基于长间隙电弧分析的灭弧防雷间隙研究

作     者：周勇军 

作者单位：广西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王巨丰

授予年度：2020年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080803[工学-高电压与绝缘技术] 08[工学] 

主      题：架空输电线路 防雷 并联间隙 电弧 数学模型 灭弧 

摘      要：随着工业化进程快速发展,全球气候、环境发生巨大变化,雷电活动受气候影响趋于频繁化。架空输电线路长期耸立于户外复杂的自然环境下,遭受雷击的概率也随之增加。为保障输电线路的安全稳定运行,国内外专家、学者们先后提出了各种适用于输电线路雷害防护的理论及技术手段,在很大程度上提高了输电线路运行的稳定性,但通过研究数据显示,雷击跳闸事故仍是影响电网稳定的主要因素之一。本文研究了一种适用于220kV架空输电线路雷害防护的灭弧防雷间隙装置,通过在传统的“疏导型防雷技术——并联间隙的基础上增设了主动灭弧单元,可保证在疏导雷电能量的同时,熄灭后续形成的电弧,有效保护线路安全。文中通过理论研究,分析了电弧基本物理特性及弧柱的能量过程。研究表明,弧柱的能量过程主要通过温度体现,交变过程影响着温度及半径的变化。在外界强气流的作用下,可加快能量耗散,破坏弧柱的能量平衡;且高速气流可加快间隙内介质的转换,使得介质强度迅速恢复有助于实现灭弧。通过数值分析及纵吹模型的建立,在COMSOL Multiphysics仿真软件中分析了强气流作用下电弧熄灭的过程。仿真结果显示,在强气流的作用下弧柱能量快速散失,温度快速下降,并于5ms内有效熄灭电弧,未发生重燃。通过试验分析,确定了装置的U50%及最佳绝缘配合比为0.85,并根据实验数据绘制了伏秒特性曲线,结果显示间隙的伏秒特性优于绝缘子串。为了验证灭弧间隙的灭弧性能,文中还进行了大电流灭弧试验,试验结果表明在40kA工频大电流持续120ms的工况下,装置有效动作快速熄灭电弧,并在后续时间段内未发生重燃。最后,根据试点运行线路的实例分析,为装置的可靠性和安全性提供了强有力的支撑,并在文末对装置的改进和推广提出了一些建议。