發(fā)布時(shí)間：2020-05-12 03:01

【摘要】：隨著電網(wǎng)的發(fā)展以及輸電線路電壓等級的提升,電網(wǎng)遭受雷擊的概率大大增加,如何有效對輸配電線路雷害進(jìn)行防護(hù)這個(gè)問題亟待解決。多年的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明:現(xiàn)有傳統(tǒng)“阻塞型”防雷措施雷害防護(hù)效果并不理想,這是由于線路耐雷水平與地網(wǎng)電阻、雷電陡度、絕緣水平、雷擊方式(繞擊和反擊)、雷擊強(qiáng)度超過耐雷水平的概率有關(guān),而這些都是不可控因素,導(dǎo)致絕緣沖擊閃絡(luò)概率高,并且對工頻電弧的建立沒有抑制措施,使雷擊事故率、雷擊跳閘率、雷擊斷線概率升高。因此,提出一種新型的輸配電線路防雷措施迫在眉睫。針對上述問題,本文研究了一種能夠快速熄滅電弧并有效抑制工頻電弧發(fā)展的多斷點(diǎn)滅弧防雷間隙裝置。當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí),接閃電極離導(dǎo)線之間的保護(hù)間隙被擊穿,沖擊電弧進(jìn)入滅弧室中,電弧沿著特定滅弧室結(jié)構(gòu)發(fā)展,電弧被分割成多個(gè)短電弧,由于電弧的瞬時(shí)導(dǎo)熱特性,滅弧氣流快速產(chǎn)生作用于電弧,電弧出現(xiàn)斷點(diǎn),進(jìn)而電弧斷點(diǎn)逐漸發(fā)展形成斷口,從而破環(huán)電弧能量通道連貫性;同時(shí)隨著電弧發(fā)展,電弧與滅弧室冷內(nèi)壁接觸,電弧溫度迅速下降,電弧能量減弱,從而電弧熄滅。對本文提出的多斷點(diǎn)滅弧防雷間隙裝置進(jìn)行熄弧機(jī)理及相關(guān)試驗(yàn)研究,具體研究工作如下:1)研究了強(qiáng)氣流作用下電弧等離子體的物理特性變化規(guī)律,包括電弧溫度、電弧直徑、電弧自磁收縮壓力、電弧伏安特性、電弧運(yùn)動速度、電弧近陰極效應(yīng),電弧加熱效率。建立了強(qiáng)氣流作用下正在發(fā)展電弧模型對電弧發(fā)展過程進(jìn)行理論分析。對氣流作用于電弧熄滅過程中的去游離過程以及電弧能量耗散過程進(jìn)行理論分析。分析結(jié)果表明:在氣流作用下,電弧溫度會降低,復(fù)合作用會增強(qiáng),電弧弧柱中的正、負(fù)電荷粒子發(fā)生中和,同時(shí)電弧弧柱中帶電粒子擴(kuò)散運(yùn)動增強(qiáng),這兩者都有利于電弧熄滅。當(dāng)電弧受到滅弧室約束時(shí),電弧被壓縮,此時(shí)電弧半徑減小,弧柱所受壓力會增大,使電弧自磁壓縮作用增強(qiáng),電弧會再度壓縮。根據(jù)電弧能量守恒定律,電弧被二度壓縮,會使電弧弧柱中心溫度升高,從而滅弧室內(nèi)的溫度變高,產(chǎn)生高速氣流,為電弧熄滅創(chuàng)造良好條件。同時(shí)短電弧存在近陰極效應(yīng),在電弧電流過零時(shí),在陰極表面存在介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度,并且電弧被分割成多段短弧,在每一段電弧上都存在近陰極效應(yīng),整體的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度是多個(gè)短弧介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度的疊加,強(qiáng)氣流在電弧電流過零時(shí)進(jìn)行作用,強(qiáng)氣流的作用以及近陰極效應(yīng)兩者綜合作用有利于電弧的熄滅,為電弧電流過零時(shí)使電弧熄滅創(chuàng)造絕佳條件。2)對滅弧氣流產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了理論分析,利用“集總參數(shù)法”對電弧傳熱過程進(jìn)行近似計(jì)算。建立了電弧鏈?zhǔn)侥Ｐ蛯﹄娀∠�滅時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算,利用有限元法對氣流控制方程組進(jìn)行理論推導(dǎo),建立了氣流耦合電弧模型。利用COMSOL軟件對單個(gè)滅弧室結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何建模,對幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,利用求解器求解建立的微分方程組,并在滅弧室的對稱軸上設(shè)置二維截點(diǎn)對此處的溫度、電導(dǎo)率、速度進(jìn)行分析;同時(shí)通過仿真得到的溫度分布云圖、電導(dǎo)率分布云圖、速度分布云圖可以得出氣流耦合電弧過程中電弧物理性質(zhì)的變化規(guī)律。從仿真得到的電導(dǎo)率分布云圖中可以看出:電弧在0.01ms左右開始出現(xiàn)斷點(diǎn),此后這個(gè)斷點(diǎn)區(qū)域逐漸增大,最后形成斷口,將電弧分割為兩段孤立的短電弧,此刻電弧能量不能有效輸入,最終使電弧熄滅。從速度云圖中可以看出:氣流速度最大值可達(dá)到510m/s。3)對滅弧裝置進(jìn)行了雷電伏秒特性試驗(yàn)、工頻滅弧試驗(yàn)、沖擊電流放電試驗(yàn)、沖擊耦合工頻滅弧試驗(yàn)以及500kV絕緣配合試驗(yàn),對安裝滅弧裝置后線路的雷擊跳閘率進(jìn)行了計(jì)算,將安裝滅弧裝置前后線路雷擊跳閘率進(jìn)行對比分析。試驗(yàn)結(jié)果表明:在間隙距離為8.5cm時(shí),滅弧裝置對絕緣子具有一定的保護(hù)作用。在工頻滅弧試驗(yàn)中,滅弧裝置能夠有效抑制電流幅值為2kA的工頻電弧。在沖擊電流放電試驗(yàn)中,當(dāng)沖擊電弧進(jìn)入滅弧室內(nèi)時(shí),由于沖擊電弧存在瞬時(shí)加熱特性,在滅弧室中會形成滅弧氣流對電弧進(jìn)行多點(diǎn)截?cái)?切斷電弧能量補(bǔ)給通道。在0.1ms時(shí),滅弧裝置產(chǎn)生的滅弧氣流速度增大,極大程度削弱電弧能量。在沖擊耦合工頻滅弧試驗(yàn)中,滅弧裝置可以有效抑制電流幅值為3.9kA的工頻電弧,并在0.3ms內(nèi)將工頻電弧熄滅。在雷擊跳閘率計(jì)算結(jié)果對比分析中得出:安裝滅弧裝置后線路的雷擊跳閘率比安裝滅弧裝置之前線路的雷擊跳閘率降低了 83.75%。理論和試驗(yàn)應(yīng)用同時(shí)驗(yàn)證了滅弧裝置對電弧截?cái)嗟挠行��?能夠保護(hù)絕緣子免于灼燒,防止雷擊事故發(fā)生。
【圖文】：

１」研究背景及意義逡逑雷電是自然界中最常見的地球物理現(xiàn)象之一，其放電物理過程機(jī)制復(fù)雜，研逡逑宄難度大［１］。雷電放電是由帶電的雷云引起。圖１－１為２００５－２０１５年我國局部區(qū)逡逑域平均地閃密度分布圖，圖中Ｎｇ為地閃密度值大小，即每平方公里、每年發(fā)生逡逑地閃次數(shù)［２］。由圖中可看出：與北方地區(qū)相比，南方地區(qū)平均地閃密度較大，雷逡逑電活動頻繁，例如圖中的廣東省和海南省，在它們區(qū)域閃電密度平均值高達(dá)７．９８／逡逑次（ｋｎ＾邋ａ）以上。西部地區(qū)主要為內(nèi)陸干旱氣候區(qū)，，大都屬于閃電低密度區(qū)，東逡逑部地區(qū)相比西部地區(qū)雷電活動較為頻繁。逡逑＾Ｉ逡逑八一邋東，逡逑■邋－邐＾邐龍江逡逑－Ａ、：，逡逑Ａ邋級－．Ｖ，＜０．７８邋次／（ｋｎｖ’ａ＞逡逑■■■邋ＢＩ邋級－－０．７８邋於（ｋｎ＾．ａＫｉＶｆ．Ｏ邋次／（ｋｎ＾．ａ）逡逑■■■邋Ｂ２級ａ）＾Ｖ

暴時(shí)統(tǒng)計(jì)曲線圖可以看出：不同地區(qū)、縣的器測雷暴時(shí)在２００？５００小時(shí)之間。對于邕寧區(qū)，器測雷暴時(shí)達(dá)到了邋４８５個(gè)小時(shí)�？上攵�知，南寧市邕寧區(qū)、的輸電線路必會受到雷電頻繁活動的影響，因此，由于雷害引起輸電線路跳故概率也會大大增加。逡逑
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM863

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王巨豐;吳東;李國棟;梁雪;郭偉;;爆炸氣流作用下暫態(tài)電弧自熄滅時(shí)間計(jì)算[J];高電壓技術(shù);2015年12期

2 王巨豐;李國棟;吳東;梁雪;郭偉;劉太東;;爆炸沖擊波作用下滅弧防雷間隙熄滅工頻電弧的機(jī)理及應(yīng)用[J];高電壓技術(shù);2015年09期

3 王巨豐;郭偉;梁雪;吳東;李國棟;丁漪;;爆炸氣流滅弧試驗(yàn)與滅弧溫度仿真分析[J];高電壓技術(shù);2015年05期

4 王巨豐;劉津濂;吳國強(qiáng);劉其良;郭偉;;噴射氣流滅弧條件下輸電線路雷擊跳閘率計(jì)算方法[J];高電壓技術(shù);2015年03期

5 陳秀娟;張翠霞;張搏宇;蘇寧;吳婭妮;楊鵬;;±1100kV特高壓直流換流站避雷器在內(nèi)過電壓下的保護(hù)特性[J];電網(wǎng)技術(shù);2015年02期

6 王巨豐;郭偉;郭峰;劉其良;梁雪;吳東;劉津濂;;噴射氣體滅弧防雷間隙的滅弧效果[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年03期

7 王巨豐;梁雪;郭偉;吳東;李國棟;劉其良;;基于Navier-Stokes方程的新型噴射氣流滅弧防雷間隙有效性論證[J];高電壓技術(shù);2015年01期

8 曾嶸;周旋;王澤眾;莊池杰;余占清;何金良;;國際防雷研究進(jìn)展及前沿述評[J];高電壓技術(shù);2015年01期

9 王巨豐;劉津濂;劉其良;吳國強(qiáng);郭偉;;基于抑制建弧率的新型噴射氣流滅弧防雷間隙機(jī)理研究[J];高電壓技術(shù);2014年09期

10 周沛洪;何慧雯;戴敏;萬磊;;±1100kV直流換流站避雷器布置、參數(shù)和設(shè)備絕緣水平的選擇[J];高電壓技術(shù);2014年09期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 曲振旭;爆炸沖擊波作用下約束電弧熄滅特性研究與應(yīng)用[D];廣西大學(xué);2012年

2 鐘炯聰;高壓輸電線路綜合防雷措施的分析與探討[D];華南理工大學(xué);2010年

3 秦英杰;35kV、110kV輸電線路防雷保護(hù)間隙的研究[D];華北電力大學(xué)（河北）;2006年

本文編號：2659533