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高压电缆接头防爆保护装置的泄能孔优化设计方法

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电工电能新技术 2024年第3期43卷 83-92页

作者：雷佳成杨鑫秦睿仇炜董盼蒋凌峰长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410114 广东电网有限责任公司珠海供电局广东珠海519000

金属型高压防爆保护装置的泄能孔设计是实现其防爆功能的关键。本文提出了金属型高压电缆接头防爆保护装置泄能孔的设计原则和优化方法;通过热源等效和基于多物理场耦合的有限元计算方法,对保护装置内部发生短路电弧的爆炸时装置内部冲... 详细信息

金属型高压防爆保护装置的泄能孔设计是实现其防爆功能的关键。本文提出了金属型高压电缆接头防爆保护装置泄能孔的设计原则和优化方法;通过热源等效和基于多物理场耦合的有限元计算方法,对保护装置内部发生短路电弧的爆炸时装置内部冲击过程进行仿真计算,并通过燃弧试验验证了仿真方法的准确性和可靠性。通过仿真计算出封闭设备泄压面积计算公式的关键参数,得到泄能孔开口尺寸的阈值;仿真了装置内部短路电弧爆炸时最大气压出现时刻以及该时刻下不同泄能孔尺寸所对应的保护装置内壁上的压强分布,得到保护装置内部最大压强与泄能孔开口尺寸的函数关系,进而得到保护装置的泄能孔最优开口尺寸。以35 kV电压等级为例,计算得到金属型保护装置的泄能孔尺寸为60 mm。该优化设计方法可为35 kV及以上电压等级的高压电缆接头保护装置的泄能孔设计和制造提供理论基础和设计方法。

关键词：高压电缆接头防爆泄能孔仿真设计燃弧测试

10 kV架空线路用氧化锌避雷器的保护范围研究

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电瓷避雷器 2024年第1期 36-45页

作者：吴文锋杨鑫蒋凌峰周秀王延夫长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410114 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院银川750002

加装氧化锌避雷器(MOA)是10 kV架空线路的主要防雷措施,MOA的安装密度对线路运行可靠性和经济性有重要影响。目前,关于避雷器保护范围的研究已有较成熟的理论,但针对10 kV架空线路来说,存在感应雷、雷击塔顶和雷击导线这3种雷击形式,且... 详细信息

加装氧化锌避雷器(MOA)是10 kV架空线路的主要防雷措施,MOA的安装密度对线路运行可靠性和经济性有重要影响。目前,关于避雷器保护范围的研究已有较成熟的理论,但针对10 kV架空线路来说,存在感应雷、雷击塔顶和雷击导线这3种雷击形式,且线路跳闸机制为相间短路,这些特点使得10 kV线路MOA的保护范围具有自身特性。分别研究了过电压来波和高电位转移2种不同原理的10 kV避雷器保护范围计算方法;使用ATP-EMTP搭建了10 kV线路过电压模型,通过判定MOA流通的能量是否超限以及杆塔是否发生相间短路为依据,分析了在感应雷、雷击塔顶和雷击导线的作用下,MOA在两种过电压来波时的综合保护范围。结果表明,对于10 kV架空线路的典型设置下,MOA在感应雷、雷击塔顶和雷击导线时的保护范围依次为[55,172]m、[49,∞)m和[50,96]m;降低杆塔接地电阻,感应雷和雷击导线时MOA的保护范围的提升效果明显;70 m档距下,10 kV架空线路隔一基杆塔安装一组避雷器的安装方式具有最优化的技术经济性,所得结果对于提高配网的可靠性具有重要意义。

关键词： ATP-EMTP 保护范围氧化锌避雷器 10 kV架空线路波过程相交法

新型电力系统源网设备典型外部灾害防治挑战与展望

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新型电力系统

新型电力系统 2024年第1期2卷 36-51页

作者：陆佳政皮新宇朱思国欧阳亿张华玉周特军谢鹏康蒋凌峰黄清军陈宝辉国网湖南省电力有限公司防灾减灾中心(电网防灾减灾全国重点实验室) 长沙410129

随着“双碳”目标的提出,构建风光新能源迅速发展的新型电力系统成为国家战略。目前,新型电力系统受覆冰、山火、雷击等外部灾害影响严重,新型电力系统外部灾害防治技术研究迫在眉睫。本文分析了几种典型新型电力系统外部灾害风险,探讨... 详细信息

随着“双碳”目标的提出,构建风光新能源迅速发展的新型电力系统成为国家战略。目前,新型电力系统受覆冰、山火、雷击等外部灾害影响严重,新型电力系统外部灾害防治技术研究迫在眉睫。本文分析了几种典型新型电力系统外部灾害风险,探讨了特高压地线覆冰、特高压输电线路附近山火、配网雷击、风机覆冰与雷击、光伏防灾以及储能电池火灾几类新型电力系统外部灾害问题及相应灾害防治技术研究现状,展望了新型电力系统外部灾害防治技术未来发展趋势,以期为新型电力系统外部灾害防治提供研究思路。

关键词：新型电力系统外部灾害防灾减灾覆冰山火雷击光伏储能电池

10kV架空线路用单相并联间隙的型式设计及绝缘配合研究

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10kV架空线路用单相并联间隙的型式设计及绝缘配合研究

作者：蒋凌峰长沙理工大学

学位级别：硕士

10kV架空线路的可靠运行直接影响广大用户的经济效益和用电感受,而10kV配电网可用的防雷措施较少。一般采用安装线路避雷器,但大量使用会给后期运维带来较大负担。前期研究中,基于10kV配电网相间短路的跳闸机制,提出10kV架空裸导线路采... 详细信息

10kV架空线路的可靠运行直接影响广大用户的经济效益和用电感受,而10kV配电网可用的防雷措施较少。一般采用安装线路避雷器,但大量使用会给后期运维带来较大负担。前期研究中,基于10kV配电网相间短路的跳闸机制,提出10kV架空裸导线路采用并联间隙的单相安装方式,经计算,有效提升线路耐雷水平,以感应雷过电压为例,耐雷水平提升了 162.5%。但安装单相并联间隙后,给配电线路又带来2个新问题:(1)由于间隙放电导致的单相接地并不引起线路跳闸,易出现弧光接地过电压,对配电网的运行稳定产生影响。(2)采用并联间隙的单相安装方式后线路与设备之间的绝缘水平差异进一步扩大,导致配电设备更易损坏。因此,需要针对性研究具有快速熄弧能力的并联间隙和调节线路和设备之间的绝缘水平差异的方法。本文基于磁流体原理,考虑温度、空气电导率、大气压力(如热浮力等)等因素的耦合作用,建立了交流电弧在并联间隙上的运动仿真模型。以10kV架空线路并联间隙为实例,对其交流电弧的运动过程进行了仿真,计算结果体现了交流电弧运动时“零休”、弧柱弯曲复杂、弧根跳跃以及上下弧根运动速率不同等特点,与试验所得的交流电弧运动规律一致。以交流电弧在并联间隙上的运动速率和熄灭不重燃所需时间为指标,计算了 10kV非对称棒形并联间隙下导弧臂不同倾角对电弧运动规律的影响,得到45°的下导弧臂倾角结构最优,为具有快速熄弧功能的并联间隙设计提供了方法指导。针对10kV架空线路采用并联间隙的单相安装方式后线路与设备之间的绝缘水平差异进一步扩大,配电设备更易损坏的问题,综合分析了不同调节绝缘水平差异的方式,采用在10kV线路末端加装耦合地线的方法解决该问题。研究了耦合地线的分流原理,认为其跨越的杆塔数和杆塔接地电阻是影响分流效果的主要因素。基于ATP-EMTP过电压计算平台,建立了并联间隙单相安装方式下的10kV架空裸导线路过电压仿真模型,计算结果表明:在典型配置的10kV架空线路中,当感应雷的感应点在配变前4基杆塔时,流经配变高压侧MOA的最大过电流能量超过了其安全运行的阈值;此时,在配变前2基杆塔架设耦合地线,且无需对杆塔进行接地处理,即可限制流经高压侧MOA的过电流幅值和热电荷传送值到安全阈值以下,分别最大降低69.4%和83.5%。所提方法对降低配电设备的故障率,调节线路和设备之间的绝缘水平差异具有重要作用。通过设计具有快速熄弧特性的单相并联间隙,调节10kV架空线路和设备之间的绝缘水平差异,对配网推广使用单相并联间隙,降低10kV架空线路雷击跳闸率以及配电设备的故障率,具有重要的理论意义和实际工程价值。

关键词：并联间隙单相安装方式磁流体理论电弧运动绝缘水平差异

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初位置对电子运动轨迹和空间角辐射的影响

激光技术 2022年

作者：朱佳宇高周景明蒋凌峰田友伟南京邮电大学贝尔英才学院南京邮电大学理学院

为了探究出在圆偏振激光脉冲中电子初位置对其运动轨迹和空间角辐射的影响，首先根据非线性汤姆逊散射模型、能量方程以及拉格朗日方程推导出了高能电子的空间运动方程，并与MATLAB数值模拟的方法相结合，做出了高能电子空间运动轨迹图...

为了探究出在圆偏振激光脉冲中电子初位置对其运动轨迹和空间角辐射的影响，首先根据非线性汤姆逊散射模型、能量方程以及拉格朗日方程推导出了高能电子的空间运动方程，并与MATLAB数值模拟的方法相结合，做出了高能电子空间运动轨迹图和空间角辐射模拟图。结果表明，电子在涡旋横向力的作用下在全空间运动的前部轨迹呈紧密分离螺旋状，而后部轨迹由空间间隔遥远的稀疏圆组成，随着电子初位置的右移，空间角辐射达到最大值时，极角θ和方位角Ф的值有不断减小的趋势，在z;=5λ;后趋于稳定，（θ，Ф）=（23.5°，175.5°）；激光脉冲中电子的初位置的改变对电子的运动轨迹和空间角辐射有较大影响。该结果为后续研究电子初位置对高能电子辐射特性的影响奠定了基础。

关键词：

基于均衡应力分布的高压电缆接头保护装置安全裕度提升方法

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南方电网技术 2023年第7期17卷 27-36,64页

作者：雷佳成杨鑫董盼仇炜蒋凌峰刘尧长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410114 广东电网有限责任公司珠海供电局广东珠海519000 国网北京市电力公司北京100031

高压电缆接头短路电弧易引发爆炸、失火,造成二次伤害,需加装保护装置。而保护装置结构的不均匀性导致应力分布畸变,出现防爆薄弱环节,针对性地提出了基于均衡应力分布的电缆接头保护装置安全裕度的提升方法。采用爆源等效方式,利用基... 详细信息

高压电缆接头短路电弧易引发爆炸、失火,造成二次伤害,需加装保护装置。而保护装置结构的不均匀性导致应力分布畸变,出现防爆薄弱环节,针对性地提出了基于均衡应力分布的电缆接头保护装置安全裕度的提升方法。采用爆源等效方式,利用基于温度场、流体场、位移场耦合的有限元计算方法,对保护装置内部短路电弧冲击过程进行仿真计算。以220 kV弹簧收缩泄能方式电缆接头保护装置为计算实例,保护装置内部应力最集中的区域位于端头收缩处,应力畸变率达到24%,端头收缩处的应力导致装置的安全裕度值仅为4.09%。因此认为提升电缆接头保护装置安全裕度的关键在于降低应力畸变率。进而提出了在电缆接头保护装置内侧应力集中区域覆盖陶瓷化硅橡胶高分子复合耐火材料的方法来提升保护装置的安全裕度,经计算选择6 mm厚的材料覆盖内侧应力集中区域,可将装置的应力畸变处的畸变率降至7%,安全裕度值提升至31.81%,使保护装置整体的安全裕度提升至18.18%。与传统提升方法相比,更具针对性,促进设备的轻质化发展,为220 kV高压电缆接头安全设计提供了新的解决思路与方法。

关键词：高压电缆接头均衡应力分布安全裕度高分子材料多物理场耦合

35 kV架空线路中并联间隙的单相同线安装方式

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电力科学与技术学报 2023年第3期38卷 241-251页

作者：姚铮杨鑫蒋凌峰吴文峰王延夫汤昕长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410114 长沙电力职业技术学院湖南长沙410131

35 kV线路杆塔高度远高于10 kV线路,其防雷配置偏少,雷击跳闸率偏高。本文提出采用单相同线安装并联间隙的方法来提高线路耐雷水平,即在同一回路的固定单相安装并联间隙。35 kV架空线路的跳闸机制为相间短路故障,并联间隙在单相安装方式... 详细信息

35 kV线路杆塔高度远高于10 kV线路,其防雷配置偏少,雷击跳闸率偏高。本文提出采用单相同线安装并联间隙的方法来提高线路耐雷水平,即在同一回路的固定单相安装并联间隙。35 kV架空线路的跳闸机制为相间短路故障,并联间隙在单相安装方式下,可由放电相导线对其他导线的耦合作用降低其余两相导线的过电压,从而降低线路发生相间短路的几率,提升线路的耐雷水平。通过建立35 kV架空线路过电压计算仿真模型,考虑避雷线和接地电阻的影响,计算了并联间隙在单相同线安装方式下对线路耐雷水平的影响。单相同线安装并联间隙,在线路无、单和双避雷线时,反击耐雷水平分别最大提升81.9%、21.2%、11.1%;感应雷耐雷水平分别最大提升68.2%、50.2%、38.4%。通过实验和计算,针对雷击形式的不同概率,给出了并联间隙采取单相同线安装方式后的放电距离确定原则。单相同线安装并联间隙的方法具有成本低、免维护的特点,可以作为35 kV架空线路的重要防雷手段。

关键词： 35 kV架空线路耐雷水平并联间隙单相同线安装方式防雷

10kV架空线路和配电变压器绝缘水平差异的调节方法

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电瓷避雷器 2022年第2期 20-30页

作者：蒋凌峰杨鑫吴文锋王延夫汤昕长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410114 长沙电力职业技术学院长沙410131

10 kV架空裸导采用并联间隙的单相安装方式可以有效提升线路耐雷水平,但使得线路与设备之间的绝缘水平差异进一步扩大,配电设备更易损坏。提高配电设备的绝缘水平及设备前端氧化锌避雷器(MOA)的通流容量在经济性上并不可行,笔者采用在10... 详细信息

10 kV架空裸导采用并联间隙的单相安装方式可以有效提升线路耐雷水平,但使得线路与设备之间的绝缘水平差异进一步扩大,配电设备更易损坏。提高配电设备的绝缘水平及设备前端氧化锌避雷器(MOA)的通流容量在经济性上并不可行,笔者采用在10 kV线路末端加装耦合地线的方法解决该问题。研究了耦合地线的分流原理,认为其跨越的杆塔数和杆塔接地电阻是影响分流效果的主要因素。建立了并联间隙单相安装方式下的10 kV架空裸导线路过电压仿真模型,计算结果表明,在典型配置的10 kV架空线路中,当感应雷的感应点在配变前4基杆塔时,流经配变高压侧MOA的最大过电流能量超过了其安全运行的阈值;此时,在配变前2基杆塔架设耦合地线,且无需对杆塔进行接地处理,即可限制流经高压侧MOA的过电流幅值和热电荷传送值到安全阈值以下,分别最大降低69.4%和83.5%。所提方法对降低配电设备的故障率,调节线路和设备之间的绝缘水平差异具有重要作用。

关键词：并联间隙单相安装方式过电流热电荷传送值耦合地线

MOA和耦合地线配合使用的10 kV架空线路防雷方法

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电瓷避雷器 2023年第5期 18-27页

作者：王延夫汤昕蒋凌峰吴文锋胡嘉宴杨鑫国网湘潭供电公司湖南湘潭411100 长沙电力职业技术学院长沙410131 长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410114

10 kV架空线路雷击跳闸率高,而可用的防雷措施较少,需对防雷方法进行综合应用以全面提高其耐雷水平。针对单独架设耦合地线无法提高其直击线路耐雷水平与耦合地线分段对线路感应雷耐雷水平的影响,本研究提出了一种综合性防雷方式,其方... 详细信息

10 kV架空线路雷击跳闸率高,而可用的防雷措施较少,需对防雷方法进行综合应用以全面提高其耐雷水平。针对单独架设耦合地线无法提高其直击线路耐雷水平与耦合地线分段对线路感应雷耐雷水平的影响,本研究提出了一种综合性防雷方式,其方法是将MOA与耦合地线结合应用于10 kV架空配电线路。基于ATP-EMTP建立10 kV架空配电线路过电压模型,并考虑MOA允许通过的能量阈值。结果表明,MOA安装于10 kV架空配电线路的最高相和一边相,且在左右各1基安装时,在不需额外施加杆塔降阻措施下,仍具有最佳的直击雷防护效果,与耦合地线配合使用,可全面提高线路耐雷水平,具有更好的技术经济性。在雷击杆塔和感应雷作用下,当耦合地线分段间隔3基及以内杆塔时,建议在分段间隔处(包含2端)的逐级杆塔最高相和一边相安装MOA;当耦合地线分段间隔3基以上杆塔时,在分段间隔的逐级杆塔同时装设三相MOA是较好的选择,其优点是能够解决由于耦合地线分段使用而造成的耐雷水平降低的现象。得出的结果有利于综合性的使用10 kV架空线路防雷方法,全面提高10 kV架空线路的耐雷水平。

关键词：氧化锌避雷器耦合地线 10 kV架空线路配电网耐雷水平