Mayr电弧模型下GIS中快速暂态过电压的仿真分析

SF6气体绝缘封闭组合开关(GIS)中隔离开关进行分合母线时,产生快速暂态过电压(VFTO),幅值高且上升速率极快,威胁GIS及相邻设备的绝缘。选取某800 kV GIS隔离开关分合母线的试验电路为研究对象,采用电磁暂态程序(EMTP/ATP)进行建模仿真,隔离开关燃弧时采用Mayr电弧模型,分析其对VFTO的影响,得出考虑Mayr电弧模型时操作隔离开关、断路器侧隔离开关及变压器侧隔离开关的电压波形,并与考虑时变电阻模型的VFTO进行对比。对VFTO波形进行离散傅里叶分析,得到过电压频率、幅值的变化特征,研究结果为GIS绝缘设计提供参考。

270V直流开断特性研究与耗散功率变化的Mayr模型仿真分析

为了优化航空270V直流接触器结构设计以及预期接触器的开断容量,采用一种以栅片和磁吹系统相结合的直流接触器,进行典型负载类型下的开断性能实验,得到了感性负载情况下开断难度最大,且随着回路电感值的增大,燃弧时间和电弧熄灭时过电压峰值增加。主触点间并联RC支路虽然会增加整个燃弧时间,但能有效限制过电压的数值,且过电压峰值随并联支路电容C的增加而减小。假设燃弧过程中电弧具有对称性,并对电弧进行受力分析,提出横向磁场中电弧运动速度和消散功率的计算方法,得到一种Mayr电弧修正模型。在不同等级的阻性负载情况下,分别对燃弧过程进行数值仿真,经仿真与实验结果对比,所提Mayr电弧修正模型能够准确描述电极分断过程中电弧电压及运动速度的变化情况,为航空直流接触器的设计提供有效的参考。

基于Mayr模型的低压配电线路故障电弧研究

针对故障电弧研究需要搭建专门的实验环境来分别模拟串联故障电弧、并联故障电弧和接地故障电弧而存在费用较高、实际操作比较困难的问题,提出了一种能在Matlab7软件中工作的Mayr电弧模型的设计方案;介绍了Mayr电弧模型方程的物理意义,采用Mayr电弧模型封装子系统对低压交流线路发生的串联故障电弧进行了仿真,并根据仿真电路,模拟了低压交流线路发生串联故障电弧的实验。仿真及实验结果表明,Mayr电弧模型的故障电弧电流与实验采集到的故障电弧电流比较接近,采用Mayr电弧模型用于低压交流线路故障电弧仿真具有一定的可行性。

基于改进Mayr模型的弓网离线电弧仿真分析

弓网离线电弧对受电弓滑板和接触网导线具有烧饬作用,严重危害列车的运行安全。首先介绍Mayr电弧模型,并基于能量平衡理论和横向吹弧理论,对弓网离线电弧弧柱的能量过程进行数学分析,研究高速气流对电弧耗散功率的影响。确立电弧耗散功率Ploss和车速v、电流I和离线间距l之间的函数关系,对Mayr电弧模型进行改进。然后运用Simulink仿真软件,搭建改进的Mayr电弧模型。最后对比分析弓网离线电弧仿真波形和实验波形,验证搭建的弓网离线电弧模型的合理性。结论如下:随着列车运行速度提高和离线间距的增大,气流对电弧的吹弧作用更加显著,电弧耗散功率增加,燃弧尖峰电压和熄弧尖峰电压增大。

基于MAYR电弧模型的船舶直流配电系统熔断器仿真研究

大功率变频器和储能设备的接入,对船舶直流配电系统在各种工况下的安全运行提出了考验。由于针对船舶直流配电系统专门搭建实验环境模拟短路故障实验复杂且代价高昂,因此提出了一种基于MAYR电弧模型熔断器的仿真选型方案。在MATLAB/SIMULINK平台进行模拟短路故障仿真,能够较精确地复现短路故障熔断器状态。结合短路故障实际工况,搭建系统故障模型进行仿真。结果表明,基于MAYR模型的熔断器在短路故障发生时可以有效保护网络组件,能对熔断器和断路器的选型提供更可靠的参考依据。

适用于低压串联故障电弧的Mayr改进模型

电气火灾中由串联故障电弧引起的占很大一部分比例,所以串联故障电弧分析具有很重要的意义。在Mayr模型的基础上提出了一种改进型的串联故障电弧模型,弥补了经典电弧模型在阻性负载和阻感性负载下丢失一些原本电弧所具有的特征。将电弧看成一个时变阻抗的黑盒模型,将零休时期的电弧模型等效为RLC串联电路,用MATLAB/Simulink仿真出的电弧电流波形和实际试验的电弧电流波形比经典模型更加接近,验证了模型的可行性。

基于Mayr-Cassie的配电网络单相接地电弧建模及仿真研究

中低压配电网络中,单相接地故障发生的概率最大,能准确反映接地故障特征的相应数学模型是配电网故障分析的基础。基于弧隙平衡理论,分析了经典Mayr模型和Cassie模型的特点,建立了一种Mayr和Cassie合理结合的电弧模型,进一步研究了弧长参数对电弧特性的影响,反映出接地电弧的物理特性;最后,将此电弧模型用于某10kV配电网络,以间歇性电弧接地的故障形式进行模拟仿真,通过对结果的分析和与实际情况的比较,验证了该电弧模型的正确性,为下一步配电网故障分析打下良好基础。

直流可控避雷器用并联可控间隙电弧的维持规律

根据白鹤滩—江苏±800kV特高压直流输电工程提出的技术需求,针对系统过电压幅值较低情况下可控间隙动作时间隙无法维持导通状态至机械开关动作的情况,设计了可控避雷器用并联可控间隙并开展研究。通过补充的Mayr电弧模型对给定条件下触发器注入能量与间隙电弧维持时间的关系进行了分析和预测,并搭建实验平台研究了触发器提供的功率及能量对间隙电弧维持时间的影响,结果表明提高触发器的功率和能量都可以提高间隙电弧维持燃烧的时间;间隙主回路能量不足时,触发器提供的能量可以作为衡量间隙最低导通能力的标准。最终通过5路触发器间隔1ms接续触发的方式,使间隙在主回路没有能量注入时也能维持导通5ms,从而具备了与快速机械开关无缝时序配合的能力,为采用并联可控间隙的可控避雷器方案的推广提供了理论支持。

串联故障电弧电流时频域特性的仿真与实验研究

为了分析和研究低压交流串联故障电弧电流的特性,文中首先搭建了故障电弧模拟实验平台,广泛研究不同负载情况下的电弧电流波形。然后,基于Mayr电弧模型,选取适当参数对故障电弧进行仿真分析。在此基础上,对比分析电弧电流信号仿真结果和实验结果的时频域特性,验证了仿真模型的正确性和可行性。频域特性的分析结合傅里叶变换和小波变换进行,还利用带通滤波器检测了小波分析的准确性。最后,总结出故障电弧电流信号的时频域特点,以此提出了一种低压交流串联故障电弧的检测方法,并对其进行了仿真验证。研究成果对低压供配电系统中串联故障电弧的检测工作具有积极意义。

1000kV GIS中燃弧电阻模型对快速瞬态过电压的影响

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中隔离开关因开断性能差在动作时会产生上升时间极短的快速瞬态过电压(VFTO),VFTO上升时间短、幅值高的特性会对电气设备绝缘造成严重危害。本文利用仿真研究定值燃弧电阻模型、指数燃弧电阻模型、双曲线燃弧电阻模型、Mayr燃弧电阻模型和重燃弧电阻模型,得到各燃弧模型下VFTO的幅值和频谱图,并分析各燃弧模型下VFTO波形的衰减、振荡与上升时间。通过对比各模型仿真结果得出,重燃弧电阻模型更符合实际电弧模型,利用该模型得到的VFTO幅值、振荡与上升时间能更好地描述其波形。

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。

特高压断路器几种开断试验回路比较

特高压断路器开断试验方法的研究是特高压输电技术发展需要解决的关键问题之一。根据开断过程中的电弧特性,基于Mayr电弧方程理论,建立参数化的PSCAD电弧电阻模型,通过对几种适用于特高压断路器开断试验的合成回路进行系统仿真分析,模拟了直接试验回路、Hitachi四参数试验回路和ABB的EPIC试验回路的开断过程,以直接试验回路为基准,对Hitachi回路和EPIC回路开断前后的电弧过程和恢复电压进行了比较。

一种新的特高压断路器合成试验回路

特高压断路器试验方法的研究是特高压输电工程发展的基础。该文根据合成试验回路的基本原理,提出了一种新的适用于特高压断路器大容量试验的新型合成试验回路。给出了该试验回路的详细拓扑结构,介绍了回路的工作原理。根据描述开断电弧特性的麦依尔(Mayr)方程,建立参数化的PSCAD电弧电阻模型。在此基础上,对回路的开断试验过程进行仿真,得到了T100试验时的电流电压波形。对暂态恢复电压、电流过零前的变化率等进行分析,并与ABB的增强型并联引入回路(EPIC回路)和IEC试验标准进行比较。结果表明,该回路可以满足特高压断路器的开断试验要求,并具有足够高的试验等价性。

爆炸性试验电感电路分断放电特性分析与建模

为了建立能模拟电感电路分断放电特性的模型,基于安全火花试验装置对其分断放电特性进行爆炸性试验研究,指出电感电路分断放电过程可分为3个阶段,即建弧阶段、电弧放电阶段和辉光放电阶段,且放电电弧结构可分为3个区,即阴极区、弧柱区和阳极区,得出放电电弧的最小建弧电压主要取决于阳极和阴极位降。分析了各放电阶段电阻的变化特点,指出其放电电弧电阻呈分段指数规律变化,且其增长幅度随着时间的增加而逐渐加快。基于电弧能量平衡理论,提出了一种电弧放电阶段的电阻指数模型,利用多分段函数确定其指数系数。采用最小二乘法推导出电感电路分断电弧放电时间常数,得出了模拟电感电路分断电弧放电特性的数学模型。仿真及试验结果验证了理论分析及所提出模型的正确性和可行性。

基于电流转移的CO2气体断路器动态介质恢复特性

为提高CO2气体断路器动态介质恢复强度,首先提出采用串联晶闸管与限流电阻串联的电流转移提升其动态介质恢复强度的方法,建立基于电流转移的CO2气体断路器开断仿真模型,仿真结果证明了增加电流转移可在一定程度上提高其动态介质恢复强度。然后搭建基于电流转移的CO2气体断路器动态介质恢复特性实验平台,实验研究了有/无电流转移、不同转移电阻、不同提前过零时间等条件下其动态介质恢复强度及增益效果。研究结果表明:CO2气体断路器动态介质恢复强度随提前过零时间增加逐渐增大;提前过零1.2ms时CO2气体断路器在电流过零后1ms其耐压水平已达20kV以上,为无转移时的2倍以上,已满足一定绝缘要求;选取200~250m?转移电阻为"最优"转移电阻,可实现CO2气体断路器"最优"动态介质恢复强度。实验结果可为大容量CO2气体断路器研制奠定基础。

基于ADPSS和Sobol的弧光接地暂态特征分析与影响因素关键性辨识

准确把握间歇性电弧接地故障暂态特征和关键性影响因素可为防治单相电弧故障提供必要参考。为此,在Cassie-Mayr电弧模型基础上构建单相接地故障全电弧模型,以期客观地复现弧光接地过程;其次,考虑了包括电源初相角、故障时刻、故障点位置、线路参数等在内的共6个因素的影响,遍历各因素所有可能取值与组合,研究了不同工况下的弧光接地暂态特征;最后,以新疆某10kV配电网为例,构建ADPSS仿真模型,遍历所有实际可能工况模拟弧光接地过程,分析过电压情况,并建立影响因素与弧光接地过电压之间的关联性模型,量化并对比了各影响因素的作用程度,发现故障点位置、故障类型、故障相别时关键影响因素。该研究成果可为治理弧光接地过电压故障提供依据。

机械式直流断路器弧后电流测量方法研究

目前机械式直流真空断路器是直流开断的主流方向之一,其主开关的弧后特性对其开断性能起着至关重要的作用。利用电流转移法设计了一种弧后电流的新型测量方法,并对该装置在测量机械式真空断路器弧后电流时的工作原理进行了分析。采用改进Mayr模型建立了真空电弧模型,利用MATLAB构建了机械式直流真空断路器弧后电流测量装置模型,仿真研究了转移电阻大小、主电流大小等对转移完成时刻电流值和转移电阻完全承受电流时间的影响,经过数据处理分析得到这些参数对电流转移特性的影响规律。基于得到的影响规律,确定了直流真空断路器弧后电流测量装置的参数,对研制测量装置并进行测试提供了理论基础。

应用灭弧防雷间隙抑制弧光过电压的方法

当绝缘子发生雷击闪络造成单相接地故障时,间歇性电弧容易引发弧光接地过电压,对电网绝缘薄弱处造成破坏,影响电网安全运行。针对上述情况,设计了一种基于"疏导型"防雷理念和"气吹灭弧"相结合的灭弧防雷间隙。该间隙在快速疏导雷电流入地的同时,启动高速灭弧装置,熄灭故障点工频续流,抑制间歇性电弧产生和过电压。笔者通过对小电流灭弧试验和MATLAB建立的灭弧间隙仿真模型进行分析,灭弧防雷间隙可以抑制雷击闪络后引发的弧光过电压。

大型发电机组灭磁关键技术研究

确定磁场断路器的最大弧压以及碳化硅灭磁电阻的能容量对于发电机灭磁系统安全性设计至关重要。本文根据麦也尔电弧动态数学模型,简要分析影响采用长弧原理的直流断路器分断过程中产生弧压大小的因素;同时结合HPB60-82s型断路器的短路试验数据给出了该种型号直流磁场断路器最大弧压的保证值;本文还依据小能量冲击试验,给出了考虑均流/均能后的灭磁用非线性碳化硅灭磁电阻最大能容量的核算方法。本文对大型发电机组灭磁系统的设计具有重要的指导意义。

封闭容器内部短路燃弧特性及电弧电压计算

为了准确计算金属封闭开关设备发生短路燃弧时产生的能量,通过开展小尺寸封闭容器内部短路燃弧试验,利用L-C振荡试验回路获得不同充电电压和间隙距离下的电弧电压和电流等数据,详细分析了封闭容器内部燃弧特性,结果表明:封闭环境中电弧电压与压强成正比;电弧电压有效值随电流变化具有较大的不确定性,间隙距离对电弧电压的影响更为明显,当间隙距离为5、10和15 cm时,电弧电压有效值的平均值分别为130.4、208.0、252.2 V。同时考虑到封闭环境中的电弧电压随机性较大,提出了一种基于支持向量机的电弧电压计算方法,并与基于Mayr电弧模型的计算结果及试验结果进行了对比,对比结果证明所提方法优于Mayr电弧模型,计算结果与试验测量值的平均绝对百分比误差仅为4.04%。