Mayr电弧模型下GIS中快速暂态过电压的仿真分析

SF6气体绝缘封闭组合开关(GIS)中隔离开关进行分合母线时,产生快速暂态过电压(VFTO),幅值高且上升速率极快,威胁GIS及相邻设备的绝缘。选取某800 kV GIS隔离开关分合母线的试验电路为研究对象,采用电磁暂态程序(EMTP/ATP)进行建模仿真,隔离开关燃弧时采用Mayr电弧模型,分析其对VFTO的影响,得出考虑Mayr电弧模型时操作隔离开关、断路器侧隔离开关及变压器侧隔离开关的电压波形,并与考虑时变电阻模型的VFTO进行对比。对VFTO波形进行离散傅里叶分析,得到过电压频率、幅值的变化特征,研究结果为GIS绝缘设计提供参考。

配电网间歇性重燃电弧模型的建立与断续弧光接地故障特征分析研究

电弧间歇性重燃是配电网单相接地故障最显著的特征。现有的电弧模型甚少考虑电弧间歇性重燃特性,导致无法精确描述断续弧光接地特征,进而影响继电保护动作。为此,论文提出一种间歇性重燃电弧模型的建立方法,并在此基础上对断续弧光接地故障特征进行了分析。弧道阻抗的随机变化是电弧间歇性重燃的重要标志,故论文重点围绕弧道阻抗变化的随机性和重燃时间间隔的随机性开展间歇性重燃电弧模型的研究。黑盒电弧模型中,Cassie-Mayr联合模型能完整的描述电弧电流从大电流到小电流的变化过程,但存在从大电流变化为小电流的判据模糊,转换过程突变的问题。为此,论文通过引入连续过渡函数解决上述问题。同时,为描述弧道电阻的变化特性,利用Fermi函数对联合模型中Mayr模型和Cassie模型进行权重分配。以改进的Cassie-Mayr单次燃弧模型为基础,根据工频熄弧理论,通过设置燃弧时间长短表征间歇性重燃的随机性,从而建立了间歇性重燃电弧模型。利用该模型,对典型10kV配电网单辐射型网架结构的接地故障进行模拟仿真,采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)和小波包分析提取了不同条件下故障电压、电流、高次谐波、零序分量以及频率分布等故障特征。研究结果表明:改进后Cassie-Mayr联合模型不但解决了电弧电流从大电流到小电流的转换突变问题,且不同模型权重占比的分配更能准确地表征实际燃弧弧道阻抗变化的随机性;通过设置电弧燃弧时间长短,准确地描述间歇性重燃的随机性;电弧断续时刻为非整数周期下的过电压、过电流幅值高于整数周期;电缆线路增大了故障线路电流,过电流可达3.81~7.20pu,不利于熄弧;大电流系统故障相零序电流主频在0~400Hz,小电流系统故障相零序电流主频在1200~1600Hz。

直流激励下桥丝型电火工品电弧发火预测模型

为了研究桥丝型电火工品在直流激励下的电弧发火特性,预测其电弧发火安全阈值,采用模拟电荷法计算了脚‐壳二维切面电场强度,利用电击穿理论计算了脚‐壳电击穿系数,提出了桥丝型电火工品电弧发火的量化判据并建立模型。结果表明,环境温度在25°左右,气压为大气压强时,桥丝型电火工品脚‐壳之间距离对其电弧发火阈值影响较大,脚‐壳距离越短,电弧发火阈值越低。桥丝型电火工品脚‐壳间电击穿电压预测模型计算结果与实测值相对误差不超过3.3%,且利用COMSOL仿真计算所得电击穿系数与预测模型计算结果相对误差约1%。

基于函数型数据分析算法的电阻性本质安全电路电弧放电模型

区别于电感性和电容性本质安全电路,电阻性本质安全电路的电弧放电波形因具有三种类型一直无法被准确描述,且电阻性电路本质安全判据的不完善描述会导致实际运行条件下爆炸事故的多发性。对此,该文首先考虑电阻性本质安全电路的放电过程及波形特征,基于函数型数据分析回归算法,建立了高维、参数强相关、适用范围广的电阻性电路电弧放电数学模型,并基于模型建立了相应的本质安全能量判据;然后采用该模型模拟电阻性电路放电过程并提出了一种电弧放电波形分类方法,发现在特定电路参数条件下,当电路正常工作电流I≤0.15 A或I≥0.6 A时,电弧放电基本呈现典型放电形式;最后搭建火花放电试验平台,验证了所建电弧模型的可行性与预测效果的准确性。

电弧炉炼钢动态模型的建立与评价

建立数学模型预测电弧炉生产状况与工艺参数以指导其实际生产具有重要的实际意义。基于能量利用效率与冶金反应原理建立了电弧炉炼钢动态模型,包括竞争氧化、能量输入、废钢熔炼和熔池升温、温度求解四个模块,模拟电弧炉炼钢过程。将某钢铁厂电弧炉的典型生产参数及文献中报道的冶炼参数,代入该模型计算验证。结果表明,预测温度和测量温度的误差为-7℃,预测C、Si、Mn和P的质量分数误差分别为0.017%、-0.001%、0.037%和-0.0005%,其中,展现了电弧炉冶炼终点的“回磷”现象,并论证了留钢操作对电弧炉冶炼的益处。针对实际生产过程多炉次的模拟结果也展示出比较良好的预测结果,证实模型具有良好的可推广性。模型的开发为帮助优化过程、设计操作实践以提高电弧炉的性能和竞争力提供了必要的工具。

基于双温度磁流体电弧仿真改进Mayr电弧模型的特快速暂态过电压仿真方法

特快速暂态过电压(VFTO)仿真研究中,传统电弧黑盒模型因电弧时间常数和散热功率常取经验值会引起VFTO计算结果出现较大误差。对此,该文提出了一种基于双温度磁流体电弧仿真的改进Mayr电弧模型建立方法。首先,建立了双温度磁流体电弧模型,并通过该仿真研究了上述关键参数与电弧电导的关系,建立了改进Mayr电弧模型;其次,搭建了VFTO仿真模型,采用改进Mayr电弧模型和多种传统电弧数学模型计算了特高压GIS隔离开关切合空载短母线过程的VFTO波形;最后,对比分析了各电弧模型的仿真结果与实测结果波形特征的相对误差。结果表明,改进Mayr电弧模型的VFTO仿真结果与实测结果的相对误差较小,计算准确度较高。

基于自编码器模型的光伏系统故障电弧检测研究

以光伏系统中直流串联电弧的检测为研究对象,基于自编码器模型提出了一种通用且复杂度相对较低的故障电弧检测方法。首先,通过MATLAB/Simulink仿真进行理论预演,并构建了模拟实际光伏系统应用场景的实验平台。该实验平台为深度学习算法生成训练数据,并从实验正常运行状态数据中提取编码特征。然后,使用训练完成的深度学习模型,对实验平台生成的故障电弧数据进行分析。通过各项指标评价,验证了该算法在光伏系统中检测直流串联电弧的性能和有效性。实验结果表明,该方法能够准确地检测光伏系统中的故障电弧,为提高系统安全性和防止火灾危险提供了可行的解决方案。

基于Schavemaker模型和小波分析的航空EWIS故障电弧检测技术

针对航空线路系统故障电弧检测问题,在分析故障电弧的成因和基本特征的基础上,设计一种基于小波分析的故障电弧检测算法。分析基于Schavemaker电弧模型的交流串联故障电弧发生电路,采用sym5小波对故障电弧电流数据进行分解,提取出电流的高频部分,并提出基于高频分量d_3标准差的故障电弧检测方法,基于Simulink对该算法进行仿真验证。仿真结果表明:该方法比传统的小波分解后直接设定阈值检测故障电弧方法区分度高,能快速准确地确定故障电弧的存在,为工程实践提供有益参考。

基于kriging代理模型的电弧炉温度预测

为快速预测双电极电弧炉在不同电极高度、间距、电压下的温度,基于电弧炉理论建立仿真模型,获得输入样本与响应之间的大量仿真数据。在此基础上,以确定性系数R2为主要评价指标,应用Kriging、Rbf、Svm代理模型进行拟合预测,得出Kriging代理模型的预测精度最高,通过加点优化得到精度更高的kriging代理模型。

弓网电弧模型及其电气特性的研究进展

为防止弓网电弧侵蚀受电弓和接触网,避免其对机车设备和环境的电气干扰,保证机车可靠受流,针对电气化铁路及城市轨道交通的弓网电弧问题,从电气特性角度进行研究进展综述。首先,讨论弓网电弧的产生机理,归纳电弧的各种数学模型和弓网电弧特点。同时,从高速铁路弓网电弧的电气特性入手介绍当前国内外弓网电弧的电气侵蚀、电弧能量、电气干扰和电弧检测的最新研究进展。最后从电气特性角度,指出弓网电弧研究存在的问题和未来发展趋势。

基于链式的爆炸气流场耦合电弧动态模型

为研究大电场条件下有效熄灭电弧的优良方法,在开放空间下,考虑爆炸产生的冲击波及强烈气流耦合电磁场等因素的影响,基于电弧链式思想和经典激波理论分析电弧在爆炸气流影响下的受力情况,推导出电弧运动速度控制方程。在此基础上,结合能量平衡方程及热交换原理,建立耦合场的电弧模型。通过有限差分法求解模型,分析气流耦合电磁场下电弧熄灭的运动过程和物理特性变化,并得出电弧状态相关参数(温度、电导率等)和熄灭时间的特性。试验结果表明电弧熄灭效果具有工程应用价值。

多段微孔结构中电弧的磁流体模型及气吹灭弧性能仿真

由于并联间隙自熄弧能力弱,当线路遭受雷击时并联间隙冲击闪络后易出现稳定的工频续流电弧,引起线路频繁跳闸从而限制其应用,因此如何提高并联间隙的自熄弧能力具有重要的研究价值。多段微孔结构具有优异的灭弧性能,将其运用于并联间隙可显著提高并联间隙的自熄弧性能,故基于磁流体动力学(MHD)理论,利用COMSOL Multiphysics软件建立了2维多段微孔结构中电弧的MHD模型,并仿真分析了该结构中电弧的运动特性及该结构的灭弧性能。仿真结果表明:电弧的MHD模型能很好的反映多段微孔气吹灭弧结构中电弧的运动过程;当短路电弧电流幅值分别为1 k A、2 k A、5 k A时,微孔喷口处最大气流速度可分别达到520 m/s、813 m/s、1 027 m/s,即电流越大加热空气效果越显著,空气受热膨胀后气流的运动速度越大;该灭弧结构中气流运动速度达到气吹熄弧要求的时间在1 ms以内。

基于Mayr模型改进的适用于串联故障电弧的新模型

电力系统中经常会发生故障电弧,本文在Mayr电弧模型的基础上提出一种适用于串联故障电弧的新模型。针对电弧开始阶段的电晕放电,把电晕电阻和两个特殊电气部件(电流二极管)考虑在内,结合Mayr电弧模型,丰富了电弧模型参数。在Matlab/Simulink仿真环境中,用新的电弧模型封装子系统对线路发生的串联故障电弧进行仿真,并依据仿真电路模拟线路发生串联故障电弧的实验。对比仿真和实验结果得到,改进的电弧模型的故障电弧电流与实验采集到的故障电弧电流基本吻合,验证了新模型对分析串联故障电弧的特性具有可行性和准确性。

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。

一种用于大功率电弧加热器的等离子电弧模型

基于著名的电弧黑盒模型—麦也尔电弧模型(Mayr arc model)和克西电弧模型(Cassie arc model),提出了一种改进的等离子电弧模型。在原模型基础上,丰富了电弧模型参数,使模型不仅能反映大功率直流电弧加热器稳定工作时的电气特性,还能反映加热器工作时弧室中气流量变化对电弧的影响。本文还对麦也尔电弧模型和克西电弧模型之间的过渡函数展开了讨论,以提高电弧模型的准确性。在Matlab/Simulink仿真环境中,采用S函数编写电弧模型,并以恒流输出的18脉晶闸管整流桥带电弧负载为例,对电弧加热器电源系统进行模拟仿真。经与实际电弧加热器对比,验证该模型能较为准确地描述等离子电弧的动态特性和静态特性。

高速气流场下列车弓网电弧动态模型

随着弓网离线率和离线程度的增加,弓网离线电弧现象频繁发生,而弓网离线电弧对受电弓滑板、接触网导线、供电质量、通讯信号和无线电信号的影响严重危害了列车运行安全。因此基于横向吹弧和纵向吹弧理论,研究了高速气流场对弓网电弧耗散功率的影响。考虑弓网电弧的弧柱拉伸、压缩以及强气流吹弧的能量交换,得到弓网电弧在起弧阶段中,电弧单位长度的耗散功率P与车速vc之间为一次函数关系,且弓网电弧在燃弧阶段中,两者为近似一次函数关系。根据能量平衡理论,运用Matlab/Simulink仿真软件,建立了弓网电弧的动态模型,并对比分析了弓网电弧仿真波形与实验波形。结果表明:第1个燃弧周期内起弧电压峰值约为35 V,第2个燃弧周期内起弧电压峰值约为30 V,且起弧阶段均有小燃弧过程;仿真波形与实测波形在整体趋势上较一致,验证了弓网电弧动态模型搭建的合理性。分析结果为研究弓网电弧特性提供了理论基础。

超高功率电弧炉炼钢工艺模型

本文以物料平衡、热量平衡和化学平衡为基础，采用理论与经验相结合的模化方法，建立了超高功率电弧炉炼钢工艺模型，即冶金模型和热模型。冶金模型包括：优化配料模型、石灰加入量模型、钢水熔清成分模型、吹氧量模型、钢水终点成分模型和最优补加合金模型。热模型包括：废钢预热温度模型、能量消耗模型、能量损耗计算模型、能量供应计算模型和钢水温度预报模型。冶金模型中，加入了造渣料的计算。热模型中，考虑了废钢预热、氧燃烧嘴和直接还原铁应用等新技术，使工艺模型更趋完整。

基于MATLAB的电弧模型仿真

开关电器的电弧开断特性是开关电器设计和研制的关键。为了分析断路器开断现象利用M ATLAB软件对开关电器电弧开断进行仿真计算。给出了M ayr和C ass ie电弧模型方程式,阐述了在M ATLAB软件平台上构建电弧模型的原理与方法,最后用M ayr电弧模型对高压断路器电弧开断进行了实例计算。结果表明,这一方法对开关电器电弧开断的定性分析是实用的和有效的。

基于分段电弧模型的多次重燃弧VFTO计算与分析

精确的隔离开关电弧模型对变电站特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)的仿真有着关键性的作用。文中对开关电弧的电阻模型进行了优化,建立了电弧的分段模型。同时,笔者从间隙击穿,高频电弧熄弧对电弧重击穿的影响等方面进行了讨论,并以此为判据,建立了可以反映VFTO多次重燃过程的计算流程。根据实际测试线路,在ATP仿真软件中搭建了仿真电路并进行了暂态仿真。仿真结果表明,相对于单次燃弧的传统电弧模型,基于分段电阻的多次重燃弧模型可以更好地模拟实际开关特性。在此基础之上,文中对重燃弧过程中各个关键位置的VFTO波形以及流过隔离开关的电流波形进行了计算与分析。

精确击穿电弧模型仿真及分析

电缆故障电弧的动态特性对电缆故障测距起着至关重要的作用。故障电弧是由于过电压击穿空气而产生的。通过大量的理论分析研究和仿真对比,设置击穿电压为门限值,采取将击穿时刻提取出来,建立应用在电路故障测距的基于TACS开关精确三段式击穿电弧模型,对故障电弧的特性进行仿真计算。结果与实际电弧的动态特性相吻合,验证了该模型的正确性。