Protective effect of compressing arc extinguishing lightning protection device on superimposed lightning strikes

Traditional lightning protection measures can not solve the problem of superimposed lightning strikes.This paper presents a compressing arc extinguishing lightning protection device,which can solve the problem of superimposed lightning strikes.This device can extinguish the power frequency continuous current arc quickly in 1-2 ms.It is far less than the response time of relay protection,which can avoid lightning trips and improve the reliability of power supply.The computer simulation and engineering practice show that the compressing arc extinguishing device has good protection effect on superimposed lightning strikes.

基于发电机定子接地燃弧电阻变化特征的主动降压熄弧机理与抑制方法

定子接地燃弧故障是制约大型发电机安全可靠运行的技术瓶颈。为解决定子绕组接地电弧引发的绝缘击穿与铁心损伤问题,该文提出基于发电机定子接地燃弧电阻变化特征的柔性接地主动降压熄弧方法。该文建立了定子接地燃弧电阻与弧道电压的解析关系,揭示了定子接地故障点电压降低过程中,接地燃弧电阻增大的变化规律;明确了将接地故障点电压抑制在电弧重燃电压以下时,可实现定子绕组击穿间隙回归正常绝缘状态的抑制方法。根据大型发电机定子柔性接地方式降压熄弧策略,在接地故障燃弧阶段,中性点电压源输出故障点工频与3次谐波反向电势,主动降低故障点电压,将故障点电压降低至燃弧电压以下,使定子接地电弧熄灭。利用注入信号感知定子接地燃弧状态,实时监测定子阻尼率矢量角变化趋势,判定降压消弧过程中接地燃弧故障是否消除。所提方法无需将故障点电压降低至零,可有效降低非故障相电压抬升,降低定子非故障相绕组槽内击穿风险。在PSCAD/EMTDC仿真环境模拟定子接地故障燃弧工况,对所提方法进行试验验证。试验结果表明,基于定子接地燃弧电阻变化特征的柔性接地消弧方法可主动降低定子接地故障点电压,助增故障点间隙绝缘电阻回归,抑制接地电弧重燃,降低定子非故障相绝缘击穿风险,实现定子接地燃弧故障的可靠消弧。

基于可控串联电抗的新能源送出线路故障性质识别方法

针对不带并联电抗器的新能源送出线,能否正确区分故障性质是确保新能源系统安全可靠运行的重中之重。为降低新能源送出线故障对电力设备和系统的冲击,提高重合闸成功率,减少新能源发电系统脱网的发生,提出基于可控串联电抗限流信息的新能源送出线路故障性质识别方法。在送出线路上设计串联可控限流电抗器,在线路故障相跳闸时基于等值阻抗的预判投入可控电抗,在串联电抗限流特性下分析瞬时性故障和永久性故障时的线路电流差异,建立电流突变量比较判据,并能够确定故障电弧熄灭时刻,进而构建新能源场站送出线路基于故障性质识别的自适应重合闸策略。仿真结果表明,所提方法能快速、可靠地识别结果,应用在新能源场站送出线路工程上能有效提高线路的重合率。

真空灭弧室内电弧形态演变研究

真空灭弧室内电弧形态演变会影响灭弧室内部各物理场的变化以及真空灭弧室的使用寿命。为了精确划分1个分闸周期内电弧形态的演变阶段并描述各阶段电弧形态特征,利用Labview平台的图像处理技术对高速相机采集到的电弧图像进行图像降噪、边缘加强处理,结合像素统计技术统计电弧上、下边缘像素点的坐标信息并计算电弧直径,采用阈值分割技术提取电弧纹理特征并统计电弧区域的像素个数。结果表明该方法可实现电弧形态特征的提取,提高了电弧演变各阶段时间划分的精度。该实验结果可作为后续动态仿真分析电弧烧蚀触头材料的数据支撑。

550kV快速断路器液-机-气整机联合仿真

快速断路器可实现短路故障的快速切除,对保证电力系统安全稳定运行具有重要意义。针对一种快速响应、高速运动的新型液压操动机构,建立液压操动机构、传动系统和灭弧室之间的耦合关系,开展液-机-气联合仿真研究,分析不同操作功对动触头运动特性、液压缸缓冲特性和灭弧室反力特性的影响规律,在此基础上,对传动系统应力分布进行计算,对存在破坏风险的零部件提出改进策略,确定试验样机设计方案。研究结果表明:操作功对分闸速度影响明显,确定机构活塞杆侧作用面积为3160mm^(2),分闸速度提升至13.63m/s,触头机械分离时间缩短至4.45 ms,满足快速开断需求。随着机构操作功的提升,机构缓冲力峰值和灭弧室压气反力峰值提升明显,造成部分传动件应力值超标,通过优化液压操动机构缓冲性能以及传动件结构,设计出满足机械强度要求的传动系统。研究成果指导研发了操动机构试验样机,试验结果满足快速开断要求。

C_(4)F_(7)N二元混合气体电弧温度特性研究

为实现“2030年碳达峰,2060年碳中和”的减排目标,推进电力行业绿色发展,开发环保型绝缘气体以减少SF_(6)使用已成为研究热点。环保型绝缘气体C_(4)F_(7)N凭借优良的绝缘和环保性能被广泛关注。文中基于磁流体力学方程搭建二维轴对称喷口电弧模型,通过数值计算对比研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)与C_(4)F_(7)N/N_(2)二元混合气体、SF_(6)、CO_(2)4种气体介质电流过零前后电弧温度特性,分析4种介质灭弧性能差异原因。研究表明,与CO_(2)气体相比,C_(4)F_(7)N二元混合气体电弧径向温度分布及弧芯温度冷却速度更接近SF_(6)气体,灭弧性能介于SF_(6)与CO_(2)之间;电弧辐射吸收区的能量堆积造成C_(4)F_(7)N二元混合气体与SF_(6)气体之间灭弧性能差异。综合考虑气体传热能力与电弧散热速度,C_(4)F_(7)N二元混合气体具有较高替代潜力。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在高压断路器中熄弧特性分析

基于磁流体力学理论,对C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体和SF_(6)气体的断路器在40 kA短路电流情况下的熄弧特性进行仿真计算,分析两种不同气体的温度特性、灭弧室气体压强。结果表明:相同气压下,9%C_(4)F_(7)N/91%CO_(2)混合气体在燃弧过程中产生的气体压强要比SF_(6)气体产生的压强小,混合气体断路器的燃弧过程中9%C_(4)F_(7)N/91%CO_(2)混合气体熄灭电弧能力相对于SF_(6)气体更弱些;对比电弧等离子体的径向温度,在SF_(6)气体的断路器中,其电弧等离子体的径向温度相较于9%C_(4)F_(7)N/91%CO_(2)混合气体的断路器更高。而在燃弧过程中,相较于SF_(6)气体下的电弧半径,混合气体下的电弧半径更大。当混合气体充气压强提升至0.8 MPa时,温度梯度得到提升,缩减了电弧半径,可有效地扩大径向冷却的作用,使电弧熄灭加速,断路器的熄弧性能能够进一步被提升。

高压断路器用灭弧喷口的近净成形优化工艺研究

为了解决异形喷口压制过程中毛坯开裂的问题,本研究自主设计了一种近净成形异形喷口压制模具,并对模具的结构进行了逐步的优化,同时基于已有的压制工艺对压制压力、压制速度、保压时间等工艺参数进行了优化。结果表明:通过对异形压制模具结构的逐步优化,喷口圆弧过渡区域和V型垫块底部的开裂问题得到解决。通过对压制工艺的优化,喷口毛坯各位置密度一致性得到了提升,圆弧过渡区域的力学性能、电气性能与两端基本无差别,且采用本工艺压制的喷口原材料损耗降低了约30%。

基于TT变换谐波显著化的双馈新能源场站送出线故障性质识别方法

故障性质识别是自适应重合闸的重要基础,而新能源集群并网改变了非全相运行期间的系统谐波特征,加剧了现有故障性质识别方案的误判或失效风险。为此,提出一种基于时时(time-time,TT)变换谐波显著化的双馈新能源场站送出线故障性质识别方法。首先介绍非全相运行期间电弧和双馈风力机谐波馈出特性,分析重合闸期间的谐波特征变化原理;针对不同谐波场景,利用TT变换有效放大奇次谐波有效值特征,提升故障显度;通过阈值整定,构建适应双馈型新能源集群接入的故障性质与熄弧时刻判别方法。PSCAD仿真验证结果表明,所提方法阈值整定灵活简便,能够在不同故障位置、不同故障角度和噪声干扰场景下准确判别故障性质和熄弧时刻。该方法在应对双馈型新能源集群接入时具备良好的适应性,弥补了传统故障性质识别方案的不足,有效提升新能源集中送出线路的故障性质识别准确率,有利于提高重合闸成功率。

直流接触器触头倒角及中心磁感应强度对电寿命的影响

密封直流接触器开断负载时,灭弧室内触头喷溅不可避免。通过分组试验的方法来验证触头倒角及中心磁感应强度对电寿命的影响。结果表明,增大触头中心磁感应强度,总开断负载的次数会增加,喷溅也会增多,从而导致介质耐电压和绝缘电阻降低;增大触头倒角,喷溅会减少,介质耐电压和绝缘电阻会提高,但总开断负载的次数会减少。

不同使用类别下隔离开关单极灭弧容量对比研究

随着光伏与储能系统技术的不断进步,电压提升至现在主流的1500 V,通常使用多极串联形式以满足电压不断提升的需求,导致现有直流隔离开关产品成本高、体积大且在使用类别中具有一定局限性。因此,针对直流隔离开关产品使用工况展开讨论,分析不同时间常数下预期电流波形的差异,提出一种改进型灭弧室结构,并对隔离开关产品在不同使用类别时灭弧容量差异导致的实验结果进行分析,为开关产品在不断提高的电压系统中提高适用性提供新思路。

高压直流接触器磁吹系统的优化设计

在高压直流接触器的磁吹灭弧系统中,当电弧燃烧时常采用永磁体拉长电弧致其熄灭,而熄弧时间又直接影响到产品的寿命次数。研究表明永磁体磁感应强度越强,熄弧时间越短,但触点中心磁感应强度与永磁体的几何中心磁感应强度有直接关系。通过仿真优化常用磁吹灭弧系统结构形式,减小单个永磁体几何中心磁感应强度,提高磁吹灭弧系统空间磁感应强度,以提升高压直流接触器产品的生产效率及寿命次数。

一起110kV变压器有载重瓦斯跳闸故障及分析

对某供电公司一起110kV变电站主变有载重瓦斯故障跳闸事故进行分析,通过现场变压器油气分析和电气试验,确定了有载开关的真空灭弧室应断未断是导致此次重瓦斯跳闸事故的原因。随后对有载开关吊芯进行解体检查,分析了真空灭弧室卡死的原因并还原了故障过程,最后提出了相应的预防措施。

基于磁流体动力学的无极性低压直流断路器电弧仿真及性能优化

针对传统低压直流断路器,电流反向时磁场单向会导致其灭弧能力减弱的问题,建立基于COMSOL无极性低压直流断路器电弧仿真模型。分析在电流反向下无极性低压直流断路器的电弧运动,研究磁场和电流对无极性低压直流断路器灭弧能力的影响。仿真结果表明,无极性低压直流断路器可以消除电流反向对电弧运动的阻碍作用,并在240 mT和16 A下灭弧能力最强。仿真结果和实验结果相吻合,无极性低压直流断路器的灭弧能力在恰当的磁场灭弧能力最强,电流越小灭弧能力最强,变化规律与试验结果一致。

基于精益生产船舶设计预留引熄弧区域技术创新

针对船舶建造中对接焊缝使用引熄弧板产生的安装繁琐、焊后变形、翻身时折断、损伤母材、制作工作量大等问题,从再利用的视角,利用钢材定制时留有的余量部分,在下料切割时将工件母材与引熄弧板一起切割出来,简称“引熄弧板与母材一体化”,从而将母材与引熄弧板这两者融合成一个整体,解决现场生产难题,提高了生产效率,保证了焊接质量,降低了综合成本。

自能式高压SF_(6)断路器开断大电流仿真分析

高压SF_(6)断路器在电网中作用重大,以体积小、开断能力强著称。开断大电流时,灭弧室电弧熄灭过程是各国研究的重点,也是断路器灭弧室优化、检修、调试的主要依据。依据二维电弧动态模型,使用FLUENT18.0建立电弧仿真模型,模拟开断35.36kA电流,通过有限元分析,充分掌握开断过程中温度、压力、速度和电位的分布情况。在仿真分析中,我国首次获得电弧流动速度随温度变化的规律:当热喷室和大小喷口下游,压差达到405300Pa时,电弧最高流动速度达到9024 m/s;当压力差达到101325 Pa时,电弧流动速度出现大幅增长,达到1373 m/s,与LS FROST理论计算的结果非常接近。该规律在自能式SF6断路器灭弧室发展过程中具有重要的理论意义。

家用和类似用途400 V直流插座研究

当前,研发出直流家用电器取电接口,特别是为大功率直流家用电器供电的型式尺寸和安全性均符合国家标准的家用和类似用途400 V直流插座,是推广普及大功率直流家用电器的急迫之需,更是插座行业的职责所在。通过剖析直流插头插座插拔电弧产生及熄灭的机理,分析常见灭弧技术特点及适用性,结合用户插拔操作习惯,研究提出了适用于家用和类似用途400 V直流插座的“瞬动式自复位机械联锁开关+电子灭弧”的电弧防护技术方案,并依据家用和类似用途直流插头插座相关国家标准,开发出了一系列家用和类似用途400 V直流插座产品。第三方测试结果表明,产品的各项技术参数和性能指标均达到相关国家标准要求。产品投放市场后,用户反馈产品操作便捷、安全可靠。

大功率直流接触器在储能行业的应用

随着储能行业的发展,对电力传输和能量储存的需求不断增加,大功率直流接触器作为关键元件之一,在储能系统中扮演着重要的角色。介绍一款大功率直流接触器的结构设计与性能特点,该接触器结合了环氧和陶瓷类接触器结构特征,通过三块磁钢的排列与U型动触头结合,实现了触点无极性的同时提升了接触器的电性能和可靠性。

U型灭弧栅片在不同等级电流分断的影响分析

通过对两种灭弧栅片结构在不同电流等级下的分断试验对比,得出不同灭弧栅片结构对不同电流开断时的影响程度。结果表明:灭弧栅片的U型结构特征对临界直流负载电流开断无明显影响,对额定电流开断有重要影响,对低短路电流开断有微小影响,对高短路电流开断无明显影响。通过对开断不同直流电流下电弧的电压和电流波形图的研究分析,对提升产品的性能及使用的可靠性有一定的帮助。

微型断路器灭弧系统对短路分断能力影响的研究

短路分断能力是微型断路器(MCB)的一项重要的技术指标,影响该指标的因素很多。通过对分断试验样机烧蚀的情况——动触头引弧板顶部电弧停滞时间长、烧蚀严重及灭弧栅片未被有效利用进行分析,结合理论提出优化方案并进行试验验证,得出优化引弧板设计、灭弧室设计以及出气口结构有利于缩短电弧停滞时间,加快电弧的引弧速度,提高栅片切弧利用率,以增加电弧电压,进而提高MCB的分断性能。