基于“阴极射流”的压缩灭弧防雷装置的防雷效果研究

发布时间：2020-10-18 15:05

　　 雷电是电网第一杀手,严重影响电网的供电可靠性,其防护是世界级难题。因此加强输电线路的防雷保护是减少电网雷害事故、提高输电线路供电可靠性的关键。为了突破“阻塞型”防雷的瓶颈,近年来“疏导型”防雷取得了长足的发展。但是“疏导型”防雷的灭弧难题始终未能解决。另一方面,弧压缩原理与“阴极射流”现象虽很早就被研究,但用于防雷灭弧领域的可行性尚需论证。为了解决“疏导型”防雷的灭弧难题,本文将弧压缩原理与“阴极射流”现象应用于灭弧防雷领域,研究出一种压缩灭弧防雷方法,发明了一种压缩灭弧防雷装置。本文通过理论分析、仿真模拟与试验验证相结合的方法验证了压缩灭弧防雷装置的防雷效果。具体研究内容如下:(1)理论分析:建立一维壁稳弧的弧柱通道模型,定量分析弧压缩原理与“阴极射流”现象,得出压缩管对电弧具有机械-自磁-机械的压缩机制,以及此压缩机制下电弧机理变化:弧柱直径极度缩小,温度、通流密度显著提高;电弧轴向压力以平方倍的关系转化为径向压力,且“磁抽吸”使得冷气分子在压缩管内富集。前者是触发膨胀灭弧气流的能量来源,后者是产生膨胀灭弧气流的物质基础。分析了电弧—气壁系统的传热过程,传热使得气体压强极度增加,灭弧能力强劲。建立链式电弧模型,量化膨胀气流作用下电弧的受力分析与运动速度,以此来比对熄弧判据。(2)利用FLUENT有限元分析软件仿真表明,灭弧气流依电弧而存在具有跟随性,0.2 ms时电弧即出现断口,但因气流物理惯性,其衰减速度远小于电弧温度的下降,“尾气”足以抑制电弧重燃。(3)大电流电弧灭弧试验表明,装置响应速度快灭弧气流力量强,使得电弧在0.3ms时出现多处断口,1.5ms时彻底熄灭,且并无电弧重燃现象。装置可有效熄灭几千安的大电流电弧。冲击雷电压试验,发现了并解决了装置的绝缘缺陷。并在此试验下发现装置对只有几十安的小电弧电流仍具有灭弧能力。对比大、小灭弧试验,可得:压缩灭弧防雷装置在几十安到几千安的电弧电流区间内具有“遇强则强”的自适应灭弧能力。理论分析、仿真过程、试验结果相互支撑、互为论据共同证明了压缩灭弧防雷装置解决“疏导型”防雷灭弧难题的有效性,并证明了弧压缩原理与“阴极射流”现象应用于防雷灭弧领域的可行性,实际挂网运行情况佐证了理论、仿真、试验的真实性。
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM863
【部分图文】：

Ｆｉｇ．?１－２?Ａｒｃ?ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ?ｐａｒａｌｌｅｌ?ｇａｐ?ｉｎｖｅｎｔｅｄ?ｂｙ?Ｊａｐａｎ??为了解决上文所述“疏导型”防雷的两个缺陷，日本和俄罗斯的科学家取得了突破。??日本的Ｔａｋａｓｈｉ?Ｃｈｉｎｏ等人研发了一种具有灭弧功能的并联间隙装置＿Ｐｉ］。如图１－２所??２所示，装置的灭弧管道设置在并联间隙接地电极的末端，其管道壁选择的材料是有机??高分子材料聚氯乙烯。其装置的特别之处在于管道壁内部附有引导电弧进入的内电极，??内电极嵌在内径很小（仅越６＿）的圆柱形灭弧管道［３２］。当装置所在的间隙被雷电流??击穿后，后续工频电弧进入圆柱形灭弧管道，高温触发其内壁产生高速灭弧气流，细且??长的圆柱形灭弧管道有利于约束气流方向形成有效的灭弧作用力，从而切断工频电弧。??此后，Ｔａｋａｓｈｉ?Ｃｈｉｎｏ等人又对装置进行了优化升级，形成一种上、下两个电极均有灭??弧管道的双装置对吹形式。这种改进可以从上、下两个方向对同一电弧进行高速气流吹??拉冷却，因此灭弧能力成倍提高，装置灭弧工作区间有所拓宽，但灭弧能力仍然有限，??面对电流较大、稳定燃烧短路电弧依然无能为力［３３］。??４??

＇灭弧室并??联间隙”的灭弧防雷装置［３４］［３５］，此装置的新颖独到之处在于空间结构的分布。如图１－３??－３所示，装置由多个灭弧室串接而成。装置或如１－３左图，围绕绝缘子伞群外围程螺旋??上升结构，两片绝缘子之间有电极相连；或如１－３右图，多个灭弧室相互串接形成拱形，??直接跨接于上下电极。这种程螺旋形或拱形的特殊空间设计，可以有效拉长细化电弧，??加速电弧的能量散失速度，为灭弧室内的熄弧过程提供了便利。??＼?＼?＼?＼??１２?３?４??／?／?Ｉ?／?卜、??４??Ｉ?｜?Ｉ?｜?｜?｜?１?Ｉ?Ｉ?１?Ｉ??１?２??图１－４?ＭＣＩＡ的剖面图??Ｆｉｇ．?１－４?Ｔｈｅ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｏｆ?ＭＣＩＡ??５??

图１－３俄罗斯研究的多种ＭＣＩＡ??Ｆｉｇ．?１－３?Ａ?ｖａｒｉｅｔｙ?ｏｆ?ＭＣＩ?Ａ?ｓｔｕｄｉｅｄ?ｂｙ?Ｒｕｓｓｉａ??ｏｒｇｉｊ?Ｖ．?Ｐｏｄｐｏｒｋｉｎ等为代表的俄罗斯科学家发明了一种被称之为“灭弧防雷装置［３４］［３５］，此装置的新颖独到之处在于空间结构的分布。置由多个灭弧室串接而成。装置或如１－３左图，围绕绝缘子伞群两片绝缘子之间有电极相连；或如１－３右图，多个灭弧室相互串接上下电极。这种程螺旋形或拱形的特殊空间设计，可以有效拉长能量散失速度，为灭弧室内的熄弧过程提供了便利。??
【参考文献】

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1 王晓霞;何建萍;林杨胜蓝;吉永丰;;等离子弧焊接电弧的温度场和流场研究现状[J];轻工机械;2015年05期

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4 王巨丰;刘津濂;刘其良;吴国强;郭伟;;基于抑制建弧率的新型喷射气流灭弧防雷间隙机理研究[J];高电压技术;2014年09期

5 王巨丰;刘津濂;郭伟;吴国强;刘其良;;绝缘子串并联保护间隙的爆轰气流灭弧方法[J];电网技术;2014年05期

6 王巨丰;闫仁宝;李世民;吴焰龙;;灭弧防雷装置对电弧发展抑制的研究[J];电网技术;2013年06期

7 顾铁利;刘树清;赵国良;王钰;高丰;孙红华;;220kV绝缘子并联间隙的防雷保护研究和实际应用[J];高压电器;2012年12期

8 李建标;杨庆;司马文霞;袁涛;;考虑非标准雷电波的输电线路绕击跳闸率评估方法[J];高电压技术;2012年10期

9 詹铭;刘捷;曹宁;谭卫成;王洪新;;高压架空输电线路防雷措施与应用[J];广东电力;2012年04期

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3 曲振旭;爆炸冲击波作用下约束电弧熄灭特性研究与应用[D];广西大学;2012年

4 吴燕燕;室内燃气爆炸作用下钢框架结构动力响应与连续倒塌分析[D];东北林业大学;2012年

5 刘小伟;同轴等离子体发生器电弧运动轨迹的数值分析和计算[D];浙江大学;2012年

本文编号：2846458