爆炸冲击波作用下约束电弧熄灭特性研究与应用

摘要

我国南方部分多雷地区输电线路雷击故障严重，且常规防雷措施存在一定的局限性，采用基于“疏导型”的防雷理念和快速灭弧装置相结合的灭弧防雷间隙可以疏导雷电流的同时降低雷击跳闸率和事故率。随着电力系统电压等级的提高，容量的增大，对灭弧装置开断雷击后的工频续流电弧的能力和时间特性提出了更高的要求，因此，大容量的快速灭弧装置的研发势在必行。
　　 本文主要对基于爆炸冲击波作用的约束空间内电弧等离子体方法的快速灭弧装置的电弧熄灭特性进行研究。通过对高速气流作用下和电弧等离子体在自身能量下的喷射运动引起的不稳定性及动态特性进行分析，以对快速灭弧装置的研究奠定理论基础。建立约束空间内电弧等离子体和爆炸冲击波的数学模型，采用显式有限元非线性动力学软件对爆炸冲击波作用下电弧等离子体的变形、破坏以及电弧运动的压力、速度进行仿真分析，并对不同爆炸中心距离和炸药量对电弧等离子体动态特性的影响进行了分析；通过进行快速灭弧装置的小电流灭弧实验，并根据实验数据及文献资料确定黑盒电弧模型的参数，在电磁暂态软件中建立快速灭弧装置的模型，对其大电流开断性能进行评估，对其在实际的工程应用提供依据。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.21 国内外在雷击后引起的工频续流熄灭方面的研究现状

1.22 国内外在约束空间爆炸冲击波与电弧作用方面的研究现状

1.3 论文的主要研究内容

第二章 高速气流和内部压力对电弧等离子体的动态特性的影响

2.1 气流作用下约束空间内电弧等离子体的运动

2.2 气流作用下等离子体的不稳定性

2.2.1 流体动力学不稳定性

2.2.2 热不稳定性

2.2.3 电磁不稳定性

2.3 约束空间内电弧等离子自身能量引起的运动

2.31 不同电极材料造成压力上升

2.32 约束空间内壁材料造成的压力上升

2.4 小结

第三章 约束空间内爆炸冲击波及电弧等离子体的数学模型

3.1 空气电弧的三维磁流体动力学模型

3.2 爆炸冲击波的数值模拟

3.21 凝聚态炸药的状态方程

3.22 空气的状态方程

3.23 爆炸反应模型

3.24 爆炸冲击波与爆轰波

3.3 小结

第四章 爆炸冲击波气流作用下约束电弧熄灭的仿真分析

4.1 非线性显式动力学软件和分析方法

4.2 求解问题模型的建立

4.21 求解问题的概述

4.22 材料的选择与网格划分

4.23 求解器的选择

4.3 仿真分析结果

4.31 爆炸冲击波作用下电弧等离子体的变形

4.32 爆炸冲击波作用下电弧等离子体的压力特性分析

4.33 爆炸冲击波作用下电弧等离子体的速度场分析

4.4 对主要因素对仿真结果的分析

4.41 爆炸中心距离的影响

4.42 炸药量的影响

4.5 小结

第五章 爆炸冲击波作用于约束电弧的灭弧装置电磁暂态分析

5.1 爆炸冲击波作用下快速灭弧装置灭弧试验

5.11 试验回路

5.12 试验结果

5.2 电弧的电磁暂态典型模型

5.3 暂态电弧模型参数的求取

5.31 电弧的初始电导

5.32 电弧的时间常数

5.33 电弧的耗散功率

5.4 快速灭弧装置开断性能仿真分析

5.41 暂态电弧建模

5.42 仿真实验结果分析

5.5 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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