喷射气流防雷保护间隙灭弧特性及应用研究

摘要

本课题研究了开放空间下工频续流电弧的特性和电弧的黑盒模型，从电弧熄灭的基本判据入手，分析了强气流作用下空气间隙电弧的熄灭机理，并分析电弧受到强喷射气流作用后形态的变化过程。试验中使用高速摄像机来观测间隙电弧形态在起弧到灭弧全过程的微观变化过程，使用示波器来展示间隙电弧的电压电流波形，由此来分析喷射气流对防雷间隙电弧的熄灭效果。从间隙真实的灭弧试验还有理论仿真证明:在开放空间中，高速强压气流能充分作用于灭弧防雷间隙流过的工频续流电弧致其熄灭。
　　 本文研制了安装于架空送电输电线路上的喷射气流灭弧防雷间隙装置以解决架空输电线路的雷击问题。该装置能够有效地保护绝缘子串，能令绝缘子串在输电线路遭受雷击或过电压时免受工频电弧的灼烧。该喷射气流灭弧防雷间隙雷击闪络建弧后，能快速喷射高速气流切断随之而起的续流电弧，而且能限制绝缘子串外部过电压，使开关设备不用频繁跳闸，增长了相关设备的使用寿命。
　　 在实际架空线路安装喷射气流灭弧防雷间隙装置的运行效果显示，在安装喷射气流灭弧防雷间隙装置以后，输配电线路的雷击事故率和雷击跳闸率都大幅度下降。而且该装置结构简单，安装运行维护方便，适合在各种电压等级的输配电系统推广使用。

目录

声明

摘要

主要符号对照表

第一章 绪论

1．1 本课题研究的目的及意义

1．2 架空输电线路现有防雷措施评价

1．2．1 架设避雷线

1．2．2 降低杆塔接地电阻

1．2．3 加强绝缘

1．2．4 安装线路型避雷器

1．2．5 采用不平衡绝缘

1．2．6 安装消雷器

1．2．7 装设自动重合闸

1．2．8 防雷保护间隙与常规防雷方法的对比

1．3 国内外防雷间隙研究现状

1．4 输电线路防雷存在的问题

1．5 本文的主要工作

第二章 间隙电弧放电特性分析

2．1 引言

2．2 防雷间隙电弧中带电质点的产生

2．2．1 间隙电弧中气体的热电离(游离)

2．2．2 间隙电弧中气体的碰撞电离

2．3 防雷间隙电弧中离子的减少

2．3．1 电弧中等离子体流入电极情况

2．3．2 电弧中离子扩散

2．3．3 电弧中带电质点复合

2．4 小结

第三章 喷射气流防雷间隙电弧数值分析基础

3．1 引言

3．2 熄弧防雷间隙电弧构成

3．3 喷射气流条件下间隙电弧物理特性分析

3．3．1 在高速气流作用下的电弧特性

3．3．2 间隙的稳态弧柱电位梯度

3．3．3 间隙电弧弧柱的温度

3．3．4 间隙电弧的直径

3．4 喷射气流条件下间隙电弧能量变化过程分析

3．4．1 喷射气流条件下间隙电弧的能量平衡

3．4．2 喷射气流条件下电弧的传导散热

3．4．3 喷射气流条件下间隙电弧的辐射散热

3．4．4 喷射气流条件下间隙电弧的对流散热

3．5 喷射气流条件下间隙电弧数学模型

3．5．1 喷射气流条件下间隙的黑盒电弧模型

3．5．2 Cassie电弧模型

3．5．3 Mayr电弧模型

3．6 小结

第四章 喷射气流条件下间隙电弧的熄灭机理

4．1 引言

4．2 灭弧防雷间隙电弧电流过零分析

4．2．1 间隙电弧电流过零时机

4．2．2 间隙电弧电流零休的现象

4．3 间隙电弧的熄灭和重燃

4．3．1 间隙电压恢复过程与介质强度恢复过程

4．3．2 介质强度恢复理论

4．3．3 能量平衡理论

4．3．4 介质强度恢复理论和能量平衡理论的关系

4．4 喷射气流条件下间隙电弧的熄灭原理

4．5 小结

第五章 喷射气流灭弧防雷间隙装置试验

5．1 引言

5．2 喷射气流灭弧防雷间隙装置的总体结构及工作原理

5．2．1 喷射气流灭弧防雷间隙装置组成

5．2．2 喷射气流灭弧防雷间隙装置的工作原理

5．3 高速气流作用条件下链式电弧模型

5．3．1 链式电弧模型

5．3．2 单一电流元的受力分析

5．3．3 电弧整体形态变化分析

5．4 喷射气流灭弧防雷间隙的试验

5．4．1 喷射气流灭弧防雷间隙的灭弧试验

5．4．2 灭弧间隙的特性

5．4．3 喷射气流灭弧的效果分析

5．5 小结

第六章 喷射气流灭弧防雷间隙装置应用

6．1 引言

6．2 网区基本情况

6．3 输电线路雷击跳闸情况统计分析

6．4 喷射气流灭弧防雷间隙装置应用以及效果分析

6．5 小结

第七章 结论

展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文和研究成果