配网线路多断点气吹灭弧装置防雷保护的研究

摘要

架空输电线路暴露在复杂多变的自然环境中，受到许多不可控因素的影响，其中雷击灾害是引起线路跳闸的主要因素。我国的配网线路蜿蜒曲折，分布广泛，绝缘水平低，更易遭受雷害的侵袭。伴随城镇化的加快，生活水平的不断提高，配网线路在用户侧的重要性越来越突出。但现有防雷理念和技术都有缺陷和不足，无法从根本上解决雷击灾害。为此本文研制了能有效防治雷害的多断点气吹灭弧装置。
　　本文首先介绍了电弧的物理性质，包括电弧的电压特性、伏安特性，电弧的温度和半径，分析描述了它们之间的变化关系;此外从电与磁的角度阐述了电弧的自磁压缩特性，为多断点灭弧防雷装置的理论分析提供佐证;电弧的能量消散主要以传导和对流的方式，增强电弧周围气体介质的速度，有利于加快电弧的熄灭。通过分析研究现有的电弧模型，利用MATLAB仿真后的Mayr电弧模型得出在没有强迫灭弧的条件下，电弧自然过零点时可以在11.3ms左右熄灭;电弧进入灭弧通道后受到通道壁、自磁和膨胀气流的三重压缩，使得电弧能量集中于通道的轴心，在中心产生高速气流，对电弧形成强烈的纵吹。结合通道模型和纵吹模型，本文提出了由质量守恒、动量守恒、能量守恒以及绝热方程、电磁方程组成的基于等离子体的发展电弧模型，此模型能更全面的表现气流与电弧的耦合过程。
　　仿真分析得出气流作用于电弧，将其截断时间在0.1～0.12ms内;冲击电弧自身能量能快速转换为气流的动能，此时冲击气流能量远大于电弧持续放电所需的能量。冲击气流熄灭电弧后，在灭弧通道内的压力很低，接近真空状态，因此电弧重燃被深度抑制。灭弧试验证明了防雷装置的有效性，试验中可看到高速气流与电弧的作用强烈。正常情况下装置不会影响线路的运行，在线路遭受雷击时，装置可保护绝缘子串。灭弧试验的数据显示灭弧装置的响应速度和灭弧速度极快，在冲击能量的衰减期将电弧熄灭，大约在0.2ms内电弧被截断且不重燃。通过试验得出与柱式绝缘子并联的10kV灭弧装置的雷电冲击50％放电电压约为86.85kV。试验数据表明，多断点气吹灭弧防雷装置的伏秒特性曲线符合保护绝缘子的要求，能先于绝缘子串击穿。实际应用也验证了多断点气吹灭弧防雷装置的有效性，值得大力推广。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 传统防雷方法的发展与瓶颈

1．2．2 国内外新型防雷技术的研究

1．3 本文主要研究内容

第二章 多断点气吹灭弧装置

2．1 装置结构

2．2 原理分析

第三章 电弧特性

3．1 电弧的电压特性

3．2 电弧的伏安特性

3．3 电弧的温度

3．4 电弧的半径

3．5 电弧的自磁压缩

3．6 电弧的能量平衡

3．6．1 传导散热

3．6．2 对流散热

3．7 小结

4．1 Mayr电弧模型

4．2 弧柱通道模型

4．3 纵吹电弧模型

4．4 基于等离子体的发展电弧模型

4．4．1 雷电弧和工频电弧的发展过程

4．4．2 基于等离子体的发展电弧模型

4．4．3 边界条件

4．5 小结

第五章 基于等离子体的发展电弧模型仿真与分析

5．1 ANSYS AUTODYN软件介绍

5．2 灭弧通道仿真集合建模

5．3 仿真结果分析

5．4 结论

第六章 多断点灭弧防雷装置的试验研究

6．1 灭弧试验

6．2 雷电冲击放电特性试验

6．3 实际应用

6．4 本章小结

第七章 结论和展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文