约束空间的纵向强气流灭弧防雷间隙研究

摘要

本文以具有主动灭弧功能的架空输电线路并联防雷保护间隙为研究对象，结合计算流体力学和有限元分析方法等相关学科的理论，对约束空间纵向强气流条件下防雷间隙电弧的特性进行了仿真与分析，研究约束空间的纵向气流对间隙电弧熄灭作用的影响。
　　 本文分析了并联防雷保护间隙交流电弧燃炽时的能量平衡以及传导、对流、辐射的功率散失方式，交流电弧熄灭的条件和影响电弧熄灭的相关因素。研究约束空间的纵向气流灭弧室内的气流场特性，利用ANSYS大型有限元分析软件求解灭弧室内的气流场控制方程，模拟仿真了不同入口压力条件下的灭弧室内的流场状态，获取了灭弧室内气流场的压力分布等值图和速度分布矢量图。利用ANSYS的耦合场分析功能，模拟仿真纵向气流作用下灭弧室内电弧等离子体流的状态，获取电弧等离子体流的温度场及速度场的变化情况，研究纵向气流作用下间隙电弧内部复杂的过程。从模拟仿真的结果可以看出间隙电弧在纵向强气流的作用下能在首次过零点附近迅速熄灭。综合建立在能量平衡基础上的Cassie和Mayr电弧黑盒模型，构造了新的电弧组合模型，该模型适用于采用节点分析方法求解方程组的电弧负载电路的暂态仿真。利用电磁暂态分析软件PSCAD/EMTDC进行参数化建模，对准稳态电弧的进行仿真，并与高压试验获得的电弧参数进行对比，验证该模型的适用性和有效性。利用该模型对强气流中断间隙电弧的过程进行仿真。