多重短间隙灭弧装置及其工频续流遮断能力测试

基于灭弧栅熄灭大功率电弧的原理,采用多重串联短间隙灭弧方式设计了用于配网线路防雷的多重短间隙灭弧装置。根据IEC 60060-1—2010中关于续流遮断试验的要求,针对该灭弧装置的熄弧原理制订了工频续流遮断能力测试的试验方法,并设计与搭建了10 kV冲击回路与工频续流回路相结合的联合试验平台,利用该试验平台对多重串联短间隙灭弧装置的工频续流遮断能力进行了测试。试验结果表明,该灭弧装置在遭遇冲击电压击穿后能在续流过零点时刻切断工频电流,且其后不会随着工频电压的恢复再次发生击穿。     

多断口自膨胀气流灭弧防雷间隙的灭弧机理

为了提高中低压配网线路的防雷性能,降低雷击跳闸率,利用"气吹灭弧"方法,研究了一种对工频电弧有强烈抑制作用的自膨胀气流灭弧防雷间隙装置。该间隙能够精准定位雷电放电路径,迫使电弧弧柱形成分段,同时产生自膨胀高压高速气流强烈抑制工频续流电弧的暂态发展过程,并最终熄灭电弧。研究了自膨胀气流的形成与灭弧原理,建立了自膨胀气流耦合工频续流电弧数学模型,运用了流体力学软件FLUENT对自膨胀气流灭弧过程进行仿真分析。进行了灭弧间隙装置熄灭电弧试验,并借助高速摄像机捕捉装置的灭弧详细过程,分析了装置在10 kV配电网线路的实际运行效果。结果表明:自膨胀灭弧气流作用在工频电弧暂态发展的早期阶段,深度抑制其发展过程,促使电弧拉长、变形、冷却、截断,并在4 ms内完全熄灭电弧并抑制重燃;防雷间隙能够大幅度降低雷击跳闸率,保护电网运行安全。     

110kV复合型放电间隙避雷器的电气性能

为降低110kV架空输电线路雷击跳闸率,基于多短间隙过零熄弧后不重燃的机理,提出一种由多短间隙结构和单个大间隙相串联而成的复合型放电间隙避雷器。该避雷器允许多短间隙被击穿建立电弧通道,在间隙中产生的高气压作用下,电弧被推出短间隙。在工频续流自然过零熄弧后,由于分布到单个短间隙上的最大电压不足以重新燃弧,以确保电弧不发生重燃。该文首先通过工频续流试验考核多短间隙过零熄弧后不重燃的可靠性;进而通过雷电冲击试验、淋雨试验和污秽试验,检验该避雷器的电气性能。试验结果表明复合型放电间隙避雷器具有良好的工频续流遮断能力,且电弧不会发生重燃;具有良好的雷电冲击特性和淋雨特性,适用于重污秽地区。复合型放电间隙避雷器满足110kV输电线路安全运行的要求,并能够在继电保护动作前可靠熄灭电弧使其不发生重燃,可用于110kV输电线路防雷。     

10 kV系统冲击与工频续流联合试验回路设计

为检验10 kV带间隙防雷装置在冲击闪络后熄灭工频续流电弧的能力,设计了一种冲击试验与工频续流试验相结合的试验回路。为了产生较高电压下的高幅值工频续流,采用LC串并联谐振回路产生工频续流,对该回路中各元件的参数进行计算并给出合理数值,最后利用同步控制回路提取冲击信号来导通工频续流回路,实现冲击试验与工频续流试验的同步。计算结果表明,该联合试验回路能在产生1.2/50 μs冲击波的同时产生频率为50 Hz的正弦电流波且电流的振荡能够持续至少100 ms,满足带间隙防雷装置在冲击闪络后,检验工频续流下熄灭电弧能力的要求。     

新型约束空间灭弧防雷间隙研究

喷射气体灭弧防雷间隙能在绝缘子发生雷击闪络造成单相接地故障时快速输导雷电流入地,同时启动高速气流灭弧装置,熄灭故障点工频续流,抑制间歇性电弧产生和过电压。通过雷电冲击试验、工频电弧试验,证明约束空间灭弧间隙能迅速地将工频电弧熄灭,避免工频电弧灼烧绝缘子以及线路断线的风险。新型灭弧防雷间隙具有动作时间短,喷射气流压强高,速度快,间隙间介质强度恢复迅速等特点,能够强效抑制工频电弧,大幅降低线路雷击跳闸率。     

新型约束空问灭弧防雷问隙研究

喷射气体灭弧防雷间隙能在绝缘子发生雷击闪络造成单相接地故障时快速输导雷电流入地,同时启动高速气流灭弧装置,熄灭故障点工频续流,抑制间歇性电弧产生和过电压。通过雷电冲击试验、工频电弧试验,证明约束空间灭弧间隙能迅速地将工频电弧熄灭,避免工频电弧灼烧绝缘子以及线路断线的风险。新型灭弧防雷间隙具有动作时间短,喷射气流压强高,速度快,间隙间介质强度恢复迅速等特点,能够强效抑制工频电弧,大幅降低线路雷击跳闸率。     

可主动快速熄灭工频续流电弧的灭弧防雷间隙装置设计

为改善普通绝缘子串并联间隙以牺牲雷击跳闸率换取低事故率的劣势,研究了一种能够主动快速熄灭工频续流电弧的灭弧防雷间隙。该间隙适用于10～110 kV等级电力系统架空线路。制作了该间隙的样机装置,并在西安高压电器研究所大容量检测试验室进行了工频电流灭弧试验。结果表明,提出的灭弧防雷间隙能在试验回路的继电保护动作之前熄灭幅值为1、5、10 kA的工频续流电弧,且熄灭电弧的时间短于10 ms。间隙附带的气体发生装置响应雷电脉冲到喷射气流的时间约为200μs,分析认为,其快速强力地作用于早期电弧是装置熄灭工频续流电弧的主要原因。     

110kV和220kV架空线路并联间隙防雷保护研究

研制了适用于我国110kV、220kV架空输电线路的并联间隙防雷保护装置,用于减小雷击闪络后工频续流电弧对绝缘子和金具的损坏。对该装置的雷电冲击特性和工频电弧燃弧特性进行了试验研究,计算了绝缘子串的电压、电场分布和线路雷击跳闸率,分析了50%雷击放电电压与间隙距离的关系。在此基础上,优化了装置的设计,给出了电极设计尺寸的系列表格,以便工程技术人员可根据绝缘子片数以及线路跳闸率来选择并联间隙的尺寸。     

高速气流作用下灭弧防雷间隙灭弧效果的研究EI北大核心CSCD

当架空输电线路遭受雷击而发生冲击闪络时,线路上安装的灭弧防雷间隙装置能够有效地保护绝缘子串免受工频电弧的烧蚀,同时能够在雷电冲击电流击穿间隙后深度抑制工频电弧。为了研究其灭弧效果,首先建立了该装置的气流控制方程组,运用ANSYS10.0软件对流体进行了气流场仿真;然后利用高速摄像机拍摄了电弧的发展过程,通过数字示波器记录了电弧电压波形,对灭弧防雷间隙的灭弧效果进行了试验验证;最后进一步探讨了不同故障电弧电流值下灭弧效果和气流速度的关系。仿真结果与试验结果表明:2.3 ms时刻高速气流速度最大且稳定地作用于电弧;试验得出气流熄灭电弧的时间为3.8 ms,一致说明该装置能快速熄灭电弧;气流速度越大,灭弧防雷间隙的灭弧效果就越好。     

高速气流作用下灭弧防雷间隙灭弧效果的研究

当架空输电线路遭受雷击而发生冲击闪络时,线路上安装的灭弧防雷间隙装置能够有效地保护绝缘子串免受工频电弧的烧蚀,同时能够在雷电冲击电流击穿间隙后深度抑制工频电弧。为了研究其灭弧效果,首先建立了该装置的气流控制方程组,运用ANSYS10.0软件对流体进行了气流场仿真;然后利用高速摄像机拍摄了电弧的发展过程,通过数字示波器记录了电弧电压波形,对灭弧防雷间隙的灭弧效果进行了试验验证;最后进一步探讨了不同故障电弧电流值下灭弧效果和气流速度的关系。仿真结果与试验结果表明:2.3 ms时刻高速气流速度最大且稳定地作用于电弧;试验得出气流熄灭电弧的时间为3.8 ms,一致说明该装置能快速熄灭电弧;气流速度越大,灭弧防雷间隙的灭弧效果就越好。     

陕西地区配电线路新型防雷装置研究与应用

针对陕西地区配电线路避雷器防雷效果不理想这一现状,提出一种多腔室雷击闪络限制器。该装置防雷性能优异,采用吹弧原理,熄弧能力强。经过试验,确定其串联级数为26级,电极直径8 mm,电极间隙1 mm,主间隙距离取45 mm时能可靠动作。工频湿耐受电压、50%雷电冲击动作电压、雷电冲击伏秒特性以及工频续流遮断能力均满足标准要求。装置在陕西地区典型线路上运行良好,防雷效果优异。     

灭弧防雷间隙在35kV线路应用效果分析

气吹灭弧防雷间隙装置能够在输电线路过电压闪络时,在冲击电弧击穿间隙后,能迅速主动地阻断工频续流,有效保护绝缘子串免受雷电击穿或工频电弧的灼烧。实验表明,在高速气体的冲击下,间隙电弧能够快速熄灭。在广西合浦县某35 kV配网架空线路试运行2年,证明该装置安全有效,极大地降低了线路雷击故障率。     

10kV带串联间隙防雷装置一体化联合试验装置的研制与试验

为检验10 kV带串联间隙防雷装置工频续流遮断能力及电弧熄灭后在工频电压作用下重燃的可能性,设计了一种冲击试验与工频续流试验相结合的一体化试验装置,介绍了该装置的功能、结构、主要部件的设计参数以及试验方法,并通过试验验证了该试验装置的合理性。通过LC串联谐振回路输出较高电压下的高幅值工频续流,利用同步控制回路提取工频振荡信号来导通冲击信号,实现冲击试验与工频试验的同步。结果表明:该一体化联合试验装置能同时产生频率为50 Hz的振荡电压和波形为1.2/50μs的冲击电压,并能在试品未遭受冲击电压作用时提供系统工频电压,能在试品击穿的同时提供高幅值振荡电流,还能在试品切断续流后提供系统工频电压以检验其重新燃弧的可能性。因此该装置可作为检验带串联间隙防雷装置防雷性能的试验装置。     

配网线路新型灭弧装置熄灭工频电弧的仿真与试验研究

针对配网线路耐雷水平低,容易发生雷击导线断线、断路器跳闸的问题,基于“气吹弧”的思想研制了一种带有主动灭弧功能的多断口灭弧防雷装置。该装置能够控制电弧运动轨迹,利用其特殊的空间多断口结构迫使电弧多点截断,并在断口处产生高速气流抑制工频电弧暂态初始发展阶段,在电弧“萌芽期”就将其熄灭。文中首先对多断口灭弧防雷装置的结构和灭弧原理进行了深入分析;其次利用COMSOL Multiphysics仿真软件对气流产生过程及熄灭电弧的过程进行量化分析;然后根据IEC相关规定搭建了冲击闪络试验与工频续流试验相结合的试验平台,进行了工频续流遮断试验,试验得出装置能在1~2 ms内将幅值为1 kA的续流电弧熄灭;最后根据实际运行数据分析了装置的防雷效果,运行数据显示该装置已经多次成功动作,能够大幅度降低线路的跳闸率和事故率。     

多间隙灭弧结构熄灭工频电弧的仿真与试验

为研究多间隙灭弧结构遭雷电过电压击穿后熄灭工频续流电弧的能力,分析了多间隙灭弧室内的灭弧过程及可能的熄弧方式,并基于Mayr电弧模型理论,针对10 k V电压等级,建立了多间隙灭弧结构击穿后的电弧动态模型,计算了工频续流过零时电弧的熄灭过程,对影响熄弧效果的因素进行了分析;最后利用冲击与工频续流试验相结合的联合试验平台对具有多间隙结构的装置进行了联合试验。仿真与试验结果表明:较小的时间常数以及较高的耗散功率有利于工频续流电弧的熄灭,而多间隙灭弧结构能拉长电弧的特点能同时满足以上两点要求;联合试验时,多间隙灭弧结构能在闪络后的续流阶段快速熄灭电弧,熄弧发生在续流的第一个过零点时刻,熄弧后随着工频电压的恢复,该结构不会发生再次击穿;由于电弧在工频续流阶段存在一定的弧道压降,可保证输电线路不会发生短路性过流保护引发的跳闸事故。     

喷射气体灭弧防雷间隙装置的研制

为解决35kV架空输电线路的雷击问题,借鉴并联间隙防雷保护原理的"疏导型"思想,研制了喷射气体灭弧防雷间隙装置。该装置能够在输电线路遭受雷击或绝缘子串工频闪络时,有效保护绝缘子串免受工频电弧的灼烧,同时在工频电弧击穿间隙后,能够迅速切断工频续流。借助高速摄像机及示波器观测电弧及间隙电压、电流的变化过程,实验结果表明在高速气体的冲击下,间隙电弧能够快速熄灭。计算显示,安装喷射气体灭弧防雷间隙装置以后,能够大幅度降低输电线路的雷击跳闸率。为进一步把该装置运用到110、220kV高压输电线路打下了基础。     

一种降低10～35kV架空线路雷击断线率的方法研究

原有的防止雷击断线事故方法是转移工频电弧,使导线不受电弧直接灼烧。然而,如果工频电弧不熄灭,流过闪络点的短路电流依旧会对导线造成伤害,多次雷击的累积效果会减短导线使用寿命。为此,提出了一种通过快速熄灭工频电弧来保证导线正常使用寿命从而达到降低导线断线率的方法,基于此方法研制出爆炸灭弧防雷间隙装置。通过绝缘配合试验、触发响应时间测试和工频电弧灭弧试验,结果证明该装置既能定位雷电冲击放电路径,又能熄灭雷电击穿后空气保护间隙工频电弧,使空气保护间隙电弧存在时间非常短(仅为3 ms),对导线及绝缘子串的影响甚微,确保绝缘子和导线的正常使用寿命。     

35kV 架空送电线路防雷用并联间隙研究

为解决35 kV架空送电线路的雷击问题,提出采用并联间隙防雷保护方案,分析了其保护原理,设计了35 kV线路防雷用并联间隙的结构尺寸;对并联间隙试品进行了大量的雷电冲击和工频电弧试验,结果表明并联间隙能有效保护绝缘子串和导线免于雷击引起的工频续流电弧的烧蚀;计算了带并联间隙线路的雷击跳闸率,建议将3片绝缘子增加为4片,加装并联间隙不会引起线路跳闸率增加。     

冲击电弧自截断机理及对建弧率影响

为了解决架空输电线路雷电防护的问题,研究了一种冲击电弧自截断的防雷保护方法。这种方法是通过绝缘配合将雷电流引入到防雷保护间隙中发生冲击闪络,利用雷电流产生的感应电流同步触发冲击气流发生器产生高速纵吹气流熄灭电弧,实现冲击电弧自截断。从电弧能量平衡的角度分析了冲击电弧自截断原理。进行了实验室模拟雷击的试验对灭弧的可靠性进行了验证,试验结果表面冲击电弧自截断的防雷保护装置能够快速有效熄灭电弧,灭弧时间为3.8ms,大幅降低了建弧率,使得冲击闪络几乎无法转化为稳定的工频电弧。     

750kV同塔双回输电线路空气间隙放电特性研究

为取得我国750 kV同塔双回输电线路的设计依据,结合我国西北电网公司即将建设的750 kV同塔双回输变电线路工程,试验研究了750 kV同塔双回线路真型塔空气间隙操作冲击(含长波前时间)、雷电冲击和工频电压。采用升降法获得了3~7 m距离的杆塔空气间隙操作冲击、雷电冲击放电特性曲线,采用闪络法获得了1~4 m距离杆塔空气间隙的工频放电特性曲线;研究了不同杆塔宽度对放电电压的影响。试验表明,操作冲击和工频放电电压随着杆塔宽度的增大而降低。通过分析提出了不同海拔高度750 kV同塔双回线路相地最小绝缘间隙推荐值,该结果接近IEC等国外类似试验,证明了其可比性和可靠性。