多断口自灭弧装置在风电场集电线路的应用研究

作     者：王国锋 

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：2021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：风电场 集电线路 多断口结构 自膨胀气流 灭弧 

摘      要：随着能源结构向绿色低碳转型,全国可再生能源新增装机容量中,风电行业占比逐年递增。风电场大多处于崇山峻岭,雷电活动频繁,雷电危害由电力供应侧传导至用电需求侧,国民经济安全将面临严重威胁。本文研究基于气体灭弧技术,提出利用多断口结构熄灭电弧以解决集电线路防雷紧迫性问题。本文首先揭示了多重雷击的特点及对线路绝缘的危害,又以耐雷水平为衡量尺度,阐述了高土壤电阻反击及档距中央绕击规律。并指出传统线路防雷的弱点及盲点,提出一种集“冲击疏导—快速灭弧—工频阻塞于一体的防雷新模式。接着建立了弧柱通道模型,结合壁压缩、流体压缩、自磁压缩理论探究管道内“弧柱射流形成机理,“弧柱射流会伴随“磁抽吸效应,自膨胀气流形成后的对吹现象使电弧拐点同时出现多个断口,造成弧柱能量分段自湮灭。结合气吹弧理论,建立mayr电弧改进模型,并利用MATLAB搭建简单35 k V系统回路,得出结论:若要在10 ms内摧毁工频暂态电弧,气流速度不应低于550 m/s。又利用COMSOL Multiphysics软件对结构的熄弧和介质强度恢复进行多物理场耦合仿真,采取“雷电+工频联合施加方式,仿真结论:由电弧触发的气流流速可达700 m/s,4 ms左右电弧基本消亡。根据仿真结果,以提升装置灭弧能力为目的,最终确定了入口为反冲管的三重螺旋曲折灭弧路径。随后进行的冲击放电电压与伏秒特性试验共同确定了自灭弧间隙与两类绝缘子串的绝缘配合参数。大电流冲击试验证实了装置成功耐受25 k A雷电流,有效地限制雷电流幅值,延缓放电时间。工频续流遮断试验验证了装置在1/4个工频周期内成功遮断1.2 kA左右的跟随电流,在1/2个周期内工频电压幅值和频率基本恢复正常。最后,本文依据35 kV集电线路运行条件,设计了与耐张串、悬垂串匹配的安装金具,并建议采用全线三相安装方式。选取了福建、云南两地高雷害区集电线路进行装置的试运行,从应用效果来看,安装后线路年平均雷击跳闸率比安装前下降80%以上,具有推广应用价值。