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。

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。

触头系统结构对真空灭弧室温度场影响仿真

针对真空灭弧室大电流承载能力提升问题,研究真空灭弧室触头系统的结构设计参数对降低其整体的温升及提高通流能力具有重要意义。随着真空灭弧室向着高电压、大电流发展,其触头结构参数的合理设计决定了真空灭弧室的温度分布情况,因此为研究触头结构对真空灭弧室温度场的影响情况,文章采用有限元法对真空灭弧室的温度场进行磁热双向耦合仿真分析,得到了导电杆直径、触头直径、触头片厚度、杯座厚度以及触头片开槽长度对温度场的影响。结果表明:当导杆直径、触头直径、杯厚分别增大时,最高温度先急剧下降后下降趋势趋于平缓;触头片开槽长度的增加虽会使最高温度升高,但相比其他结构而言,开槽长度对温度场的影响较小;当触头片厚度增大时,最高温度随之下降;真空灭弧室最佳结构参数为:导杆直径55 mm、触头直径65 mm、触头杯厚8 mm、开槽长度20 mm、触头片厚度5 mm,此模型最高温度较优化前降低18.3%。

高压直流接触器旋转灭弧分断技术研究

结合汽车电动化给各行各业带来新机遇的大背景,阐述新能源应用领域新型高压直流接触器灭弧方案。为提高直流接触器的灭弧能力以适配逐渐升高的电压等级,研制了一种基于旋转灭弧的原理样机。结合建模仿真与实际工况,验证产品的电气性能与极限分断能力,并给出了试验波形。结果表明旋转灭弧技术路线利用空气介质可以提高性能指标。

高压断路器故障机理与操作机构故障诊断技术

该文主要探究高压断路器的故障机理以及操作机构故障的诊断方法。文章使用ANSYS软件创建高压断路器灭弧室的有限元仿真模型,通过施加载荷分析灭弧室结构对内部电场的影响。结果表明,屏蔽罩上电荷残余量与灭弧室内最大电场强度有直接关系,电荷残余量过大是导致高压断路器发生击穿故障的主要原因。随后提出一种基于CCA算法和SOM算法的故障诊断技术,并选取300组操作机构运行数据进行故障诊断,结果显示有2处故障。现场检修结果与诊断结果一致,说明CCA-SOM诊断技术正确。

自能灭弧室用喷口性能的改进方法

某SF6断路器的开断过程中产生大量电弧,在电弧的热及大量紫外线辐射的作用下,聚四氟乙烯树脂的外部及内部极易生成具有导电性的碳化物,降低了灭弧喷口的绝缘性能,且大幅降低了灭弧喷口的力学性能。为了提高喷口的耐烧蚀性能,提出了一种在自能灭弧室用喷口中填充蓝色系铝酸钴CoO-Al_(2)O_(3)的方法,分析了混料方式和成型工艺,结果表明:该方法可提升喷口的力学性能,同时降低电弧烧蚀的损耗量。

10kV多间隙强气流灭弧防雷装置的仿真分析与试验研究

为了解决输配电线路的雷击问题,目前研制了1种主要应用于10 kV配电线路的多间隙强气流灭弧防雷装置。采用电弧3维动态磁流体动力学(MHD)模型描述了电弧的特性,对高速气流作用下的灭弧过程进行了仿真分析,得出熄弧时间为0.16 ms。同时进行了灭弧试验,通过高速摄像机和示波器观测了电弧熄灭过程。试验结果表明从装置触发到灭弧结束历时0.3 ms,其中从产生气流到气流接触电弧时间小于0.01 ms。验证了仿真得出的熄弧时间与试验中的熄弧时间基本相符,证明该装置能将电弧熄灭在"萌芽期",深度抑制后续工频电弧发展。

采用响应面法-几何特征模拟电荷法的电场数值求解及精度验证

为解决模拟电荷法（charge simulation method,CSM）前处理调整工作烦冗的不足,提升高压电器电场数值计算的精度和效率,提出采用响应面法（response surface methodology,RSM）和几何特征模拟电荷法（geometric feature charge simulation method,GFCSM）相结合的方法对高压电器进行电场数值计算。以典型电极、40.5 kV真空断路器灭弧室（vacuum interrupter,VI）和550 kV SF6断路器灭弧室作为研究对象,应用RSM-GFCSM方法求出整个场域的电场分布,研究结果表明：对球/球典型电极进行电场数值求解时,采用RSM-GFCSM方法计算所得的电场强度最大值为4.32 V/cm,同CSM相比更接近理论值;采用CSM和RSM-GFCSM方法对真空和六氟化硫断路器灭弧室分别进行电场数值求解时,通过比对电场计算误差值可以看出,RSM-GFCSM计算精度高,计算工作量小,为多重介质、复杂电器结构开域电场数值仿真模拟提供了新方法。

半密闭灭弧腔室内电弧运动特性的三维仿真和实验

在配网线路防雷中,利用多个半密闭灭弧腔室串联将长空气间隙电弧分段淬灭的多腔室灭弧结构因其优异的灭弧性能,受到学者的广泛关注。在应用于配网线路雷电防护时,多腔室灭弧结构中的气体间隙被击穿后,冲击电弧在半密闭灭弧腔室内的运动特性直接影响该结构的灭弧性能。为了研究冲击电弧在灭弧腔室内的运动特性,该文将气流场、流体传热场、电磁场多场全耦合,建立单个半密闭灭弧腔室内冲击电弧的三维数值仿真模型,分析电弧从腔室内运动到腔室外的动态演变过程;搭建冲击电流试验平台,利用高速摄像机拍摄了电弧从腔室内运动到腔室外的图像,分析电弧运动图像的特征。结果表明,仿真得到的电弧完全运动到腔室外的时刻和电弧完全熄灭的时刻与试验图像特征吻合,验证了仿真模型的准确性;得到了腔室内电弧温度、腔室内压强和气流速度随时间整体呈现先急剧增加后缓慢减小的趋势;当电弧电流为波形8/20μs、幅值2kA时,腔室内的电弧温度最高可达41000K,压强最大达2MPa,气流速度最大达3000m/s。

小型断路器灭弧室的仿真与实验分析

针对某小型断路器产品的灭弧室,建立了三维电弧仿真模型并进行了动态特性仿真,仿真结果揭示了灭弧室内电弧的运动规律,电弧弧根从动触头到跑弧道的转移,电弧沿跑弧道向栅片运动并被铁质栅片切割的过程。在此过程中,电弧多次出现背后击穿,电弧在跑弧道拐点长时间停滞,使该位置的电极被强烈烧蚀。此现象得到了实验的验证,同时仿真得到的电弧电压和电流与实验结果较为一致。

自能式SF_6断路器在不同气压下的开断过程

对自能式SF_6断路器在不同气压下的开断过程进行了分析,得到了不同气压下操动机构的运动特性、膨胀室的状态参数、灭弧室内的气流场和电弧的动态特性.部分计算结果与试验值进行了比较,二者基本吻合.

10kV电缆线路带电作业用消弧开关的设计与试验

为研制适用于10 kV电缆线路带电作业的小型化快分快合操作机构,针对其使用需求设计了10 kV新型带电作业用消弧开关,对该开关在工频电压和操作过电压下内部电场的分布进行了计算分析与优化设计,最后对优化后的开关进行了测试。结果表明:新型带电作业用消弧开关内部由于静触头爪钩部位存在尖端效应导致该处电场强度较大,经优化设计后该消弧开关可承受42 kV工频电压,且该消弧开关可明显观察分合闸状态并实现快分快合,可快速可靠地切断较大的容性电流,满足10 kV电缆线路带电作业的需求。

SF_6断路器灭弧室结构对电场的影响

运用四边形八结点等参元有限元法对两种不同结构的SF_6断路器灭弧室内的静电场进行了数值计算。通过对100％开距时数值结果的分析,讨论了SF_6断路器灭弧室结构对电场分布的影响,分析了两种结构的优劣并提出了对其中一种结构的改进方案。

灭弧室内真空度与局部放电关系的研究

为研究真空断路器灭弧室内真空度与局部放电状态的关系,设计了一套模拟断路器运行的试验平台,采用特高频方法测量了灭弧室内不同真空度下的局部放电信号,并利用统计参数法统计出不同压强下的局放信号特征参数。试验结果表明随着灭弧室内真空度在0.5～300Pa之间变化,灭弧室局部放电量和次数有明显区别,压强在15～20Pa之间局部放电强度最大、次数最多,同时易发生间隙击穿。在此基础上通过对局部放电数据处理分析,得到不同压强下局部放电PRPD谱图,作为间接诊断断路器灭弧室真空度的依据。

压气式SF_6断路器二维冷态气流场的模拟计算

将压气式SF_6断路器与操动机构进行了二维冷态气流场联合求解,计算了断路器的空载分闸特性及分闸过程中各时刻灭体室内的冷态气流场。应用Taylor—Galerkin法对可压缩气体非稳态控制方程组进行了数值求解。

热膨胀式断路器的数值分析

在建立的喷口电弧二维磁流体动力学数学模型的基础上,开发了SF_6断路器的CAD软件。通过灭弧室与操动机构的联合模拟计算,详尽分析了电弧能量扩散的过程与规律,为膨胀式断路器的开发与研究提供了理论依据。

一种仿真SF_(6)断路器灭弧室气流场的新方法

本文提出基于格子Boltzmann方法的一种仿真SF_(6)断路器开断过程的新方法。以252 kV压气式SF_(6)断路器为研究对象,建立灭弧室气流场格子Boltzmann方程,推导出气流场的格子Boltzmann模型。通过耦合触头机械运动的开断过程,仿真得到灭弧室内气流场的变化规律,将喷口上游和喉部的压力变化曲线与试验结果对比,二者有较好的一致性。结果表明,格子Boltzmann方法可以用于研究SF_(6)断路器开断过程气流场的演变过程。

330kV单断口SF_6断路器灭弧室内全场域电场数值分析

运用四边形八结点等参元有限元法对不同结构的330kV单断口SF_6断路器灭弧室的全场域进行了电场数值计算.通过对比数值计算结果,讨论了均压电容器、电客器屏蔽罩、动触头屏蔽罩对电场分布的影响.

新型约束空间灭弧防雷间隙研究

喷射气体灭弧防雷间隙能在绝缘子发生雷击闪络造成单相接地故障时快速输导雷电流入地,同时启动高速气流灭弧装置,熄灭故障点工频续流,抑制间歇性电弧产生和过电压。通过雷电冲击试验、工频电弧试验,证明约束空间灭弧间隙能迅速地将工频电弧熄灭,避免工频电弧灼烧绝缘子以及线路断线的风险。新型灭弧防雷间隙具有动作时间短,喷射气流压强高,速度快,间隙间介质强度恢复迅速等特点,能够强效抑制工频电弧,大幅降低线路雷击跳闸率。