GIS内部故障燃弧压力及温度特性研究

为了降低气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)内部燃弧故障的发生频率,减轻燃弧故障对人身安全及设备造成的危害,根据ZF32-126开关设备的各项参数指标,在标准压力和温度计算模型的基础上考虑了内部故障燃弧对气体本身的影响,采用改进的计算模型,计算了故障燃弧下SF 6热力学参数。在此基础上将SF 6热力学参数应用于压力和温度计算模型,得到了内部故障电流为40 kA情况下,ZF32-126开关设备各气室在不同保护时间下的压力和温度上升特性,以及不同保护时间下外壳的最大烧蚀程度及平均烧蚀速率,验证了改进标准算法具有更高的精确度。

绝缘气体对开关柜内部故障燃弧压力上升的影响

针对密闭开关柜内故障燃弧问题,研究了不同绝缘气体对密闭腔体故障电弧引起的压力特性的影响.比较分析了空气、SF6、CO2和N2四种不同绝缘气体情况下的压力上升、电弧电压、电弧注入能量和辐射能量的变化.基于标准计算方法计算了热传递系数,并定量分析了不同绝缘气体故障电弧的热传递系数变化规律.结果表明,相同电弧能量注入情况下,SF6引起的压力上升最小,而空气的则最高;最大压力上升和注入的电弧能量几乎成线性增长关系;对于同一电流,CO2的电弧电压最高,而SF6的则最低;随着充气压增大,SF6电弧辐射占焦耳热比重增大;而对于CO2、N2和空气,辐射占焦耳热比重反而趋于减小.随着充气压减小,空气、CO2和N2的热传递系数都趋于减小,而SF6的热传递系数则趋于增大.

电极材料对密闭腔体故障燃弧压力上升和能量平衡的影响

针对开关柜内部短路故障燃弧问题,基于实验研究了电极材料对密闭腔体中故障燃弧压力上升和能量平衡的影响。采用光电倍增管和热电偶相耦合的方法测量燃弧过程中故障电弧发射的辐射能量,基于建立的能量平衡关系定量估测了电弧焦耳热、光辐射、电极熔化和蒸发需要的能量、电极氧化反应产生的化学能和气体内能。研究表明:电极材料和电弧电流严重影响故障电弧内部的能量平衡过程,能量平衡的改变与压力上升特性密切相关;小电流(5 kA以下)情况下,电极烧蚀微弱,铜、铝和铁电极引起的压力上升差异较小;大电流(15 kA以上)情况下,铝蒸气与空气氧化反应释放大量化学能导致铝电极情况下的压力上升最高,而铁电极引起的最高电弧辐射使得其压力上升最低;随着电弧电流和电弧能量的增加,能量平衡的改变导致铜和铁电极情况下热传递系数k p减小,而铝电极对应的k p则趋于增大。

杯状电极下大电流故障燃弧仿真分析

基于磁流体动力学模型完成了直流10kA大电流电弧的仿真计算,获得杯状电极间电弧的温度、气压、电弧电压和气流场速度的分布参数,分析出杯状电极间电弧的发展过程与稳定燃弧状态。结果表明,电极间电弧经历电弧膨胀和稳定燃烧两个阶段,电弧最终稳定在电极间燃烧而不向外部运动。通过对比实验数据与仿真数据,验证了仿真的准确性与有效性。

252 kV GIS内部燃弧故障压升计算及壳体烧穿概率研究

气体绝缘开关设备在电力系统中起着重要的控制与保护作用,内部燃弧故障产生的高温、高压和壳体烧穿效应对设备、建筑物以及工作人员的安全造成了巨大威胁。文中针对252 k V GIS采用流体相平衡中的气体恒压热容CP0、恒容热容CV0修正改进标准计算法的参数,明确“Kp因子”的取值范围,提出一种计算压升的增强型改进标准计算法和考虑故障切除时间的壳体烧穿概率计算法。研究结果表明:引起压升的能量占电弧能量的比例系数“Kp因子”的取值约为0.78~0.92,显然大于低电压等级开关设备的取值,增强型改进标准法的计算精度高于改进标准法的计算结果,壳体烧穿的概率与故障切除时间成正比,而与电弧移动时间成反比。通过对比实际GIS内部燃弧试验压升和烧穿结果,验证了所提出的增强型改进标准法和烧穿概率计算法的有效性。

换流站交流滤波支路断路器燃弧故障建模分析

换流站动态无功平衡需要频繁动作断路器投切滤波支路电容器组,投切容性负荷易诱发暂态过电压,近年来已发生多起断路器击穿爆炸恶性事故。现有模型无法准确模拟断路器投切容性负荷导致的击穿燃弧过程,针对该问题,分析现场实录故障数据,发现动态燃弧电阻是准确模拟的关键因素;针对传统时变电阻模型和Mayr电弧模型以工频熄弧原理为基础的局限性,将预燃弧阶段分为起弧阶段和不完全燃弧阶段,将全熄弧阶段分为准熄弧阶段和熄弧阶段,提出基于高频熄弧过程的二次动态燃弧模型。数值仿真与换流站实测波形对比,验证所提模型的正确性;并基于此模型,对断路器击穿燃弧电压、电流和电阻的动态特性进行分析,为后续换流站交流断路器燃弧故障的识别和预警提供基础。

交流滤波器支路断路器高频燃弧故障检测研究

为了维持系统动态无功平衡,换流站交流断路器需要频繁的投切滤波器组,容易出现击穿燃弧事故,破坏断路器的绝缘能力甚至引发爆炸等恶性事故。由于断路器燃弧故障电流呈现高频振荡衰减特性,振荡持续时间短,无固定稳态周期,无明显零休区间,现有的燃弧故障检测方法难以适用。针对该问题,该文通过分析预击穿阶段和稳态燃弧阶段的电弧电流特性,提出一种基于一阶累加生成和平均偏移度的断路器高频燃弧故障检测方法。仿真分析不同故障条件下算法的正确性和适用性,现场录波数据证实算法的有效性。

配电开关柜短路燃弧故障检测与保护装置

设计了一种基于故障电流和弧光双重判据的开关柜短路燃弧故障检测与保护装置。装置采用硬件为主、软件为辅的方式来实现燃弧故障的检测,并且能在故障发生后输出相应的故障信息,有助于对故障点的定位,缩短故障排查时间;同时,在检测到故障发生后,将立即触发快速接地开关动作,快速阻断燃弧的发展,有助于提高开关柜的安全性和可靠性,具有较大的实用价值。

基于故障录波的交流断路器燃弧故障检测方法有效性评估

对一种交流断路器高频燃弧故障实时检测方法进行可靠性验证。首先从检测算法的理论依据出发分析高频燃弧故障的暂态过程,以检测算法的判据标准为切入点,从数学的角度对其合理性与准确性进行分析验证,验证了检测算法中阈值设定的缺陷。其次,通过现场实际燃弧故障数据验证该方法是否能完全达到对燃弧故障准确识别的预期目的。最终验证结果表明,所验证的交流断路器高频燃弧故障实时检测方法不能有效检测出断路器高频燃弧故障。

内燃弧预防区判定方法的探讨

探讨内部燃弧故障产生的原因、危害及燃弧保护等级分类,分析内燃弧预防区要求、试验方法、燃弧保护等级判定。依据内燃弧预防区可降低封闭式低压成套开关设备和控制设备中的内部燃弧故障可能性,对提高设备安全性和可靠性具有较大的意义。

船舶中压直流配电板电缆室燃弧压力升特性数值研究

本文基于电弧能量热等效压力升计算模型对船舶中压直流配电板电缆室内燃弧压力升特性进行了数值研究。计算了在不同弧压梯度下发生燃弧故障时电缆室内的压力升变化,仿真结果表明:在弧压梯度25~55 V/cm范围内,达到泄压盖开启压力时间为16~28 ms;燃弧初期压力波传至泄压盖及上部侧板时间为4ms;受压力波反射、叠加效应影响,泄压盖开启后室内压力出现二次幅值上升,上部侧板二次峰值最大,建议此处安装加强筋增强此处柜板强度。

有载分接开关内部故障压力传播仿真及试验研究

本文中作者分析了有载分接开关内部发生燃弧故障时的物理过程,深入研究有载分接开关内部压力传播的机理,建立了基于气液两相流的流固耦合仿真分析模型,并开展了真型模型试验。得到了压力传播的时空分布特性,指出了在此过程中有载分接开关的应力分布和变形情况,并提出了用于估计有载分接开关内部故障压力升高过程的经验公式,为电力设备的防爆设计提供参考。

封闭式低压成套开关柜的内部引弧试验与防护措施分析

阐述封闭式低压成套开关柜及内部燃弧故障特点,探讨封闭式低压成套开关柜内部引弧试验,包括设备防护装置、引弧点的选择、燃弧持续时间、内部引弧试验,分析燃弧故障的防护措施。

高压断路器燃弧故障自动检测方法研究

燃弧故障呈现高频震荡衰减特性,导致传统方法难以精准检测高压断路器燃弧故障,基于此,研究高压断路器燃弧故障自动检测方法。提取高压断路器在燃弧故障时刻运行电流信号的波形、峰值、均方根值、裕度、峭度等时域特征参数,利用SVM训练和学习提取的时域特征,分类识别断路器的正常状态和燃弧故障状态,实现高压断路器燃弧故障的自动检测。结果表明,设计方法检测的数据和实际录波数据之间的最大偏差仅为1.46 A,检测结果可靠且准确。

AE快速消弧装置

本文介绍一种中压电气设备内部燃弧故障主动保护装置,能迅速对内部燃弧故障做出反应,提高操作人员安全性以及故障设备的利用率。

110kVGIS内部故障电弧条件下压升计算及壳体耐受能力分析

随着近年来电力行业的不断发展,气体绝缘开关设备在电力系统中得到了广泛应用,但其内部故障电弧产生的高温、高压和壳体损坏会对设备、建筑物和人身安全造成巨大威胁;对GIS内部故障电弧进行分析,可节省大量的测试费用,缩短新产品的开发周期。对110kVGIS内部故障电弧条件下的压升进行计算并分析壳体耐受情况,结果表明各部件单元的设计满足性能要求,没有发生外壳破碎的可能。

66kV开关设备电缆舱安全设计

海上风电66kV开关电缆舱结构不同于常规开关柜,一旦发生内部燃弧故障,事故可能波及整个风电机组塔筒。介绍了66kV开关设备电缆舱泄压装置、壳体强度及电缆舱门紧固等相关设计,并通过仿真及实际试验进行了验证,为从业者提供相关参考。随着海上风电的发展,大容量风电机组已成为发展趋势。风电机组容量提升,集电电压由35kV提高到66kV,原塔筒内的中压电气设备更替为66kV高压电气设备。

配网物理模拟系统控制单元设计与实现

为控制配电网物理模拟系统以实现配电网正常运行及故障工况的模拟,基于可编程控制器(PLC),设计了配电网物理模拟系统的核心控制单元、故障模拟装置控制单元及燃弧故障装置控制单元。所完成的控制单元可实现模拟断路器通断控制、三遥数据采集控制、故障模拟控制、燃弧控制等功能,并以中断方式切除系统产生的模拟故障,响应时间不超过10个周波。PSCAD仿真结果与系统运行实验结果一致,表明所设计控制单元满足配电网物理模拟系统运行的控制要求。

一起交流滤波器用断路器击穿事故分析

在高压直流输电系统中,由于交流滤波器用断路器投切频繁,工作环境恶劣,高压断路器开断电路后容易发生绝缘击穿故障。基于一起交流滤波器燃弧故障实例,简述了事故过程,分析了断路器处于正常工作阶段、击穿故障阶段、持续性燃弧熄弧阶段和完全击穿阶段等不同阶段时相应的滤波器支路电压电流特性,计算了断路器正常工作时电流谐波含量和总谐波畸变率。最后,通过分析各个阶段的电弧电压和电流动态变化录波波形以及现场断路器解体检查情况,总结了燃弧故障发生的原因,并提出相关建议,为交流滤波器用断路器的生产和运维检修提供了依据。