数 )。并由此提出了临界半径的概念 ,临界半径R0c是当纵向磁场沿径向均匀分布时电弧也均匀分布的电极半径。电极半径超过R0c时纵向磁场沿径向分布递减可使电弧均匀分布 ,电极半径小于临界半径时纵向磁场沿径向递增可使电弧均匀分布。此结果可以为真空灭弧室小型化提供思路和理论依据。     

220kV绝缘子并联间隙的防雷保护研究和实际应用

绝缘子并联间隙属于新的疏导型防雷措施,能够有效的保护绝缘子串,提高重合闸的成功率。目前,国内对并联间隙的研究主要集中在电弧的运动特性和间隙电极的形状之上,忽略了对并联间隙自身特性的研究,以及并联间隙上的电弧和绝缘子之间的关系等问题。笔者通过大量的试验研究并联间隙对绝缘子的保护特性,认为要想发挥并联间隙良好的保护特性,并联间隙两个电极之间的距离应该不大于绝缘子串结构高度的90%,而且应该和绝缘子之间有足够的距离。     

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。     

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。     

灭弧室结构对交流接触器电寿命影响的试验研究

介绍了接触器的灭弧原理及方式,分析了交流接触器灭弧室结构及有效排气孔面积对电寿命的影响。以框架为150A接触器的灭弧室结构为例,对3个样机进行AC-4电寿命试验,试验结果表明对于同电流框架的接触器,其灭弧室结构对电寿命影响至关重要,且在满足电气间隙和爬电距离时,有效排气孔面积越大,电寿命次数越大。     

配电网防雷的难点及对策研究

针对配电网存在易受雷击侵害和故障定位困难的问题,研制了一种新型喷气式并联间隙灭弧装置。该装置借鉴"疏导型"并联间隙的思想,首先对雷击后的工频续流疏导引流,然后喷射能量巨大的气体,通过外力强制灭掉工频续流电弧,气体流速越大,绝缘恢复时间越短。对35kV线路的灭弧装置进行试验,灭弧时间为3ms,可在继电保护启动前完全灭掉工频续流电弧。在广西合浦和大化地区配电网中应用该装置,实际运行结果表明该装置能有效降低线路跳闸率。该装置通过改进也可运用到110kV、220kV等输电线路上。     

一种新型防雷保护间隙的探讨和研究

研制了一种具有快速熄灭工频续流电弧能力的新型防雷保护间隙.该间隙的最大特点是:热容量巨大、灭弧反应时间小于5 ms,能可靠、快速切断相间短路时流过间隙的工频续流,大幅度减少由工频续流引起的雷击跳闸.新型防雷保护间隙结构合理,安装方便,造价低廉,现场运行情况良好,适合大范围推广应用.     

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。