爆炸气流强压下灭弧防雷间隙截断电弧自熄机理与试验研究

摘要

随着我国电力网架的不断铺设和特高压线路的高速发展，架空线路的防雷方式变得更加重要。在我国雷电活动遍及各个省市，由雷击闪络造成的绝缘子损坏、线路断线和停电事故是非常普遍的，在线路跳闸事故中占据较大的比重。针对“堵塞型”防雷方式的效果不佳问题，提出了“疏导型”和爆炸气流气吹电弧相结合的防雷方法。
　　本文从交流电弧的伏安特性、弧柱电位梯度、温度和电弧直径等参数特性出发，研究电弧发展的参数变化。建立电弧自熄的离子模型，从微观角度分析爆炸气流对电弧的破坏作用，进一步分析爆炸气流对介质恢复强度的影响。根据链式电弧模型对交流电弧进行受力分析，通过爆炸气流强压下气体压力计算推导出电弧运动特性与爆炸气流压力的关系，并结合电弧自熄时间的仿真流程得出电弧的自熄时间。其次，建立交流电弧三维MHD模型、爆炸区域质点电弧数学模型和爆炸气流强压下气体的能量变化模型，利用ANSYS14.0有限元软件对爆炸气流和交流电弧进行耦合，对爆炸气流截断电弧过程和气流压力分布进行仿真，模拟爆炸气流动作后电弧自熄的动态过程。最后，搭建试验平台进行爆炸气流强压下截断电弧的自熄试验，在有效绝缘配合下对多次试验数据进行数理统计得到电弧的自熄时间，并得出爆炸气流速度与电弧自熄时间的关系。进一步分析灭弧防雷间隙的实际挂网运行情况，在雷击频度高的线路上运行效果良好，一致说明雷击时爆炸气流强压下交流电弧能够自熄。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 国内外输电线路现有的防雷举措

1．2．1 我国输电线路防雷的传统举措

1．2．2 国内外输电线路“疏导型”防雷方式发展

1．3 本文的主要研究内容

第二章 交流电弧的参数特性及能量动态变化

2．1 交流电弧的伏安特性

2．2 交流电弧的电位梯度

2．3 交流电弧的温度

2．4 交流电弧的直径

2．5 交流电弧能量动态变化分析

2．5．1 爆炸气流强压下截断电弧的能量平衡

2．5．2 电弧弧柱的辐射散热

2．5．3 电弧弧柱的传导散热

2．5．4 电弧弧柱的对流散热

2．6 本章小结

第三章 交流电弧的自熄及介质恢复特性

3．1 交流电弧自熄的离子模型

3．2 交流电弧介质恢复强度与电压恢复强度

3．2．1 交流电弧电流过零后介质恢复特性

3．2．2 交流电弧电流过零后电压恢复特性

3．2．3 电压恢复特性与介质恢复特性之间的竞争

3．3 交流电弧自熄判据

3．3．1 电压判据

3．3．2 弧长判据

3．3．3 温度判据

3．4 本章小结

第四章 爆炸气流强压下电弧运动速度分析及自熄时间仿真

4．1 链式电弧模型下电弧元

4．2 爆炸气流强压下气体压力计算

4．2．1 爆炸激活前灭弧筒内压力计算

4．2．2 爆炸激活后灭弧筒内压力计算

4．3 交流电弧电流元受力分析

4．3．1 交流电弧元电磁力计算

4．3．2 交流电弧元运动速度计算

4．3．3 交流电弧元弧长计算

4．4 爆炸气流强压下电弧自熄时间数值仿真

4．5 本章小结

第五章 爆炸气流与交流电弧相互耦合模型及仿真分析

5．1 仿真软件简述

5．2 爆炸气流强压下交流电弧数学模型

5．2．1 交流电弧动态MHD模型

5．2．2 爆炸区域质点电弧数学模型

5．2．3 爆炸气流强压下气体的能量变化模型

5．3 爆炸气流强压与交流电弧等离子体耦合仿真分析

5．3．1 爆炸气流与交流电弧耦合时压力场仿真

5．3．2 爆炸气流强压破坏暂态电弧的耦合仿真

5．4 本章小结

第六章 爆炸气流强压下电弧的熄灭试验

6．1 灭弧防雷间隙激活时间试验

6．1．1 灭弧防雷间隙激活时间试验回路

6．1．2 灭弧防雷间隙激活时间结果分析

6．2 爆炸气流强压下绝缘配合试验

6．2．1 雷电冲击放电试验

6．2．2 伏秒特性试验

6．3 爆炸气流强压截断电弧自熄试验及分析

6．3．1 爆炸气流强压下电弧自熄试验

6．3．2 爆炸气流强压下电弧自熄时间分析

6．4 实际挂网运行

6．5 本章小结

第七章 结论和展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文