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磁吹直流空气断路器弧根跃迁及对开断特性的影响研究

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中国电机工程学报 2023年第4期43卷 1651-1660页

作者：李静钱宇王奥飞曹云东刘树鑫于龙滨特种电机与高压电器重点实验室(沈阳工业大学电气工程学院) 辽宁省沈阳市110023 辽宁省电力有限公司电力科学研究院辽宁省沈阳市110006

直流空气断路器的弧根跃迁与其开断特性有着密切的关系。该文搭建实验平台,采用高速摄像机拍摄电弧演变过程,得到清晰的弧根跃迁图像,观测弧根跃迁过程中的“双弧根”现象。基于磁流体动力学理论,建立二维磁吹直流空气电弧模型。模型中... 详细信息

直流空气断路器的弧根跃迁与其开断特性有着密切的关系。该文搭建实验平台,采用高速摄像机拍摄电弧演变过程,得到清晰的弧根跃迁图像,观测弧根跃迁过程中的“双弧根”现象。基于磁流体动力学理论,建立二维磁吹直流空气电弧模型。模型中赋入鞘层条件,通过耦合外电路模块模拟实验工况,对开断过程中电弧温度场、气流场及弧根跃迁现象进行分析。在此基础上,完成磁场、烧蚀金属蒸气浓度变化对弧根跃迁及开断特性影响的仿真研究。结果表明:磁场强弱会改变弧柱高温区的运动轨迹,影响前后侧的气流场分布,改变局部区域电导率,产生弧根的停滞与跃迁现象,显著影响断路器的开断性能。外施50m T磁场会发生弧根跃迁现象,弧根跃迁可以减少烧蚀,加速开断,其本质成因是通过“双弧根”完成的。“双弧根”现象是由于引弧板表面电导率增大,在其表面形成新的导电斑点形成的。烧蚀产生的金属蒸气不总是阻碍熄弧,当灭弧室中铜蒸气浓度达到50%~60%时,出现弧根跃迁,减少燃弧时间,有利于开断。

关键词：直流空气断路器磁流体动力学弧根跃迁开断特性双弧根

SF6/N2气体环网柜的燃弧与开断特性研究

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SF6/N2气体环网柜的燃弧与开断特性研究

作者：张捷夫大连理工大学

学位级别：硕士

SF气体因其具有优异的绝缘、熄弧与介质恢复的能力,被广泛应用于电器设备中。但由于其存在温室效应,SF替代气体的研究便受到了广泛的关注。本文以SF/N混合气体为研究对象,通过仿真与试验确定了不同混合比的气体组分与不同分闸速度两种... 详细信息

SF气体因其具有优异的绝缘、熄弧与介质恢复的能力,被广泛应用于电器设备中。但由于其存在温室效应,SF替代气体的研究便受到了广泛的关注。本文以SF/N混合气体为研究对象,通过仿真与试验确定了不同混合比的气体组分与不同分闸速度两种因素对微正压下气体环网柜电弧燃烧特性与开断性能的影响,并根据环网柜承受的最大恢复电压峰值,讨论了SF与N混合气体在开断性能方面的协同效应。首先,本文以气体电弧三维磁流体动力学模型为基础,对环网柜在6.0 m/s与6.5 m/s两种分闸速度下其灭弧室内部不同混合比的SF/N气体的电弧燃烧过程进行了仿真分析。由于气体物性参数的影响,纯N电弧燃烧最为剧烈,背后击穿现象非常严重,而纯SF电弧燃烧相对平缓。SF含量的提升会使混合气体电弧燃烧更加稳定,弧柱宽度变得更细。并且,当SF在混合气体中的占比超过40%时,SF含量的提升对电弧形态的改变就不再明显。然后,搭建了燃弧试验回路,对环网柜灭弧室内部的电弧燃烧特性进行了试验研究。得到的试验结果与仿真结果吻合,40%SF/60%N的燃弧特性与纯SF接近,其电弧燃烧稳定,弧柱较窄,电弧电压较高且不存在熄弧尖峰跌落的现象。SF含量的增加可以使混合气体的电弧电压提高,并且分闸速度越快,电弧电压越高,有利于电弧的熄灭。最后,搭建了合成试验回路。对20%SF/80%N、40%SF/60%N混合气体环网柜的开断性能进行了试验。结果表明SF含量越高、分闸速度越快,环网柜能够承受的恢复电压峰值越大,环网柜的开断性能越好,并且环网柜充40%SF/60%N时的开断能力与纯SF接近。利用环网柜开断成功时所能承受的最大暂态恢复电压峰值,计算了两种混合气体在相同条件下的协同效应系数,结果表明两种混合比气体均表现为协同效应,40%SF/60%N的协同效应强于20%SF/80%N。

关键词： SF6/N2混合气体环网柜电弧仿真燃弧特性开断特性协同效应

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双断口真空断路器开断特性的试验与仿真研究

高电压技术 2014年第8期40卷 2381-2388页

作者：舒胜文阮江军黄道春吴高波武汉大学电气工程学院武汉430072

为分析双断口真空断路器的开断特性,建立了双断口真空断路器的合成开断试验平台和基于一种改进真空电弧模型的电磁暂态仿真平台。对开断电流、电弧电压、燃弧时间和瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)分配比例等参数进行了... 详细信息

为分析双断口真空断路器的开断特性,建立了双断口真空断路器的合成开断试验平台和基于一种改进真空电弧模型的电磁暂态仿真平台。对开断电流、电弧电压、燃弧时间和瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)分配比例等参数进行了试验测量,通过仿真诊断等离子体参数,对试验结果进行了机理分析。结果表明:过长的燃弧时间会导致过大的燃弧能量和转移电荷,可能使电弧发生集聚;高压断口的延迟分闸会造成弧后残余等离子体特性的差异,从而加剧双断口真空断路器TRV分配的不均匀性;这2种情况均不利于开断。此外,双断口真空断路器均压电容的取值除了考虑TRV均匀分布外,还应兼顾弧后阴极表面电场分布的一致性,过大的均压电容反而不利于开断。因此,燃弧时间及其同步控制和合理均压电容值的选取是双断口真空断路器成功开断的关键。

关键词：真空断路器双断口开断特性电弧电压瞬态恢复电压均压电容

混合型直流熔断器用灭弧熔断器单元低过载电流开断特性优化设计研究

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中国电机工程学报 2018年第9期38卷 2783-2789页

作者：李枫庄劲武江壮贤武瑾赵宏海军工程大学电气工程学院

灭弧熔断器单元是混合型直流熔断器的重要组成部分,其承担着为高速开断器提供介质恢复时间及直流灭弧开断功能,由于直流灭弧熔断器开断低过载电流能力较弱,易出现过热、喷弧等故障导致开断失败。该文针对这一问题,结合仿真与试验分析直... 详细信息

灭弧熔断器单元是混合型直流熔断器的重要组成部分,其承担着为高速开断器提供介质恢复时间及直流灭弧开断功能,由于直流灭弧熔断器开断低过载电流能力较弱,易出现过热、喷弧等故障导致开断失败。该文针对这一问题,结合仿真与试验分析直流灭弧熔断器低过载电流开断困难机理,并在此基础上提出设置熔体薄弱狭颈的解决方案,改进设计了额定2000V/1600A混合型直流熔断器用灭弧熔断器单元,进行故障电流开断试验,试品成功开断了2k A低过载电流及7k A短路电流,验证了改进方案的正确性,相关结论可应用于混合型直流熔断器灭弧熔断器单元的设计,能有效提升混合型直流熔断器的保护能力。

关键词：混合型直流熔断器灭弧熔断器单元低过载电流故障电流开断特性

特高压混合无功补偿对单相接地故障开断特性的影响研究

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中国电机工程学报 2019年第23期39卷 7083-7092页

作者：杨婧婧刘洪顺何东欣刘兴华杨超李清泉特高压输变电技术与装备山东省重点实验室(山东大学电气工程学院) 山东省济南市250061 国网淄博市供电公司山东省淄博市255022

针对配备有混合无功补偿的特高压输电线路发生单相接地故障情况,分析了特高压混合无功补偿对单相接地故障开断特性的影响。参考晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程的参数,简化了特高压输电线路单相接地故障的等效模型。采用等值集... 详细信息

针对配备有混合无功补偿的特高压输电线路发生单相接地故障情况,分析了特高压混合无功补偿对单相接地故障开断特性的影响。参考晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程的参数,简化了特高压输电线路单相接地故障的等效模型。采用等值集中参数电路的方法,推导出影响单相接地故障开断特性的计算公式,从而给出描述开断特性相关参数与混合无功补偿之间严格的数学表达式。基于这些理论公式,并与有关的仿真结果进行比较,得到混合无功补偿对发生单相接地故障线路的开断特性的影响,验证了分析方法的有效性。研究结果可为混合无功补偿在特高压输电工程中的应用提供分析和理论依据。

关键词：特高压输电线路混合无功补偿单相接地故障断路器开断特性

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低压塑壳断路器三相短路开断特性的仿真分析

电工技术学报 2005年第10期20卷 76-82,87页

作者：李兴文陈德桂汪倩李志鹏王云峰西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

应用虚拟样机技术,建立了低压塑壳断路器MCCB操作机构运动特性的仿真模型,并用实验验证了模型的正确性。采用三维有限元分析计算出电动斥力与电流和触头开距之间的定量关系,然后通过对ADAMS的二次开发,耦合电路、电磁场和机械运动方程,... 详细信息

应用虚拟样机技术,建立了低压塑壳断路器MCCB操作机构运动特性的仿真模型,并用实验验证了模型的正确性。采用三维有限元分析计算出电动斥力与电流和触头开距之间的定量关系,然后通过对ADAMS的二次开发,耦合电路、电磁场和机械运动方程,考虑电动斥力的作用,分析了预期短路电流、机构开始动作时间以及气动斥力对于MCCB三相短路开断过程的影响。结果表明,提出的方法对于MCCB的分析、设计及优化是有效的。

关键词：开断特性气动斥力操作机构

真空断路器高频电流开断特性的影响因素和研究方法

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高压电器 1997年第4期33卷 14-18页

作者：阿路.土尔斯别克王毅新疆理工学院乌鲁木齐830008 大连理工大学 116024

对影响真空断路器高频电流开断特性的一些因素做了介绍。认为这些因素的综合效应决定了真空断路器的高频电流开断特性;电流在零值附近的变化率和触头间隙在电流开断后的介质恢复速率是影响真空断路器高频电流开断性能的决定性参数。并... 详细信息

对影响真空断路器高频电流开断特性的一些因素做了介绍。认为这些因素的综合效应决定了真空断路器的高频电流开断特性;电流在零值附近的变化率和触头间隙在电流开断后的介质恢复速率是影响真空断路器高频电流开断性能的决定性参数。并指出了利用计算机模拟的方法研究真空断路器高频电流开断特性的必要性。

关键词：真空断路器开断特性高频电流计算机模拟

高压SF_6断路器配弹簧操动机构的开断特性研究

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高压电器 2016年第10期52卷 158-164页

作者：吕军玲赵伟涛西安西电开关电气有限公司西安710077 西安高压电器研究院有限公司西安710077

分析高压断路器开断特性,对提高断路器的性能具有重要的意义。文中以配弹簧操动机构的高压SF6断路器为研究对象,在分析灭弧室具体结构的基础上,建立压气室压力特性数学模型与电弧效应的热力学模型,利用Adams与MATLAB软件建立弹簧操动机... 详细信息

分析高压断路器开断特性,对提高断路器的性能具有重要的意义。文中以配弹簧操动机构的高压SF6断路器为研究对象,在分析灭弧室具体结构的基础上,建立压气室压力特性数学模型与电弧效应的热力学模型,利用Adams与MATLAB软件建立弹簧操动机构与灭弧室的联合仿真模型,对断路器配弹簧操动机构的开断特性进行计算分析。计算获得的动触头行程曲线与试验测试结果吻合,证明了仿真模型的准确性,并在此基础上分析了动触头行程、压气室气体压力、缓冲器缓冲阻力随时间的变化特性。该建模与仿真方法,不仅能够快速计算与评估SF6断路器配弹簧操动机构的开断特性,还能够方便给出各部件的受力情况,为进一步确定灭弧室与弹簧操动机构的结构参数提供帮助,也为SF6断路器从经验设计方法向仿真设计方法转变提供很好的基础。

关键词：断路器弹簧操动机构开断特性灭弧室联合仿真

特高压电容器组专用断路器开断特性及试验研究

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高压电器 2016年第11期52卷 34-41,46页

作者：隋玉秋李学斌赵义松王飞鸣程远韩洪刚国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院沈阳110006

特高压电容器组专用断路器不但要满足短路大电流的开断要求,而且要保证额定小电流开断后不发生重击穿。文中比较分析不同灭弧室结构的绝缘性能和冷态介质恢复特性,确定最佳的灭弧室结构。计算额定1.6 k A小电流短燃弧和短路40 k A大电... 详细信息

特高压电容器组专用断路器不但要满足短路大电流的开断要求,而且要保证额定小电流开断后不发生重击穿。文中比较分析不同灭弧室结构的绝缘性能和冷态介质恢复特性,确定最佳的灭弧室结构。计算额定1.6 k A小电流短燃弧和短路40 k A大电流开断特性,搭建试验回路,测量不同开距下的击穿电压值。结果表明:灭弧室内引弧环结构增大弧触头间的电场值,降低冷态开断介质恢复速度和击穿裕度;屏蔽罩结构对大喷口打开后的弧触头间电场分布具有屏蔽作用;小电流电弧燃弧时间越短,击穿裕度值越小,尽量避免燃弧时间小于0.5 ms,保证弧后具有较大的击穿裕度。预测开断短路电流的最短燃弧时间为15 ms,断路器对开断短路长燃弧的稳定性较高,介质恢复速度较快。文中计算结果与试验结果基本吻合,由于试验击穿点存在分散性,在刚分时刻后0.5 ms内存在重击穿的可能,分闸过程应避免在此时间范围内熄弧,保证燃弧时间大于0.5 ms。

关键词：特高压 SF6 断路器开断特性介质恢复特性动态击穿试验