66 kV消弧线圈接地系统单相接地电弧燃弧特性试验研究

为研究66 kV消弧线圈接地系统单相接地故障引起的短路电弧在空气中燃弧特性,在变电站建立了人工单相接地试验模拟平台。对消弧线圈补偿电流为92.8、97.9、103.3 A 3种工况下的接地电弧进行了试验,记录了电弧的电压、电流波形。试验结果表明:接地电弧的频率特性不随消弧线圈补偿程度而变化。起始时刻的弧道电阻与合闸角度相关,合闸角度越大,弧道电阻越大。稳定燃弧状态下,半个周波的电压变化率不随消弧线圈补偿程度而变化,为120 kV/s,而电流的变化率随消弧线圈的补偿程度而增大,分别为12、14、16 k A/s;在稳定燃弧后的不同周期内,电弧伏安曲线不一致,但其发展规律相同。稳定燃弧后的电压幅值与消弧线圈补偿程度无关,其正负幅值之差为1 200 V,消弧线圈过补偿程度越大,电流幅值越大,其幅值能够达到80 A。该研究成果可为消弧线圈的参数整定提供理论参考依据。

频率对压气式高压SF6断路器燃弧特性的影响

研究不同频率对高压SF6断路器开断特性的影响对于提高60Hz条件下断路器的开断能力具有重要意义。基于此,建立了二维电弧磁流体动力学(MHD)模型,并考虑了电磁场、电弧辐射以及喷口烧蚀的影响,在保证燃弧时间均为17.36ms条件下,仿真计算了50Hz和60Hz电弧的燃弧过程。比较分析了燃弧期间灭弧室的温度和气压分布规律,并研究了不同频率对电弧电压以及喷口烧蚀情况的影响。结果表明:电弧熄灭时刻,50Hz轴向温度低于60Hz,最大轴向温度差值接近2200K,轴向气压略微高于60Hz,说明50Hz下的建压效果和过零时刻的气吹冷却效果均优于60Hz;50Hz电弧输入总能量和喷口烧蚀质量都少于60Hz,而在熄弧前的半波,50Hz比60Hz喷口烧蚀质量高7.3%,提高了50Hz下的建压效果;50Hz情况下的熄弧电压尖峰显著高于60Hz,说明其介质恢复情况好于60Hz;从而解释了不同频率对压气式高压SF6断路器电弧开断特性的影响。

H_2和空气下的直流开断电弧的燃弧特性分析

为解决航空电器要求体积小、重量轻、开断容量大的问题,选用H2和空气开关电器样机进行试验研究,建立直流开断试验电路,分析不同气体下直流电弧的电弧电压、电流波形、燃弧时间特性,电弧能量特性及电弧相转变过程。试验结果表明,H2比空气开关电器燃弧时间短、灭弧能力强,具有应用于航空供电系统的优势。

气吹作用对CO2、CO2/C4-PFN、CO2/C5-PFK混合气体燃弧特性的影响

CO2及其混合气体在替代SF6方面已表现出较大的应用潜力,研究其燃弧特性对于新型断路器的研发具有重要意义。为此设计了模拟直动式和压气式高压负荷开关的燃弧过程的实验装置,搭建了多参量综合测量的实验平台,针对CO2及其与C4–PFN、C5–PFK混合气体在拉弧以及喷口限制吹弧条件下的燃弧特性开展了实验研究,对燃弧过程中的电弧电压、电弧电流以及电流过零附近的零区特性进行了测量,并利用Mayr电弧模型,对比了不同燃弧实验中CO2及其与C4–PFN、C5–PFK混合气体的弧后击穿特性。研究发现:气吹作用对于小电流期间电弧的能量耗散有着极强的促进作用;在拉弧实验中,CO2气体的热开断性能大约为SF6的50%,C5–PFK–CO2混合气体的热开断性能约为SF6的75%,而C4–PFN–CO2混合气体则与SF6的热开断性能相当;在吹弧实验中,CO2、C5–PFK–CO2和C4–PFN–CO2混合气体的热开断能力分别大约为SF6的45%、68%和91%。

频率对低压断路器空气电弧燃弧特性影响的实验研究

永磁直驱风力发电系统要求其保护用空气断路器可以开断较宽频率范围内的短路电流,而电弧动态特性直接影响了断路器的开断性能。为此以微型断路器和塑壳断路器为例,首先开展了不同频率下的电弧开断实验,得到了电弧电流、电弧电压,并计算了整个燃弧期间内的电弧能量、归一化时间和允通能量,研究了频率对表征电弧动态特性的关键物理量的影响规律。其次,定义了归一化时间来表征栅片中的涡流对电弧运动过程的阻碍程度。最后对比分析了不同灭弧室结构对电弧动态特性的影响。结果表明:随着频率的增加,归一化时间增加,限流系数增加,电弧能量减小,因此,工频下设计的断路器在非工频条件下工作时,应该降容使用。该研究初步揭示了频率对空气电弧动态特性的影响规律,且为宽频断路器的开发和优化提供了理论指导。

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%。

C_5F_(10)O-CO_2混合气体燃弧特性的试验研究

基于1台开有观察窗的可拆试验模型,研究了C_5F_(10)O-CO_2混合气体的自由燃弧特性,并测量了电弧电压、电流和发射光谱,通过Abel逆变换得到了电弧的二维分布特性。试验结果表明,CO_2和28%C_5F_(10)O-72%CO_2混合气体的电弧比SF6气体波动更剧烈;在CO_2气体中加入C_5F_(10)O后,气体电弧的稳定性得到改善,且能够显著降低电弧温度。

不同灭弧介质下直流燃弧特性实验研究

为探究H_(2)、N_(2)和不同混合比例的H_(2)-N_(2)混合介质的燃弧特性,搭建了可视化电弧实验平台。设计了“圆台平板”碳触头结构稳定电弧,利用高速摄影仪拍摄电弧形态及电压、电流探头采集电弧电气量,测试不同介质的电弧特性,分析气体电弧的电弧电压组成及近极压降的提取,比较多组混合气体下电场强度。实验表明H_(2)-N_(2)混合气体的弧压随着H_(2)含量增加而上升,可为直流接触器气体介质的选择提供参考。

直流电弧燃弧特性影响因素的仿真研究

从直流电路模型的微分方程出发,分析了直流电弧的熄灭原理,给出了利用Runge-Kutta法求解该方程的程序框图,并且结合实际应用研究了燃弧时间的主要影响因素及其影响过程。结果分析表明,利用该研究结果能使电弧可靠、快速地熄灭,为直流开关电器的设计与应用提供了一定的理论指导。

铜蒸气对密封直流接触器氢-氮混合气体电弧特性的影响

密封直流接触器开断过程电弧烧蚀触头产生的铜蒸气对氢-氮混合气体电弧特性及开断性能具有重要作用。依据平衡态等离子体理论计算出铜蒸气不同占比的氢-氮混合气体的各项物性参数,引入铜蒸气影响,建立了基于磁流体动力学理论的氢-氮混合气体电弧模型,系统研究了铜蒸气在混合气体中占比及分布规律对燃弧特性、电弧发展演变特性等的影响规律。基于可拆卸腔体开展了实验验证,750 V/250 A密封直流接触器实验中电弧重击穿概率、熄弧时间变化等规律与理论分析结果基本相符,验证了铜蒸气对燃弧特性的影响。研究表明:随着铜蒸气在混合气体中占比提高,燃弧过程电弧温度缓慢降低,熄弧时间逐步提高,重击穿概率增大,且铜蒸气不均匀分布比均匀分布熄弧时间有所降低。研究结果为混合气体直流燃弧特性和高可靠性密封直流接触器优化设计提供理论参考。

Ag/SnO2电接触材料的制备及其燃弧特性研究

以Ag粉和自制SnO2为原料,采用机械合金化和热挤压拉拔工艺制备Ag/SnO2电接触材料。采用冷压焊工艺设备制备了Ag/SnO2铆钉元件。采用X射线衍射仪(XRD)对Ag粉、自制SnO2及Ag/SnO2复合粉体进行物相分析;采用扫描电子显微镜(SEM)对电寿命测试前后Ag/SnO2铆钉元件的表面形貌进行了表征。并考察了不同电气参数对Ag/SnO2铆钉元件的燃弧特性、电弧侵蚀形貌、质量损失及其失效退化模式等特性研究。结果表明:Ag/SnO2电接触材料在电弧作用下相比于纯Ag表现出更高的燃弧时间和燃弧能量,平均闭合与断开燃弧时间分别为51.78和25.86 ms,比纯Ag多出4.87和2.78 ms;同理,平均闭合、断开燃弧能量分别为988.14和493.85 mJ,比纯Ag高出104.93和58.76mJ;随着循环操作次数的增加,Ag/SnO2电接触材料的总质量损失为负值,其失效退化模式主要表现为液滴飞溅与SnO2颗粒上浮。

特高压换流变用550kV防爆燃间隙油中电弧转移熄弧性能试验研究

特高压换流变充油量大,内部短路故障时会产生高能油中电弧,出现大的机械冲击力并产生大量高温高压油气,容易导致油箱结构撕裂和爆炸起火。为此提出在换流变网侧并联SF_6间隙,1 ms内导通并形成低阻气体电弧通道,快速转移熄灭高弧阻油中电弧的防爆燃技术方案,将传统故障清除时间缩短约80%。油中电弧转移受故障电弧特性的影响,但相关研究主要针对小电流的短油隙(<50 mm),长距离高能油中电弧特性仍未阐明。该文等效模拟换流变网侧内部放电工况,设计了试验回路、试验方式、油中燃弧模拟装置和高精度试验测控系统,成功开展6种方式油中电弧转移熄弧试验,获得了油中电弧特性和间隙转移熄弧能力。试验中设计油隙长度为250~650 mm,覆盖换流变500 kV和750 kV网侧最小油隙长度,参考换流站短路电流水平设计试验电流为20~50 kA、参考换流变保护出口时间设计间隙触发时延控制油中燃弧时间为2~10 ms。6次试验中间隙均能在1 ms内转移熄灭油中电弧。试验结果分析表明,换流变网侧最小油隙起始弧压不低于10 kV,随着油隙长度增加,单位长度弧压略微增加;在10~50 kA级短路电流下,油中弧压受电流幅值影响很小。该试验表明了间隙转移熄弧防爆燃的可行性和防爆燃间隙设计的有效性,为特高压换流变防爆燃提供了新的解决方案。

带有外部线圈的纵磁场真空灭弧室的燃弧特性

装有外部磁场线圈的真空灭弧室的简单化已成为一种特别的研究课题。但线圈内的欧姆损耗掩盖了其商业应用。近来的研究减少了这些损耗。其减少也导致了相当低的应用纵磁场，接近于对电流分布和触头烧蚀影响较大的所谓“最小所需磁场”。本文提出了可用来估算电流分布、触头温度和触头绕蚀的模型。提出了模拟结果并与实验结果进行了比较。

环保气体绝缘环网柜的燃弧与开断特性研究

文章主要对环保气体绝缘环网柜的燃弧与开断特性进行了研究,并对研究结果进行了分析。