针对电气化铁路电分段电弧的建模分析与抑制方法研究

针对电分段电弧,首先基于黑盒电弧模型,考虑列车过电分段时的动态过程,建立了电分段动态电弧模型;然后根据五跨锚段关节式电分段的实际机械结构,在PSCAD中建立了计及电分段的车–网集总参数电路模型;将电弧模型以电弧电阻的形式嵌入车–网电路模型中进行仿真,通过仿真结果分析电分段电弧的动态特性,并将仿真结果与试验结果进行了对比验证;最后基于电分段电弧的特性,提出了加装容阻吸收装置、改变电分段抬升角以及改变列车过电分段速度3种方案对电分段电弧进行抑制研究。研究结果显示:加装阻容吸收装置、抬升电分段与调节列车出电分段速度均对电分段电弧有明显的抑制效果;对于列车进电分段,在阻容吸收装置的阻值为75和225Ω时和电分段抬升为200mm时,对电弧的抑制效果较好;对于列车出电分段,在阻容吸收装置的阻值为100Ω时和电分段抬升为120mm时,对电弧的抑制效果较好,提升列车速度对电弧有明显抑制效果。

用黑盒电弧模型的爆炸开关中直流电弧的仿真

爆炸开关是一种由炸药驱动、快速响应、高可靠性的直流断路器,已在ITER、EAST等多种失超保护系统中得到应用。作为一种直流断路器,电弧是决定其换流过程的主要因素,其水下燃弧、熄弧的特性的相关研究是目前此类断路器设计中的空白。电弧动态模型是研究电弧特性的常用方法,当建立的模型与试验过程中所观察到的断路器性能有良好的对应关系时,模型可用于建立爆炸开关的结构设计和换相特性之间的关系,为开关的设计优化提供理论依据。通过分析对比了几种不同的电弧模型,给出了适用于爆炸开关设计过程中的黑盒电弧模型,应用了Parameter Sweeping Strategy,研究了电弧模型中的参数取值规律,并结合试验验证了这种模型的可行性,为中国核聚变工程试验堆(CFETR)失超保护系统中爆炸开关中的研制提供了理论依据。

短路电流直流分量对断路器电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流的影响研究

随着电网容量的不断增大,电力系统短路电流直流分量的时间常数有很大可能大于其标准时间常数45 ms。目前非对称短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律尚无研究。因此,文中研究目标是获得短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律。基于高压断路器内部结构建立电弧物理焓流仿真模型,分别研究气体断路器开断对称电流和非对称电流时,燃弧阶段的关键电弧参数如电弧长度、压气室压力、喷口处气体质量流等参数的变化规律。研究结果显示:相同燃弧时间条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时,电弧长度变化不大,而燃弧过程中压气室压力、气体质量流略有增加。而在相同分闸时刻条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时的燃弧时间有可能更长,导致电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流数倍增长。然而,无论是在相同燃弧时间条件下,还是在相同分闸时刻条件下,上述关键电弧参数的变化使气体断路器的KEMA黑盒电弧模型计算得到的断路器开断能力的变化明显小于短路电流直流分量的增长所要求断路器需达到的开断能力量级。研究结果解释了断路器开断高直流分量的短路电流时,开断易于失败的原因,并可为提升高压断路器非对称短路电流开断能力提供理论依据。

描述断路器开断过程的新型黑盒模型

本文基于能量守恒定律,提出了一种新型的描述断路器开断过程的黑盒模型。由于推导这一模型时没做任何假定,而且可以证明Cassic类电弧模型、Mayr类电弧模型、Hochrainer类电弧模型及尚振球黑盒电弧模型等黑盒模型只是这一新型模型的特殊形式,因此,这一模型具有广泛的适用范围。

变电站10 kV母线旁路转供带电作业研究与仿真

为了研究变电站10 kV母线旁路转供带电作业过程,同时考虑母线旁路转供带电作业合环、解环前后时刻的暂稳态过程,本文首先提出基于叠加原理的单位电流法,实时计算合环操作过程中的循环电流;接着提出通过提高合环开关两侧母线负荷对称度以及减小合环开关两侧母线电压相量差来提高母线合环转供成功率,并运用MATLAB/Simulink仿真软件进行验证;最后采用电弧黑盒模型模拟电弧的暂态特性,并分别从分闸角、电缆导体截面积、电缆长度、合环开关两侧母线负荷对称度以及合环开关两侧母线电压相量差五个角度,研究合环开关解环过程对电弧电流的影响因素,并运用ATP-EMTP仿真软件进行分析研究。

带电分闸10kV空载电缆电弧暂态过程研究

为研究带电分闸电缆时断口产生电弧的暂态过程及其影响因素,需解决传统电弧模型不能适用于电弧燃烧全阶段内弧安特性的问题。基于改进的电弧黑盒模型,在ATP-EMTP中建立了带电分闸10kV空载电缆仿真电路,研究了初相角、电缆长度、截面积改变对电弧燃烧暂态过程的影响,并得到了电弧电流与电容电流的变化关系。结果表明:电缆长度越长、截面积越大,分闸操作产生的电弧电流越大,燃弧时间越长,而初相角变化对其基本没有影响;分闸前电容电流越大,电弧电流越大,电容电流>0.2 A时,电弧电流变化更为明显。最后,根据带电投切试验结果,考虑一定安全裕度对现有消弧策略中提出了修正建议,将是否使用消弧开关的电容电流临界值0.5 A修正为0.45 A。

配电网弧光接地故障电弧数学模型研究进展

单相弧光接地故障是配网中最常见的故障类型,其引起的弧光过电压对电网危害很大。但由于电弧特性的随机性,导致针对弧光接地的保护措施效果有限。因此需要研究电弧本身的电磁暂态特性。黑盒模型现在被广泛应用于电弧仿真,是研究电弧特性的有力工具。目前已经发展出了以Cassie和Mayr模型为基础的一系列黑盒模型以及其他黑盒模型,它们各有侧重。本文比较分析了常见的一些黑盒模型的特点和适用范围,为配网中电弧模型的选择提供了参考。

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。