液态金属限流器电阻特性测试及建模

液态金属限流器依靠电弧电阻实现故障限制功能,已有研究缺乏对电弧发生发展全过程的分析,未能完整描述其电阻变化特性。本文通过实验方法对液态金属单元的限流工作特性进行了测试,分析了限流过程四个阶段的电阻变化特点,进而建立了描述其完整工作过程的电阻特性数学模型,并与实验结果取得了良好的吻合。此模型有助于实现液态金属单元在电力系统中限流特性的快速仿真计算。

阻性隔板液态金属限流器设计与限流特性分析

液态金属限流器(LMCL)具有独特的优势,在电力系统的限流方面有良好的应用前景。为了减小LMCL烧蚀,提高使用寿命,该文设计了一种阻性隔板液态金属限流器(RWLMCL)。首先,从腔体内部的电流分布角度,分析了RWLMCL减少烧蚀的原因。然后,通过实验与仿真探究了RWLMCL中液态金属自收缩效应的动态变化过程。结果表明,仿真与实验结果具有很好的一致,证明了理论模型的合理性。将LMCL的隔板由绝缘替换为阻性,液态金属自收缩效应仍然有效。最后,比较了RWLMCL与现有绝缘隔板LMCL的限流特性与烧蚀情况,发现与绝缘隔板LMCL对比,铁钴镍隔板LMCL的电流峰值减小了2.68%,电弧电压峰值减小了95.0%,弧前时间减少了23.9%,燃弧时间减少了68.8%,阻性隔板的氧化锌隔板LMCL与铁钴镍隔板LMCL的液态金属烧蚀明显减弱。结果证明,RWLMCL可以限制液态金属电弧剧烈燃烧,减少腔体的烧蚀,从而有效地延长LMCL的使用寿命。

自收缩效应型液态金属限流器限流特性影响因素的研究

基于自收缩效应的液态金属限流器(liquid metal current limiter,LMCL)有自动检测限流、故障排除后可自恢复、填充介质对环境友好、结构简单以及体积小的独特优点,具有良好的应用前景。通过测量不同情况下限流过程回路电流以及LMCL的电弧电压,实验研究了LMCL限流特性的影响因素,为LMCL结构的优化设计提供参考依据。实验结果表明:LMCL的限流效果随着弧前时间的缩短以及电弧电压的上升而愈加明显,弧前时间和电弧电压受预期短路电流和LMCL结构参数的影响;同时实验过程中发现,大电流下电弧压力对LMCL限流性能会产生不利的影响,为解决此问题,提出了一种带有压力释放功能的限流器结构,可以有效地改善限流效果。

磁收缩效应型液态金属限流器起弧特性研究

基于磁收缩效应的液态金属限流器具有体积小、结构简单、自检测故障和自恢复的优点,在未来中低压系统中具有良好的应用前景。采用高速摄影技术对液态金属收缩动态过程进行观测,并对其弧前时间进行测量,通过所建立的仿真模型对该物理过程进行分析研究。采用以上方法对不同因素下的液态金属起弧特性进行了全面研究,包括初始自由液面高度、隔板通孔孔壁粗糙程度及预期电流上升率等关键因素。研究结果表明:液态金属磁收缩过程往往同时包括源于液面凹陷的收缩及通孔液柱直接收缩两个过程。通过研究获得了两个过程的规律及影响,为未来限流器结构设计与性能优化提供依据。

基于PSCAD/EMTDC的液态金属限流器暂态过程研究

为了正确模拟液态金属限流器的限流过程,以液态金属限流器短路试验系统为研究主体建立了基于电磁暂态分析仿真平台PSCAD/EMTDC的含液态金属限流器的非线性电路仿真模型,并对液态金属限流器限流暂态过程进行了仿真分析。针对液态金属限流器燃弧过程复杂的特点,基于电弧的外特性采用设定等效时变非线性电导的方法对燃弧过程进行了模拟。仿真分析得到的液态金属限流器限流暂态过程中电压电流特性符合实际试验结果,证明了该方法对于模拟液态金属限流器暂态过程的正确性。

液态金属限流器并联限流特性的试验研究

针对自收缩型液态金属限流技术,进行了大量的试验研究。为了解决液态金属限流器在燃弧限流过程中装置内部气压过高的问题,通过液态金属限流器并联阻抗吸收回路和并联结构相同液态金属限流器吸收回路两种方式实现对液态金属限流器的保护。试验研究了并联不同能量吸收回路时液态限流器的限流特性和分流特性,为液态金属限流器在实际工程应用中提供参考。

液态金属限流器零前熄弧现象及气压特性的试验研究

为了研究自收缩型液态金属限流器在大电流情况下的限流特性,设计了一种观察限流过程中限流波形的试验方案。发现了电弧在电流过零前提前熄灭的现象,提出限流过程中装置内部气压是导致这种现象的主要原因,进而得到了限流过程中限流器内部的气压特性。同时,针对多孔串联限流器的试验样机在大故障电流峰值为22 k A下的限流反弹现象,进行了泄压改进,改善了其限流特性。

液态金属限流器稳态热分析

针对液态金属限流器,本文介绍了液态金属限流器的稳态温升结构,以载流5000 A为目标,对该种结构的液态金属限流器进行热电耦合仿真。考虑接触面的接触电阻,本文求解了限流器各个部件的发热功率,然后以功率作为热载荷,对流散热表面使用综合散系数,对限流器的稳态温度场进行仿真分析,得到了满足要求的液态金属限流器结构。然后对该种结构的限流器进行稳态温升试验,通过监测监测点的温升得到其最大载流量,将仿真结果与试验结果进行对比分析,验证了仿真的合理性。该仿真方法及试验对液态金属限流器的设计具有一定的指导意义。

液态金属限流器稳态温升仿真及试验研究

液态金属限流器稳态温升限制其通流能力,笔者对液态金属限流器的发热和传热过程进行分析,提出了适用于液态金属限流器稳态温升的仿真分析方法。根据所提出的方法,对液态金属限流器样品进行了三组稳态温升仿真与试验,通过仿真计算结果和试验数据的对比,验证了仿真方法的正确性,得出液态金属限流器通流能力随通流孔径增大而增大的结论。

GaInSn金属蒸汽电弧对电极的侵蚀机理研究

针对自收缩型液态金属限流器中的GaInSn金属蒸汽电弧对电极的侵蚀现象进行了研究,结合试验与仿真结果,揭示了GaInSn金属蒸汽电弧对电极的侵蚀机理,并将研究成果应用于电极结构改进,提高了电极耐电弧烧蚀的能力。

一种基于电流强制转移原理的直流混合式断路器

在短路故障下,为了实现液态金属限流器高速开关触头无弧打开,提出了一种基于高速开关和液态金属限流器实现直流分断的混合式断路器拓扑结构。介绍了拓扑结构的设计原理及特点;分析了电流转移过程的操作原理;基于振荡电流源模拟故障电流对液态金属限流器的电流转移过程进行了试验研究,分析了不同因素对于液态金属限流器弧后恢复时间的影响,并确定了合适的转移起始电压。