新型喷射气流防雷灭弧间隙的机理研究

为解决输电线路频繁遭受雷害的问题,一种安装于输电线路的新型喷射气流防雷灭弧间隙已开发并成功运用于10kv和35kv线路。采用改进的mayr电弧模型对新型防雷灭弧间隙熄灭单相接地短路电流的灭弧性能进行仿真。运用二维N-S方程和k-ε湍流模型求解喷射气流的速度和范围,以确定mayr模型的耗散系数。通过开断试验确定电弧模型的时间常数。通过对比在小电流灭弧试验中示波器波形和高速摄像机拍摄画面,所描述模型可较好的反映气流对电弧的强烈灭弧作用,证明喷射气流防雷灭弧间隙可快速、强烈灭弧。

灭弧间隙改善35kV配电线路防雷效果的仿真计算

耐雷水平低、雷击跳闸率高的配电网是电网防雷的薄弱环节。本文为了研究HALPGD改善35kV配电线路的防雷效果,首先应用电磁暂态计算程序(electromagnetic transient program,EMTP)对安装了HALPGD的广西钦州某典型35kV配电线路的耐雷水平进行了仿真分析,分析得到在有、无避雷线情况下,1基塔、3基塔、5基塔装设HALPGD后线路耐雷水平最高可分别提高1.9倍、8.9倍和12.6倍及分别提高2.2倍、6.9倍和9.8倍;其次,基于规程法建立相应的雷击跳闸率数学模型,并结合该条线路相关参数进行计算,得出在有、无HALPGD条件下年平均雷击跳闸次数为分别为0.0742次/(100km·a)和3.668次/(100km·a),降低幅度达到97.98%,最后与实际监测雷击跳闸率数据(实际二者为0.5303次/(100km·a和4.08次/(100km·a))进行对比,分析可知计算结果与实际几乎相同。最终充分验证HALPGD一定程度上提高了线路的防雷效果。

35 kV输电线路灭弧间隙的仿真分析与试验

为解决35 kV输电线路普遍存在的雷害问题,提出一种新型灭弧防雷间隙(NALPG)装置。首先,为验证装置的可行性,论述装置的熄弧原理,研究电弧发展和熄灭的机理,并借助电磁暂态计算软件(EMTP)搭建雷击35 kV输电线路模型来分析装置熄弧之后的暂态运行过程。通过仿真得知NALPG具有降低雷击过电压和削减谐波分量的能力。紧接着构建试验电路进行工频电弧截断试验,得到整个熄弧时间仅需4.0 ms,且一段时间内电弧未重燃。防雷改造NALPG的实际挂网运行效果优异。

灭弧间隙抑制35kV输电线路雷击过电压及谐波的仿真研究

为了解决雷击输电线路存在过电压及谐波问题,笔者团队研制出了一种新型灭弧防雷间隙(NALPG)。笔者从NALPG的熄弧原理入手,以广西钦州某35kV已装有NALPG的输电线路为背景,通过搭建实物等值电路并借助电磁暂态计算软件(EMTP)来分析装置熄弧之后的暂态过程。仿真结果表明:当50kA的雷电流击中杆塔塔顶时,相比于不安装NALPG的输电线路,安装NALPG能降低雷电反击工况下输电线路输入端91.57%的过电压,输出端53.7%的过电压以及故障端38.96%的过电压;并且有效减少雷击引起的输电线路电压总畸变率(THD)及高次谐波。

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。

气吹灭弧防雷间隙电弧机理分析

根据输电线路气吹灭弧防雷间隙的工作原理和现象,提出一种气吹灭弧模型,该模型由气体爆炸波模型、灭弧气体流动模型、电弧等离子体模型构成。在流体力学软件(CFD)的基础上,通过Fluent建模,对气吹灭弧装置作用于电弧情况进行仿真。仿真结果表明,电弧能够在极短的时间内被高速气流吹离间隙,且电弧表面温度下降极快。气吹灭弧试验的结果验证了仿真模型的合理性,证明防雷间隙工频续流电弧能够被气吹灭弧装置产生的高速气流有效切断并熄灭。

35kV配电线路绝缘子串与多断点灭弧防雷间隙雷电冲击绝缘配合研究

多断点灭弧防雷间隙能有效降低35 kV配电线路雷击跳闸率,但目前暂无对多断点灭弧防雷间隙和绝缘子的雷电冲击绝缘配合的研究。因此,对35 kV玻璃、复合绝缘子串及不同间隙距离的多断点灭弧防雷间隙进行雷电冲击特性和伏秒特性的实验研究。实验结果表明:多断点灭弧防雷间隙能够在雷击后有效保护绝缘子;有效相同间隙距离下,多断点灭弧防雷间隙的绝缘水平要高于并联间隙;通过实验给出多断点灭弧防雷间隙的有效保护距离。此结论可为安装多断点灭弧防雷间隙的工程提供参考。

应用灭弧防雷间隙抑制35kV架空输电线路雷击过电压的方法

针对我国南方部分地区35 kV架空输电线路雷击事故严重的情况,设计一种基于"疏导型"防雷理念和"气吹灭弧"相结合的灭弧防雷间隙,该间隙在输电线路发生雷击时能优先于绝缘子串闪络,将雷电流导入大地的同时熄灭工频续流。通过小电流灭弧特性试验和仿真建立的灭弧防雷间隙的PSCAD仿真计算模型,针对广西大化县35 kV架空输电线路的仿真计算结果和实际运行情况表明,输电线路安装灭弧防雷间隙可有效抑制雷击过电压,降低线路的雷击跳闸率。

可主动快速熄灭工频续流电弧的灭弧防雷间隙装置设计

为改善普通绝缘子串并联间隙以牺牲雷击跳闸率换取低事故率的劣势,研究了一种能够主动快速熄灭工频续流电弧的灭弧防雷间隙。该间隙适用于10～110 kV等级电力系统架空线路。制作了该间隙的样机装置,并在西安高压电器研究所大容量检测试验室进行了工频电流灭弧试验。结果表明,提出的灭弧防雷间隙能在试验回路的继电保护动作之前熄灭幅值为1、5、10 kA的工频续流电弧,且熄灭电弧的时间短于10 ms。间隙附带的气体发生装置响应雷电脉冲到喷射气流的时间约为200μs,分析认为,其快速强力地作用于早期电弧是装置熄灭工频续流电弧的主要原因。

爆炸冲击波作用下灭弧防雷间隙熄灭工频电弧的机理及应用

为提高输电线路的防雷性能,从灭弧防雷间隙和绝缘子配合时的伏秒特性出发,对爆炸波冲击作用下灭弧装置的灭弧机理进行了研究。基于电弧黑盒模型对暂态电弧进行建模,得出故障电流切除时电弧的电压、电流、电压变化率、电流变化率波形,并进行了试验验证。结果表明:5 k A故障短路电流在第1次过零点时被切断,在爆炸冲击波作用下电弧在5 ms内经拉伸到变形到断裂直至熄灭,且未出现重燃;仿真结果与试验结果一致。基于该原理的灭弧装置现场试运行良好,验证了灭弧间隙的实用性。

高速气流作用下灭弧防雷间隙灭弧效果的研究

当架空输电线路遭受雷击而发生冲击闪络时,线路上安装的灭弧防雷间隙装置能够有效地保护绝缘子串免受工频电弧的烧蚀,同时能够在雷电冲击电流击穿间隙后深度抑制工频电弧。为了研究其灭弧效果,首先建立了该装置的气流控制方程组,运用ANSYS10.0软件对流体进行了气流场仿真;然后利用高速摄像机拍摄了电弧的发展过程,通过数字示波器记录了电弧电压波形,对灭弧防雷间隙的灭弧效果进行了试验验证;最后进一步探讨了不同故障电弧电流值下灭弧效果和气流速度的关系。仿真结果与试验结果表明:2.3 ms时刻高速气流速度最大且稳定地作用于电弧;试验得出气流熄灭电弧的时间为3.8 ms,一致说明该装置能快速熄灭电弧;气流速度越大,灭弧防雷间隙的灭弧效果就越好。

基于Navier-Stokes方程的新型喷射气流灭弧防雷间隙有效性论证

新型喷射气流灭弧防雷间隙是一种有效避免输电线路遭受雷击的防雷技术手段。为进一步论证其性能,利用Navier-Stokes(N-S)方程对气流灭弧暂态过程进行了描述,说明灭弧气丸爆炸产生的高速气流使温度场、速度场发生了急速变化,进而破坏了电弧能量的稳态,达到迅速灭弧的效果。并利用ANSYS AUTODYN有限元分析软件对气流与电弧的作用过程进行了仿真分析,表明灭弧气丸爆炸后会产生带有巨大能量的高速气体并迅速充满整个空间,该高速气体与电弧快速、全面作用并迅速破坏等离子体动态平衡,使电弧在0.2 ms内极快速熄灭。通过试验对仿真结果进行了验证,证明新型灭弧防雷间隙在雷击发生初期就迅速动作,可快速灭弧,且灭弧后依然有强气流存在,保证了电弧不会重燃。研究表明,该新型灭弧防雷间隙对于输电线路防雷极其有效。

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。

多断口自膨胀气流灭弧防雷间隙的灭弧机理

为了提高中低压配网线路的防雷性能,降低雷击跳闸率,利用“气吹灭弧”方法,研究了一种对工频电弧有强烈抑制作用的自膨胀气流灭弧防雷间隙装置。该间隙能够精准定位雷电放电路径,迫使电弧弧柱形成分段,同时产生自膨胀高压高速气流强烈抑制工频续流电弧的暂态发展过程,并最终熄灭电弧。研究了自膨胀气流的形成与灭弧原理,建立了自膨胀气流耦合工频续流电弧数学模型,运用了流体力学软件FLUENT对自膨胀气流灭弧过程进行仿真分析。进行了灭弧间隙装置熄灭电弧试验,并借助高速摄像机捕捉装置的灭弧详细过程,分析了装置在10kV配电网线路的实际运行效果。结果表明:自膨胀灭弧气流作用在工频电弧暂态发展的早期阶段,深度抑制其发展过程,促使电弧拉长、变形、冷却、截断,并在4ms内完全熄灭电弧并抑制重燃;防雷间隙能够大幅度降低雷击跳闸率,保护电网运行安全。

强气流下灭弧防雷间隙的气流场仿真及灭弧试验研究

为了探讨强气流下灭弧防雷间隙灭弧效果的影响因素,基于极快速电弧截断防雷新理论,对强气流下灭弧防雷间隙抑制电弧发展的机理进行了研究。采用链式电弧模型分析电弧元的运动情况,并求解电弧元速度方程。利用ANSYS AUTODYN模拟不同入口气压下气流场形态,得到气流速度数值仿真结果,并进行了灭弧试验验证。对每次试验的灭弧时间进行数据统计,进一步研究了灭弧防雷间隙的灭弧效果。结果表明:灭弧筒入口气压为20MPa时,气流速度可达573.9 m/s,且入口气压越高则气流速度越大,电流过零后气体介质强度恢复就越快,从而越利于熄灭电弧;灭弧时间实际数值与计算值趋于一致,电弧在4.6 ms内经拉长直至熄灭,且灭弧时间与故障电弧电流值负相关,与气流速度正相关,气流速度越大则灭弧时间越短。研究结果证明了气流速度对灭弧的重要性。

多断口爆炸气流灭弧防雷间隙灭弧试验

多断口爆炸气流灭弧防雷间隙是一种主要针对10 k V电压等级输电线路的新型灭弧防雷装置。为研究其灭弧能力,利用短路发电机提供5 k A最大工频电流,对其灭弧过程进行了试验。试验现象说明:爆炸气流能够强烈干预电弧,在短时间内将电弧迅速拉长并吹出陶瓷管外,加快电弧等离子体热游离和电弧能量的扩散,瞬间冷却并熄灭电弧。试验结果表明:从装置触发到灭弧结束历时70μs左右,其中从气流接触电弧到电弧熄灭的时间小于10μs,并且有TNT装置的灭弧效果要明显优于无TNT的装置,装置触发后产生的高速气流能够维持时间为600μs,强烈作用于电弧生成的初始阶段,实现对电弧的长久抑制,不会出现残压和电弧重燃现象,而且此装置能经受50次65 k A大电流冲击或20次100 k A大电流冲击。证明多断口爆炸气体灭弧防雷间隙装置能切实保证供电可靠性,保障电网的正常运行。

新型约束空间灭弧防雷间隙研究

喷射气体灭弧防雷间隙能在绝缘子发生雷击闪络造成单相接地故障时快速输导雷电流入地,同时启动高速气流灭弧装置,熄灭故障点工频续流,抑制间歇性电弧产生和过电压。通过雷电冲击试验、工频电弧试验,证明约束空间灭弧间隙能迅速地将工频电弧熄灭,避免工频电弧灼烧绝缘子以及线路断线的风险。新型灭弧防雷间隙具有动作时间短,喷射气流压强高,速度快,间隙间介质强度恢复迅速等特点,能够强效抑制工频电弧,大幅降低线路雷击跳闸率。

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灭弧防雷效果。仿真、实验结果共同表明:多断口灭弧防雷间隙能够在0.3 ms内完全熄灭电弧,并且气流能够切断后续工频电弧通道能量补给,阻止电弧重燃。实际运行结果表明:多断口灭弧防雷间隙已经成功防护多次巨大雷击,线路正常运行未发生跳闸事故。

影响爆炸气流灭弧防雷间隙灭弧时间的参数计算

为了研究爆炸气流灭弧防雷间隙的灭弧时间特性,利用电弧链式模型,对故障电弧电流元进行受力分析,得到电弧的运动特性。根据故障电弧熄灭的弧长判据,利用MATLAB软件对不同参数下故障电弧的受力进行编程仿真计算,得出理论灭弧时间,并分析故障电流、喷口角度、气流速度对灭弧时间的影响。经过分析可知:在相同的故障电弧电流条件下,灭弧时间主要由灭弧间隙气流速度大小决定,气流速度越快灭弧时间越短;当气流速度相同时,电流值越大灭弧时间越长;喷口角度对灭弧时间的影响较小。通过对不同参数下的灭弧时间试验,记录灭弧时间和灭弧过程,并与计算值进行对比,证明了爆炸气流灭弧防雷间隙的科学性。