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导电加热切削灭弧控制技术的研究

新技术新工艺 1997年第4期 7-9页

作者：陈文戈郑佑濂叶邦彦陈统坚周泽华广东工业大学华南理工大学

针对导电加热切削应用中存在的关键技术——灭弧控制技术，比较了国内外以往采用的灭弧保护措施，提出了采用刀具两端瞬态过电压脉冲信号触发控制逆变开关电源关断，以实现灭弧控制的新方法。本项目受国家自然科学基金资助。

关键词：导电加热切削灭弧自动控制切削

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直流断路器灭弧性能改进与研究

直流断路器灭弧性能改进与研究

作者：李振辉辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

现有直流断路器在灭弧时容易产生过电压和大电流现象,此现象给设备和线路带来了很大危害。本文针对现有断路器存在的主要问题,提出了一种新的改进方案,该方案以现有直流断路器为基础,通过设计增加外围辅助电路来加强灭弧功能,进而增加... 详细信息

现有直流断路器在灭弧时容易产生过电压和大电流现象,此现象给设备和线路带来了很大危害。本文针对现有断路器存在的主要问题,提出了一种新的改进方案,该方案以现有直流断路器为基础,通过设计增加外围辅助电路来加强灭弧功能,进而增加设备寿命、用电安全行与可靠性。外围电路主要由一个电阻、一个电容串联和一个电感组成得转移电流回路。当电路发生短路时,开断主断路器,当主断路器的电压上升到一定高度时,这时转移电流回路的开关闭合,接入转移电流支路。然后,主电路中的电流与转移电流支路的振荡电流相叠加流入断路器,这时经过断路器电流为过零点振荡电流,根据交流电流的灭弧特性便可在零点将电弧熄灭。主断路器电弧熄灭以后,这时主电路电流完全转移到转移电流回路,由于转移电流回路是具有欠阻尼振荡特性,振荡电流与电压幅值随着时间逐步减小直至为零。为验证方案正确性,通过MALANB软件建立Mayr电弧模型对断路器改进前后进行仿真,并对仿真结果进行分析,通过分析得到改进后断路器比改进前在灭弧效果有了明显的提高,验证了方案的正确性;为验证方案的可行性,在此基础上做了小型实验,并对实验结果进行分析,通过实验分析验证了仿真的正确性,同时也进一步验证了方案的可行性。

关键词：灭弧断路器振荡电流过零点转移电流回路可行性

500kV交流线路脉冲气流灭弧防雷技术研究

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500kV交流线路脉冲气流灭弧防雷技术研究

作者：刘宝龙广西大学

学位级别：硕士

近年来随着国民经济的快速发展,输电线路逐年增加,为清洁电能的输送提供了保障。但采用传统“阻塞型”防雷措施防雷效果不佳,输电线路的防雷问题尚未从根本上得到治理。本文在现有并联间隙研究理论基础上提出一种新型灭弧装置,该装置通... 详细信息

近年来随着国民经济的快速发展,输电线路逐年增加,为清洁电能的输送提供了保障。但采用传统“阻塞型”防雷措施防雷效果不佳,输电线路的防雷问题尚未从根本上得到治理。本文在现有并联间隙研究理论基础上提出一种新型灭弧装置,该装置通过喷射高速高压气流,可有效切断防雷间隙工频续流,并且杜绝电弧重燃。本文首先研究了电弧的电位梯度、温度、伏安特性、直径、等离子流等物理特性,并分析了在气流作用下各物理特性的变化规律。其次通过建立描述电弧等离子体的方程,利用电弧磁流体模型分析爆轰级高速高压气流与电弧等离子体的相互作用结果,建立电弧模型,对高速高压气流与电弧等离子体的作用过程进行分析。再次利用COMSOL仿真软件,仿真模拟高速高压气流与电弧的复杂耦合过程,并最终得出发展过程中不同时刻反应环境中的温度云图,了解了靠近喷射口温度下降较快,远离喷射口温度下降较慢,但最终温度均会低于3000K。最后为了检验装置的冲击强度是否符合国家标准的规定进行了雷电冲击放电试验,为了检验装置的有效性进行了工频电流灭弧试验,验证了电弧在高速高压气流作用下能够迅速降低温度,最终在4.2ms熄灭。通过500k V电压等级下的脉冲气流灭弧装置的绝缘配合试验,得出了脉冲气流灭弧装置与绝缘子的绝缘配合比在1:0.9时,能够确保电弧沿预先设定的灭弧通道发生闪络,并且脉冲气流灭弧装置能够正常动作。从实际运行情况来看,装置能够降低线路雷击跳闸次数,对线路的安全稳定运行具有促进作用,值得推广。

关键词： 500kV输电线路雷击脉冲气流灭弧绝缘配合

基于MHD的35kV自脱离防雷装置灭弧特性研究

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基于MHD的35kV自脱离防雷装置灭弧特性研究

作者：李彦丞华南理工大学

学位级别：硕士

雷电是造成多雷区架空输电线路跳闸故障最主要的因素之一,架设避雷线、降低接地电阻、安装线路避雷器等措施广泛应用于输电线路中,一定程度上降低了雷电损害,但在实际工程中仍存在工程造价高、难以全面实施等问题。一种具有低成本、易... 详细信息

雷电是造成多雷区架空输电线路跳闸故障最主要的因素之一,架设避雷线、降低接地电阻、安装线路避雷器等措施广泛应用于输电线路中,一定程度上降低了雷电损害,但在实际工程中仍存在工程造价高、难以全面实施等问题。一种具有低成本、易安装优势的气吹式防雷装置——自脱离防雷装置应运而生。然而,因对该装置灭弧机理及灭弧能力验证等方面研究匮乏,该装置尚未得到推广应用。本文从理论分析、仿真模拟以及实验研究三个方面对新型35k V自脱离防雷装置灭弧特性开展研究,主要研究内容如下:(1)对自脱离防雷装置灭弧过程中的物理与化学过程进行分析解耦,对装置灭弧过程进行简化。考虑灭弧管及外部空间并耦合电磁场、传热场及流动场三种物理场,建立装置灭弧过程二维磁流体动力学(MHD)模型。(2)开展了装置设计参数对自脱离防雷装置灭弧特性影响的仿真研究,对不同气流速度下装置灭弧过程进行仿真,确定临界灭弧气流速度峰值为243m/s,通过分析灭弧过程中电弧物理参数演变规律,探究装置灭弧机理与灭弧失败原因。并对装置几何结构参数对装置灭弧特性的影响进行研究。(3)结合仿真计算和大电流灭弧实验研究工频电流参数对自脱离防雷装置灭弧特性的影响,结果表明,装置能够在10ms内熄灭电流幅值低于5k A的工频电流。通过对比实验与仿真结果,验证了模型的准确性。研究结果可为气吹式防雷装置灭弧能力优化与推广使用提供理论依据。

关键词：输电线路防雷装置灭弧雷电磁流体动力学

脉冲气流灭弧装置在500kV串补上的机制研究

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脉冲气流灭弧装置在500kV串补上的机制研究

作者：黄金领广西大学

学位级别：硕士

500kV串联电容补偿技术可以提高输电线路的输送容量,提高电网的稳定性,但是在运行过程中,也出现MOV压力释放、爆炸以及保护间隙误触发问题,造成串补设备的停运。目前采取的提高MOV工艺、加强保护间隙维护等措施还有较大的局限性,未能从... 详细信息

500kV串联电容补偿技术可以提高输电线路的输送容量,提高电网的稳定性,但是在运行过程中,也出现MOV压力释放、爆炸以及保护间隙误触发问题,造成串补设备的停运。目前采取的提高MOV工艺、加强保护间隙维护等措施还有较大的局限性,未能从根本上解决串补MOV爆炸、间隙误触发这些行业性难题。为创新性探索串补MOV爆炸、间隙误触发的解决方案,提高串补运行的可靠性,本文首先研究了串联补偿装置、MOV、保护间隙的原理以及目前存在的问题及其控制措施,其次对保护间隙空气击穿形成电弧的机理进行研究,再次对高速高压脉冲气流熄灭电弧的原理进行研究,并根据原理建立数学模型,利用COMSOL软件进行仿真模拟,然后对脉冲气流灭弧装置进行工频大电流、500kV超高压灭弧试验,最后对220kV线路上试用的脉冲灭弧装置进行总结分析。研究表明串补保护间隙击穿形成的电弧与常规电弧特性一致,但短路电流更大、持续时间更长。仿真模拟结果表明接近喷射口的电弧受喷射气流影响最大,远离离喷射口的电弧受到的影响小,但最终都低于3000K,所需时间仅为2.24ms,灭弧速度非常快。工频大电流、500kV超高压试验试验表明,在大电流、超高压条件下情况下,脉冲灭弧装置能够正确动作,很好的扩散电弧热量,中和电弧带电粒子,在短时间内熄灭电弧。在实际的220kV线路上试用表明,脉冲灭弧装置能够在继电保护动作前熄灭雷电击穿空气间隙产生的续流工频短路电弧,未发生线路跳闸。采用带脉冲气流灭弧功能的间隙,即脉冲气流灭弧装置能够熄灭串补保护间隙误触发、自触发时的电弧,防止串补旁路,而且相对于线路上并联绝缘子串的使用方式,不需要进行绝缘配合,使用更加方便。

关键词： 500kV串联补偿 MOV 保护间隙脉冲气流灭弧机制

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基于长间隙电弧分析的灭弧防雷间隙研究

基于长间隙电弧分析的灭弧防雷间隙研究

作者：周勇军广西大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：架空输电线路防雷并联间隙电弧数学模型灭弧

多断口自灭弧装置在风电场集电线路的应用研究

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多断口自灭弧装置在风电场集电线路的应用研究

作者：王国锋广西大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：风电场集电线路多断口结构自膨胀气流灭弧

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CF4气体灭弧性能的研究

CF4气体灭弧性能的研究

作者：黄亦斌上海交通大学

学位级别：硕士

随着电力技术的发展,SF6电气设备得到了广泛的应用,除了SF6断路器,GIS(gas insulated switchgear)封闭组合电器外,现在又出现了SF6绝缘的变压器、电压互感器、电源互感器及各类高压套管等。这些设备多多少少都使用了不同浓度要求的SF6... 详细信息

随着电力技术的发展,SF6电气设备得到了广泛的应用,除了SF6断路器,GIS(gas insulated switchgear)封闭组合电器外,现在又出现了SF6绝缘的变压器、电压互感器、电源互感器及各类高压套管等。这些设备多多少少都使用了不同浓度要求的SF6气体。本文首先介绍了SF6的优缺点,优点是SF6具有很强的电负性,有优异的灭弧性能和绝缘强度,热传导性能好,容易复合以及不会分解出碳粒子。缺点是在高寒地区,SF6气体容易液化,而且SF6是一种温室效应值很高的气体,对环境影响很大。寻找SF6替代气体已是必然的趋势。其次,本文介绍了现今全球普遍关注的SF6替代气体c-C4F8及CF4的物理化学特性,它们都是很强的电负性气体,也具有很强的绝缘性能。同时它们还具备SF6气体所不及的低温室效应值,且不易液化。但是有关他们的灭弧性能的研究少之又少。本文选择研究CF4气体的灭弧性能。为此,本文引入了电弧理论,以及经典的电弧动态模型麦也尔方程(Mayr’s equation)。它是用来描绘电弧电导、电压、电流之间关系的一个方程。并指出了方程的两个重要参数:电弧时间常数(θ)及电弧散能系数( N )。在不同气体中,这两个参数也各不相同。它们是用来表征气体灭弧性能的重要指标。本文给出了它们的具体计算方法。随后,本文较详细地进行了灭弧试验装置的各项参数计算,包括平均分闸速度、喷嘴,触头开距等,并以此自行研制了一套灭弧试验装置。最后,在二阶振荡电路中对CF4气体进行灭弧试验,计算得出它的θ及N。并与以同样方法测得的SF6气体的θ及N进行分析比较。最后得出CF4气体的灭弧能力近似为SF6气体的1/2这样一个结论。

关键词：灭弧六氟化硫四氟化碳

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500kV断路器灭弧室电寿命评估技术研究

湖北电力 2021年第5期45卷 13-19页

作者：李东尹启南方电网超高压输电公司曲靖局云南曲靖655000

如果断路器开展投切操作的过程,出现电弧烧蚀的情况,由于电弧的影响,使得断路器的触头表面出现一定程度的损坏,造成变形、毛刺以及材料蒸发的现象。如果产生的电弧温度持续提高,那么对断路器的触头表面材料影响将加剧。为了有效降低电... 详细信息

如果断路器开展投切操作的过程,出现电弧烧蚀的情况,由于电弧的影响,使得断路器的触头表面出现一定程度的损坏,造成变形、毛刺以及材料蒸发的现象。如果产生的电弧温度持续提高,那么对断路器的触头表面材料影响将加剧。为了有效降低电弧烧蚀的影响,断路器实际运行过程中,增加了灭弧室的功能,然而影响断路器灭弧室的电寿命主要有两个方面:弧触头和喷口。根据这两个方面的工作状态,提出了相应的试验检测技术和评估方法。通过大量的实验发现,当断路器开断电流不断累积的情况下,断路器的弧触头之间有效接触位移不断降低,形成的平均接触电阻逐渐提高,并且,断路器的有效接触位移随着累积开断能量的升高而呈指数降低的现象。

关键词：断路器电弧烧蚀触头电寿命接触电阻灭弧