基于Mayr模型的低压配电线路故障电弧研究

针对故障电弧研究需要搭建专门的实验环境来分别模拟串联故障电弧、并联故障电弧和接地故障电弧而存在费用较高、实际操作比较困难的问题,提出了一种能在Matlab7软件中工作的Mayr电弧模型的设计方案;介绍了Mayr电弧模型方程的物理意义,采用Mayr电弧模型封装子系统对低压交流线路发生的串联故障电弧进行了仿真,并根据仿真电路,模拟了低压交流线路发生串联故障电弧的实验。仿真及实验结果表明,Mayr电弧模型的故障电弧电流与实验采集到的故障电弧电流比较接近,采用Mayr电弧模型用于低压交流线路故障电弧仿真具有一定的可行性。

270V直流开断特性研究与耗散功率变化的Mayr模型仿真分析

为了优化航空270V直流接触器结构设计以及预期接触器的开断容量,采用一种以栅片和磁吹系统相结合的直流接触器,进行典型负载类型下的开断性能实验,得到了感性负载情况下开断难度最大,且随着回路电感值的增大,燃弧时间和电弧熄灭时过电压峰值增加。主触点间并联RC支路虽然会增加整个燃弧时间,但能有效限制过电压的数值,且过电压峰值随并联支路电容C的增加而减小。假设燃弧过程中电弧具有对称性,并对电弧进行受力分析,提出横向磁场中电弧运动速度和消散功率的计算方法,得到一种Mayr电弧修正模型。在不同等级的阻性负载情况下,分别对燃弧过程进行数值仿真,经仿真与实验结果对比,所提Mayr电弧修正模型能够准确描述电极分断过程中电弧电压及运动速度的变化情况,为航空直流接触器的设计提供有效的参考。

基于改进Mayr模型的弓网离线电弧仿真分析

弓网离线电弧对受电弓滑板和接触网导线具有烧饬作用,严重危害列车的运行安全。首先介绍Mayr电弧模型,并基于能量平衡理论和横向吹弧理论,对弓网离线电弧弧柱的能量过程进行数学分析,研究高速气流对电弧耗散功率的影响。确立电弧耗散功率Ploss和车速v、电流I和离线间距l之间的函数关系,对Mayr电弧模型进行改进。然后运用Simulink仿真软件,搭建改进的Mayr电弧模型。最后对比分析弓网离线电弧仿真波形和实验波形,验证搭建的弓网离线电弧模型的合理性。结论如下:随着列车运行速度提高和离线间距的增大,气流对电弧的吹弧作用更加显著,电弧耗散功率增加,燃弧尖峰电压和熄弧尖峰电压增大。

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。

适用于低压串联故障电弧的Mayr改进模型

电气火灾中由串联故障电弧引起的占很大一部分比例,所以串联故障电弧分析具有很重要的意义。在Mayr模型的基础上提出了一种改进型的串联故障电弧模型,弥补了经典电弧模型在阻性负载和阻感性负载下丢失一些原本电弧所具有的特征。将电弧看成一个时变阻抗的黑盒模型,将零休时期的电弧模型等效为RLC串联电路,用MATLAB/Simulink仿真出的电弧电流波形和实际试验的电弧电流波形比经典模型更加接近,验证了模型的可行性。

基于组合Mayr和Cassie电弧模型的弧光接地故障仿真及分析

弧光接地故障在配电网中发生的概率较大,其动态特性对于检测电弧故障起着十分重要的作用。Mayr、Cassie模型是研究电弧接地故障两种经典模型,适用于描述电弧不同的物理特性。文中以电弧电流为变量建立过渡函数,构造了一种Mayr-Cassie组合模型,该模型综合考虑了电弧对流散热和径向传导散热。在PSCAD/EMTP平台上搭建了单相电弧接地故障模型,分析了电弧电压、电流、电阻的动态特征,并进一步将该模型用于10kV配电网故障分析中,结果表明该模型可准确反映电弧特性。

1000kV GIS中燃弧电阻模型对快速瞬态过电压的影响

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中隔离开关因开断性能差在动作时会产生上升时间极短的快速瞬态过电压(VFTO),VFTO上升时间短、幅值高的特性会对电气设备绝缘造成严重危害。本文利用仿真研究定值燃弧电阻模型、指数燃弧电阻模型、双曲线燃弧电阻模型、Mayr燃弧电阻模型和重燃弧电阻模型,得到各燃弧模型下VFTO的幅值和频谱图,并分析各燃弧模型下VFTO波形的衰减、振荡与上升时间。通过对比各模型仿真结果得出,重燃弧电阻模型更符合实际电弧模型,利用该模型得到的VFTO幅值、振荡与上升时间能更好地描述其波形。

基于MAYR电弧模型的船舶直流配电系统熔断器仿真研究

大功率变频器和储能设备的接入,对船舶直流配电系统在各种工况下的安全运行提出了考验。由于针对船舶直流配电系统专门搭建实验环境模拟短路故障实验复杂且代价高昂,因此提出了一种基于MAYR电弧模型熔断器的仿真选型方案。在MATLAB/SIMULINK平台进行模拟短路故障仿真,能够较精确地复现短路故障熔断器状态。结合短路故障实际工况,搭建系统故障模型进行仿真。结果表明,基于MAYR模型的熔断器在短路故障发生时可以有效保护网络组件,能对熔断器和断路器的选型提供更可靠的参考依据。

VFTO中隔离开关的多重击穿模型研究

考虑隔离开关操作中开关内部的物理过程,分三个阶段来建立完整准确的隔离开关模型;考虑隔离开关恢复电压的影响,采用完整的Mayr模型方程建立隔离开关的多重击穿电弧模型。通过仿真计算验证了这种反映隔离开关多重击穿的模型对VFTO的精确研究具有重大意义。

基于弓网电弧动态模型的高速列车弓网电弧产生机理

分析了高速列车弓网电弧产生的机理,结合受电弓和接触网间的离线时间、材料缺陷、电腐蚀等问题,解析了弓网电弧与高速列车安全的关联机制。依据电弧理论的动态模型算法,推导了Cassie模型和Mayr模型的理论公式,并论述了这两种模型的适用条件和应用范围。提出了高速列车弓网电弧方面目前仍存在的问题及未来电弧研究的展望。

中性点非有效接地系统故障电弧模型的搭建与仿真

在研究配电网的电弧接地故障、断路器投切电弧及电弧炉电气特性时,多数学者通常使用恒电阻、Cassie、Mayr电弧模型,三者都具有片面性,将Cassie与Mayr两个电弧模型结合使用可以达到互补。在ATP-EMTP平台下将两种电弧模型进行组合搭建,并合理设置参数,通过在中性点非有效接地10 k V配电网下的仿真,研究分析了电弧的电压分布、过零点、伏安特性,证明该电弧模型可正确反映中性点非有效接地配电网故障电弧特性。

一种高压直流断路器的混合式电弧模型

为解决目前Mayr模型和Cassie模型分别适用于电弧电流较大和较小区域,2种模型均无法对电弧形成过程进行准确描述的问题,建立一个关于电弧电导的连接函数,将Mayr模型和Cassie模型有机结合起来,进而提出一种高压直流断路器的混合式电弧模型;该模型通过在电弧电流处于较小或较大的区域时,调整Mayr模型和Cassie模型在混合式电弧模型中所占的比例对电弧发生的过程进行准确的数学描述。仿真实验结果表明,所提出的混合式电弧模型能对电弧的时间特性进行准确的描述。

不同电弧模型对电路的影响探究

在研究电弧的动态过程时,需要对电弧进行详细建模来模拟实际的电弧变化,文中通过电磁暂态仿真软件(ATP-EMTP)来构建仿真测试电路,在此仿真测试电路上对时变电阻模型和Mayr电弧模型进行仿真对比分析。结果表明,Mayr电弧模型相对于时变电阻模型更能准确模拟电弧的动态过程。

串联故障电弧电流时频域特性的仿真与实验研究

为了分析和研究低压交流串联故障电弧电流的特性,文中首先搭建了故障电弧模拟实验平台,广泛研究不同负载情况下的电弧电流波形。然后,基于Mayr电弧模型,选取适当参数对故障电弧进行仿真分析。在此基础上,对比分析电弧电流信号仿真结果和实验结果的时频域特性,验证了仿真模型的正确性和可行性。频域特性的分析结合傅里叶变换和小波变换进行,还利用带通滤波器检测了小波分析的准确性。最后,总结出故障电弧电流信号的时频域特点,以此提出了一种低压交流串联故障电弧的检测方法,并对其进行了仿真验证。研究成果对低压供配电系统中串联故障电弧的检测工作具有积极意义。

直流可控避雷器用并联可控间隙电弧的维持规律

根据白鹤滩—江苏±800kV特高压直流输电工程提出的技术需求,针对系统过电压幅值较低情况下可控间隙动作时间隙无法维持导通状态至机械开关动作的情况,设计了可控避雷器用并联可控间隙并开展研究。通过补充的Mayr电弧模型对给定条件下触发器注入能量与间隙电弧维持时间的关系进行了分析和预测,并搭建实验平台研究了触发器提供的功率及能量对间隙电弧维持时间的影响,结果表明提高触发器的功率和能量都可以提高间隙电弧维持燃烧的时间;间隙主回路能量不足时,触发器提供的能量可以作为衡量间隙最低导通能力的标准。最终通过5路触发器间隔1ms接续触发的方式,使间隙在主回路没有能量注入时也能维持导通5ms,从而具备了与快速机械开关无缝时序配合的能力,为采用并联可控间隙的可控避雷器方案的推广提供了理论支持。

机械式直流断路器弧后电流测量方法研究

目前机械式直流真空断路器是直流开断的主流方向之一,其主开关的弧后特性对其开断性能起着至关重要的作用。利用电流转移法设计了一种弧后电流的新型测量方法,并对该装置在测量机械式真空断路器弧后电流时的工作原理进行了分析。采用改进Mayr模型建立了真空电弧模型,利用MATLAB构建了机械式直流真空断路器弧后电流测量装置模型,仿真研究了转移电阻大小、主电流大小等对转移完成时刻电流值和转移电阻完全承受电流时间的影响,经过数据处理分析得到这些参数对电流转移特性的影响规律。基于得到的影响规律,确定了直流真空断路器弧后电流测量装置的参数,对研制测量装置并进行测试提供了理论基础。

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。

电流频谱Hurst指数在串联电弧故障检测中的应用

串联电弧故障因故障电流小、随机性强,难以被普通保护电器所检测和切除.本文基于已有的Mayr电弧模型增加了弧柱电感、间隙电容和压控随机开关以模拟电弧高频特性,从而构建了不同类别典型负载的精细化电路模型.实验证实所建负载模型和电弧模型的仿真数据较好拟合了相应的实验结果,在此基础上将仿真波形重构为二维矩阵,提取矩阵奇异值之比作为时域特征;提取02500 Hz内归一化谐波幅值波形的Hurst指数作为频域特征;选取隐层节点数为17的单隐层BP网络实现了串联电弧故障诊断,总体准确率达到93.9%.检测方案在STM32F767平台上运行时间仅19.85 ms,符合UL–1699中实时性指标要求.本文提出的检测方案具有计算量相对较小、特征简洁、准确率高等优势,有助于串联电弧检测和有效辨识的工业应用.

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。

特高压断路器几种开断试验回路比较

特高压断路器开断试验方法的研究是特高压输电技术发展需要解决的关键问题之一。根据开断过程中的电弧特性,基于Mayr电弧方程理论,建立参数化的PSCAD电弧电阻模型,通过对几种适用于特高压断路器开断试验的合成回路进行系统仿真分析,模拟了直接试验回路、Hitachi四参数试验回路和ABB的EPIC试验回路的开断过程,以直接试验回路为基准,对Hitachi回路和EPIC回路开断前后的电弧过程和恢复电压进行了比较。