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。     

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。     

喷射气体灭弧防雷间隙的灭弧效果

绝缘子串两端安装喷气式灭弧防雷间隙是一种新型灭弧防雷方法。为研究喷射气体灭弧防雷间隙灭弧能力,利用ANSYS14.0软件对气流作用于电弧的过程模拟仿真,同时建立Mayr电弧数学模型,对气流与电弧竞争关系进行了深入探讨。提出"疏导型"防雷思想,结合"气吹灭弧"的方法,发明了一种基于强气流作用下的灭弧防雷间隙装置。该间隙能够吸引雷电电磁脉冲触发装置中的弹丸,触发后产生的高速气流强烈作用于暂态电弧生成的初始阶段,实现对电弧的主动、初期、高效抑制,达到保护绝缘子串、高压输电线路和降低雷击跳闸率的效果。灭弧试验表明:安装喷射气体灭弧防雷间隙装置是一种新型高效的架空输电线路防雷保护方法,能够保证供电可靠性及电网的正常运行。     

冲击电弧作用下C4F7N/CO2混合气体灭弧性能仿真分析[1]

为了探讨C4F7N/CO2混合气体的灭弧能力,根据电弧能量平衡理论,建立电弧能量平衡方程组,获取管道内部超压随时间的变化规律。同时,基于磁流体动力学模型,文中使用COMSOL Multiphysics软件建立了二维的气吹灭弧结构,在雷电流幅值为4kA的条件下,对不同比例的混合气体在冲击电弧作用下的熄弧特性进行仿真分析,仿真结果表明:比例为20%C4F7N/80%CO2、10%C4F7N/90%CO2、5%C4F7N/95%CO2的混合气体在观测点1的峰值速度分别为:1654.16m/s、1612.25m/s、1111.72m/s。结合电弧的能量平衡理论分析了在模型中电导率、速度以及压强的变化规律,与理论结果对比分析得出:在同一工况条件下20%C4F7N/80%CO2的灭弧性能较优,同时符合气吹灭弧的要求。     

半密闭灭弧腔室内电弧运动特性的三维仿真和实验

在配网线路防雷中,利用多个半密闭灭弧腔室串联将长空气间隙电弧分段淬灭的多腔室灭弧结构因其优异的灭弧性能,受到学者的广泛关注.在应用于配网线路雷电防护时,多腔室灭弧结构中的气体间隙被击穿后,冲击电弧在半密闭灭弧腔室内的运动特性直接影响该结构的灭弧性能.为了研究冲击电弧在灭弧腔室内的运动特性,该文将气流场、流体传热场、电磁场多场全耦合,建立单个半密闭灭弧腔室内冲击电弧的三维数值仿真模型,分析电弧从腔室内运动到腔室外的动态演变过程;搭建冲击电流试验平台,利用高速摄像机拍摄了电弧从腔室内运动到腔室外的图像,分析电弧运动图像的特征.结果表明,仿真得到的电弧完全运动到腔室外的时刻和电弧完全熄灭的时刻与试验图像特征吻合,验证了仿真模型的准确性;得到了腔室内电弧温度、腔室内压强和气流速度随时间整体呈现先急剧增加后缓慢减小的趋势;当电弧电流为波形8/20μs、幅值2kA时,腔室内的电弧温度最高可达41000K,压强最大达2MPa,气流速度最大达3000m/s.     

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...     

不同因素对气吹式塑壳断路器开断电弧运动影响的实验研究

设计了用于研究气吹式塑壳断路器开断电弧运动情况影响因素的实验模型。利用具有自聚焦透镜及图形组态功能的二维光纤快速测试系统测取了不同情况下开断10kA预期电流时的电弧电流、电弧电压、灭弧室气压波形，以及开断过程的电弧运动图景。对比研究了灭弧室上下方气体阻尼、栅片结构及产气材料等因素对气吹灭弧性能的影响情况。结果表明，尽可能封闭灭弧室下方出气口，采用短栅片结构和POM与尼龙产气材料均有利于电弧进入灭弧室。     

低压塑壳式断路器灭弧室压力与电弧运动的测量与分析

低压塑壳式断路器(MCCB)灭弧室中的压力对其分断性能有重要意义。在高压振荡回路上，分别采用气压传感器和光纤测试系统对压力和电弧的运动形态进行了测量。通过分析比较采用气吹灭弧和仅依靠磁吹灭弧的两种MCCB的实验结果，可以看出，气压对于电弧运动有很大影响，同时采用气吹灭弧技术可以有效地提高MCCB的分断性能。     

一种新型灭弧防雷装置的原理及试验研究

雷电是电力系统安全的杀手之一。因架空输电线路线路长度长、分布广、面积大,所以易遭受雷击,致使输电线路的绝缘性能遭到破坏。传统防雷措施存在很多缺陷、效果不理想,所以文中采用"疏导型"和气吹灭弧理论,研制了可应用于35~500 k V架空输电线的新型灭弧防雷装置。首先研究爆炸灭弧防雷间隙所产生的爆炸冲击波与电弧相互耦合、熄灭的特性,建立电弧与爆炸冲击波相互耦合的模型;其次,利用AUTODYN仿真软件建立冲击波和电弧相互作用耦合的模型,对半封闭空间的电弧受到冲击后的形态、运动、压力、以及破坏的程度进行模拟仿真分析;最后,对新型灭弧装置进行灭弧能力试验,根据普通摄像机、高速摄像机所拍摄的图片和录波器所录的波形可以清晰的显示电弧熄灭的过程。通过建模、软件仿真以及灭弧试验检验了新型灭弧装置的有效性,装置在7 ms左右将电弧熄灭,且电弧不重燃。     

压缩灭弧防雷装置灭弧效果的研究

为解决输电线路防雷问题,提出一种压缩灭弧防雷方法,发明了一种与绝缘子并联的压缩灭弧防雷装置。为验证其灭弧的有效性,首先利用Ansys Fluent有限元分析软件对纵向气流熄灭电弧的作用过程进行了仿真分析,表明装置触发后会产生速度峰值为500 m/s的有效膨胀灭弧气流迅速作用于电弧,从而加速电弧对流散热破坏电弧等离子体动态平衡,使电弧在0.2 ms内极快速熄灭。然后通过试验对仿真结果进行了验证,证明压缩灭弧防雷装置能在冲击电弧的起点就快速响应,并迅速产生高速气流作用于冲击电弧,使冲击电弧迅速熄灭,破坏后续工频电弧通道,实现"建弧无通道"的灭弧效果。并结合实际应用效果与试验和仿真,三者共同佐证了装置的灭弧效果。     

电弧电压及燃弧时间的分析研究

本文根据电弧基本理论，对银基触头材料开断电阻性负载的电弧电压及燃弧时间进行了实验研究，通过分析比较得出，开断电流越大，燃弧时间越长，电弧电压的变化遵循交流电弧的伏安特性的结论。     

直流真空电弧强迫开断电弧形态

随着航空270V直流系统的应用,直流开关的需求逐渐增加。现阶段直流开关大多为空气开关,其开断容量较小,使用真空开关将对于提高开断容量具有一定优势。针对航空270V直流用短间隙真空灭弧室进行高频开断实验,研究了直流强迫开断的电弧电压、电流特性,分析了回路参数对直流强迫开断中平均电流变化率di/dt和弧后过电压dv/dt的影响。通过相同开断实验电流、相同电流变化率、不同触头结构情况下开断实验,分析了电弧直径动态特性。强迫熄弧过程中,平板触头电弧直径逐渐减小,纵磁触头电弧直径变化较小并在熄弧前迅速变化。针对不同电流实验,随电流升高电弧直径略有增加。起弧阶段,平板触头电弧直径随燃弧时间呈对数函数增加,而纵磁触头电弧直径基本保持不变。拟合得到平板电弧起弧时直径变化函数,随燃弧时间延长,平板触头电弧直径逐渐增大至大于纵磁触头电弧直径。     

电力开关中电弧的产生机理及其灭弧措施

电弧作为气体放电的一种形式,在工业中既有有利的一面,也有危害的一面。本文就高压开关触头间电弧的产生机制及电弧熄灭的方式进行了总结与分析,以使人们对电弧的危害有更加清楚的认识,为今后预防电力开关电弧故障提供参考。     

SF_6旋转电弧的重燃和弧后介质恢复的试验研究

本文采用合成回路技术研究了SF_6旋转电弧的电流零区现象,分析了两类电流过零现象和电弧重燃的不同类型,并得出了在残余磁场与电场共同作用下介质强度的恢复结果。     

一种用于大功率电弧加热器的等离子电弧模型

基于著名的电弧黑金模型--麦也尔电弧模型(Mayr arc model)和克西电弧模型(Cassie arc model),提出了一种改进的等离子电弧模型.在原模型基础上,丰富了电弧模型参数,使模型不仅能反映大功率直流电弧加热器稳定工作时的电气特性,还能反映加热器工作时弧室中气流量变化对电弧的影响.本文还对麦也尔电弧模...     

旋转电弧开关及其电弧运动速度特性

为满足脉冲功率技术对闭合开关高电压、大电流、高电荷转移量、电极烧蚀小、寿命长的要求,设计了一种轴向磁场控制的旋转电弧开关。利用有限元软件分析开关间隙中驱弧磁场的位形及大小,得到间隙中磁感应强度与开关结构参数及电流大小的关系。采用B-dot探针测量电弧的旋转速度。实验电源为时序放电回路,在开关上得到近似梯形状的电流波形,实验中电流为18～72 kA,磁感应强度为0.104～0.628 T。通过改变上下线圈的匝数,得到在不同驱弧磁场下电弧的运动速度,并与其他旋转电弧开关的运动速度进行比较。对实验数据进行拟合,可知电弧运动速度与间隙中的轴向磁感应强度大小成指数关系。该关系表明,所设计的开关中,电弧运动速度可以由间隙中的驱弧磁场惟一确定,这与外部磁场驱弧方式相比有很大的区别。     

弧隙间距对故障电弧特性影响的试验研究

按UL1699标准搭建了试验平台及采集故障电弧测试数据,重点针对电阻性负载下的故障电弧产生与弧间距之间的影响进行了试验研究。比较了不同弧隙间距对于电弧突变电压峰值和电流零休时间的影响,为故障电弧的产生和分析研究提供了试验支撑。     

开关柜内部弧光短路伴生弧声的频谱特性研究

为了避免或减少故障电弧的危害,笔者建立了故障电弧探测试验系统,采用功率谱分析的方法对故障电弧的早期弧声特性进行了试验研究,提取出故障电弧的早期弧声特征信息。研究结果表明:故障电弧发生之前,电弧声的频率主要分布在5～10kHz的特征频段内,其带宽、频率中心和能量强度与电极形状、放电距离、放电电压等试验条件有关。通过监测该特征频段内微弱弧声是否存在,即可实现开关柜故障电弧的早期探测预警。     

Extended Arc Furnace

A new development in plasma furnace technology in which by relatively simple modifications a more or less conventional arc furnace can be made to produce a long stable plasma flame is described. A very promising application of this technique is in the steel melting as well as in direct reduction of fine iron ore, waste oxides, flotation concentrates, blast furnace dust, fly ash, mill scale, etc.