雷電是電網(wǎng)第一殺手,嚴重影響電網(wǎng)的供電可靠性,其防護是世界級難題。因此加強輸電線路的防雷保護是減少電網(wǎng)雷害事故、提高輸電線路供電可靠性的關鍵。為了突破“阻塞型”防雷的瓶頸,近年來“疏導型”防雷取得了長足的發(fā)展。但是“疏導型”防雷的滅弧難題始終未能解決。另一方面,弧壓縮原理與“陰極射流”現(xiàn)象雖很早就被研究,但用于防雷滅弧領域的可行性尚需論證。為了解決“疏導型”防雷的滅弧難題,本文將弧壓縮原理與“陰極射流”現(xiàn)象應用于滅弧防雷領域,研究出一種壓縮滅弧防雷方法,發(fā)明了一種壓縮滅弧防雷裝置。本文通過理論分析、仿真模擬與試驗驗證相結(jié)合的方法驗證了壓縮滅弧防雷裝置的防雷效果。具體研究內(nèi)容如下:(1)理論分析:建立一維壁穩(wěn)弧的弧柱通道模型,定量分析弧壓縮原理與“陰極射流”現(xiàn)象,得出壓縮管對電弧具有機械-自磁-機械的壓縮機制,以及此壓縮機制下電弧機理變化:弧柱直徑極度縮小,溫度、通流密度顯著提高;電弧軸向壓力以平方倍的關系轉(zhuǎn)化為徑向壓力,且“磁抽吸”使得冷氣分子在壓縮管內(nèi)富集。前者是觸發(fā)膨脹滅弧氣流的能量來源,后者是產(chǎn)生膨脹滅弧氣流的物質(zhì)基礎。分析了電弧—氣壁系統(tǒng)的傳熱過程,傳熱使得氣體壓強極度增加,滅弧能力強勁。建立鏈式電弧模型,量化膨脹氣流作用下電弧的受力分析與運動速度,以此來比對熄弧判據(jù)。(2)利用FLUENT有限元分析軟件仿真表明,滅弧氣流依電弧而存在具有跟隨性,0.2 ms時電弧即出現(xiàn)斷口,但因氣流物理慣性,其衰減速度遠小于電弧溫度的下降,“尾氣”足以抑制電弧重燃。(3)大電流電弧滅弧試驗表明,裝置響應速度快滅弧氣流力量強,使得電弧在0.3ms時出現(xiàn)多處斷口,1.5ms時徹底熄滅,且并無電弧重燃現(xiàn)象。裝置可有效熄滅幾千安的大電流電弧。沖擊雷電壓試驗,發(fā)現(xiàn)了并解決了裝置的絕緣缺陷。并在此試驗下發(fā)現(xiàn)裝置對只有幾十安的小電弧電流仍具有滅弧能力。對比大、小滅弧試驗,可得:壓縮滅弧防雷裝置在幾十安到幾千安的電弧電流區(qū)間內(nèi)具有“遇強則強”的自適應滅弧能力。理論分析、仿真過程、試驗結(jié)果相互支撐、互為論據(jù)共同證明了壓縮滅弧防雷裝置解決“疏導型”防雷滅弧難題的有效性,并證明了弧壓縮原理與“陰極射流”現(xiàn)象應用于防雷滅弧領域的可行性,實際掛網(wǎng)運行情況佐證了理論、仿真、試驗的真實性。
【學位單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM863
【部分圖文】：

Ｆｉｇ．?１－２?Ａｒｃ?ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ?ｐａｒａｌｌｅｌ?ｇａｐ?ｉｎｖｅｎｔｅｄ?ｂｙ?Ｊａｐａｎ??為了解決上文所述“疏導型”防雷的兩個缺陷，日本和俄羅斯的科學家取得了突破。??日本的Ｔａｋａｓｈｉ?Ｃｈｉｎｏ等人研發(fā)了一種具有滅弧功能的并聯(lián)間隙裝置＿Ｐｉ］。如圖１－２所??２所示，裝置的滅弧管道設置在并聯(lián)間隙接地電極的末端，其管道壁選擇的材料是有機??高分子材料聚氯乙烯。其裝置的特別之處在于管道壁內(nèi)部附有引導電弧進入的內(nèi)電極，??內(nèi)電極嵌在內(nèi)徑很�。▋H越６＿）的圓柱形滅弧管道［３２］。當裝置所在的間隙被雷電流??擊穿后，后續(xù)工頻電弧進入圓柱形滅弧管道，高溫觸發(fā)其內(nèi)壁產(chǎn)生高速滅弧氣流，細且??長的圓柱形滅弧管道有利于約束氣流方向形成有效的滅弧作用力，從而切斷工頻電弧。??此后，Ｔａｋａｓｈｉ?Ｃｈｉｎｏ等人又對裝置進行了優(yōu)化升級，形成一種上、下兩個電極均有滅??弧管道的雙裝置對吹形式。這種改進可以從上、下兩個方向?qū)ν浑娀∵M行高速氣流吹??拉冷卻，因此滅弧能力成倍提高，裝置滅弧工作區(qū)間有所拓寬，但滅弧能力仍然有限，??面對電流較大、穩(wěn)定燃燒短路電弧依然無能為力［３３］。??４??

＇滅弧室并??聯(lián)間隙”的滅弧防雷裝置［３４］［３５］，此裝置的新穎獨到之處在于空間結(jié)構(gòu)的分布。如圖１－３??－３所示，裝置由多個滅弧室串接而成。裝置或如１－３左圖，圍繞絕緣子傘群外圍程螺旋??上升結(jié)構(gòu)，兩片絕緣子之間有電極相連；或如１－３右圖，多個滅弧室相互串接形成拱形，??直接跨接于上下電極。這種程螺旋形或拱形的特殊空間設計，可以有效拉長細化電弧，??加速電弧的能量散失速度，為滅弧室內(nèi)的熄弧過程提供了便利。??＼?＼?＼?＼??１２?３?４??／?／?Ｉ?／?卜、??４??Ｉ?｜?Ｉ?｜?｜?｜?１?Ｉ?Ｉ?１?Ｉ??１?２??圖１－４?ＭＣＩＡ的剖面圖??Ｆｉｇ．?１－４?Ｔｈｅ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｏｆ?ＭＣＩＡ??５??

圖１－３俄羅斯研究的多種ＭＣＩＡ??Ｆｉｇ．?１－３?Ａ?ｖａｒｉｅｔｙ?ｏｆ?ＭＣＩ?Ａ?ｓｔｕｄｉｅｄ?ｂｙ?Ｒｕｓｓｉａ??ｏｒｇｉｊ?Ｖ．?Ｐｏｄｐｏｒｋｉｎ等為代表的俄羅斯科學家發(fā)明了一種被稱之為“滅弧防雷裝置［３４］［３５］，此裝置的新穎獨到之處在于空間結(jié)構(gòu)的分布。置由多個滅弧室串接而成。裝置或如１－３左圖，圍繞絕緣子傘群兩片絕緣子之間有電極相連；或如１－３右圖，多個滅弧室相互串接上下電極。這種程螺旋形或拱形的特殊空間設計，可以有效拉長能量散失速度，為滅弧室內(nèi)的熄弧過程提供了便利。??
【參考文獻】

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本文編號：2846458