考虑潜供电弧初始位置随机性的电弧仿真模型

短路电弧向潜供电弧转换过程中,因短路电弧直径远大于潜供电弧,潜供电弧出现的具体位置不能确定,潜供电弧初始位置具有随机性。针对这一问题首次建立了仿真模型,认为潜供电弧出现的位置与空间电导率有关,电导率越大,越容易击穿形成潜供电弧。基于此种认识,计算了空气电导率与温度之间的关系,进一步求得了不同短路电流下电导率沿电弧径向分布规律。在此基础上,仿真计算了不同短路电流下潜供电弧初始弧长的随机性,进而将潜供电弧初始位置随机性模型应用到链式电弧模型中,对潜供电弧进行仿真计算,获得了具有分散性的潜供电弧燃弧时间,并将仿真结果与实验结果相比较。结果表明:电导率随温度变化呈先增加后平坦最终降低的规律;电流为1 k A时电导率沿电弧径向单调递减,而电流为25 k A时电导率沿电弧径向呈现先增加后减小的趋势;随着短路电流的增大,潜供电弧初始弧长平均值与弧长的分散性也随之增大;燃弧时间计算结果与实验结果整体趋势一致,相对误差较小,计算模型可靠。

500kV交流输电线路绝缘子并联间隙电弧运动特性

绝缘子并联间隙是输电线路雷电防护的有效手段之一。文章对500kV线路所用并联间隙的设计参数及其对电弧运动的影响进行了全面的研究。建立了绝缘子并联间隙的电弧运动仿真模型,通过仿真计算,研究了上下并联间隙的罩入比、罩入深度、尺寸以及短路电流对并联间隙间电弧运动情况的影响,详细分析了电弧所受的间隙磁场力、同侧导线磁场力和异侧导线磁场力的特征。仿真结果表明,上间隙电极的弯折角度不应过大,采用上下罩入深度比例2:1的设计,保证起弧点远离绝缘子,同时还防止了电弧上弧根在上间隙弯折处向绝缘子方向运动,绝缘子裸露空气部分85%。推荐并联间隙上下导体水平布置且端部距离绝缘子水平距离为700mm/700mm宽度的设计尺寸。

爆轰气流作用下的电弧熄灭特性

为了解决输电线路防雷难题,在并联间隙的基础上提出了一种基于爆轰气流作用的灭弧防雷装置。通过建立链式电弧模型,对电弧元进行受力分析,利用爆轰相似理论对爆轰波的压力进行计算,并进一步推导出电弧元的各速度分量控制方程。利用ANSYS AUTODYN模拟爆轰气流与电弧等离子体耦合过程,得到气流场和电弧温度场的数值仿真,并进行灭弧试验验证。结果表明：电弧元的各速度分量与电弧元的长度无关,与爆轰气流压力有关;且气流压力越大,电弧运动速度越快,越利于熄灭电弧。爆轰气流速度最大可达到6 000 m/s,4.6 ms时电弧温度由最高的14×10^3 K下降到3×10^3 K,且在爆轰气流作用下电弧熄灭,没有发生重燃。

高速铁路电分相电弧运动发展规律研究

高速铁路普遍采用锚段关节式电分相结构,动车组带电闯分相时产生的长电弧在弓网物理场中的运动具有随机性。该文在接触网电流分布的基础上,采用链式电弧模型,计及电弧受到的磁场力、热浮力、空气阻力及行车气流作用,得到电弧链的运动轨迹变化,进而发现起弧初相角、起弧位置对电弧运动发展的影响规律。仿真结果表明,磁力对电弧的运动起主导作用,电弧运动受起弧位置影响尤为显著,但受起弧初相角影响不大;当起弧位置居于吊弦正下方时,电弧整体倾向于沿行车方向进行往复运动,当起弧位置位于吊弦前、吊弦后时,电弧呈现明显的下倾、上飘规律。该文研究揭示了电分相电弧会导致异相短路、对车顶短路、烧损承力索3种不同后果的原因。

爆炸气流作用下暂态电弧自熄灭时间计算

爆炸气流是影响暂态电弧自熄灭时间的重要因素,为此,从电弧运动的角度出发,研究了利用爆炸气流灭弧装置产生的爆炸气流对电弧自熄灭时间的影响。利用链式电弧模型以及电弧自熄灭弧长判据,对在故障电流为1 k A时不同喷口角度、气流速度灭弧参数下的电弧自熄灭时间进行仿真计算,并与试验结果进行比较分析,研究结果表明:在气流速度为300 m/s、电流1 k A、喷口角度60o时,仿真中得出电弧自熄灭时间为0.3 ms,而试验中得出的电弧自熄灭时间为0.4 ms,仿真值与实际值基本相符。电弧自熄灭时间与爆炸气流速度有关,在相同的故障电弧电流的情况下,电弧自熄灭时间随着气流速度增大而减小。这说明了爆炸气流灭弧装置在灭弧性能上的可行性。

冲击气流作用下灭弧防雷间隙截断电弧的机理

为了提高输电线路防雷高效性,以普通并联间隙为基础提出一种基于冲击气流作用的灭弧防雷间隙。通过分析灭弧防雷间隙和绝缘子配合时的伏秒特性,研究了其截断电弧机制。建立链式电弧模型,并对电弧元进行受力分析,推导出电弧元各速度分量控制方程,得出其数值与电弧元长度无关,与冲击气流速度有关,且气流速度越大电弧运动越快越利于熄灭电弧。运用Ansys10.0软件对流体进行气流场仿真,利用高速摄像机拍摄电弧的变化过程,通过数字示波器记录电弧电压波形,仿真结果与试验结果表明:2.6 ms时冲击气流速度最大且稳定的作用于电弧,试验得出气流熄灭电弧的时间4.5 ms,没有发生重燃,一致说明该装置能快速截断电弧。