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(jí)的提升,電網(wǎng)遭受雷擊的概率大大增加,如何有效對(duì)輸配電線路雷害進(jìn)行防護(hù)這個(gè)問(wèn)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(guò)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(duì)工頻電弧的建立沒(méi)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(duì)上述問(wèn)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(duì)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(dòng)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(duì)電弧發(fā)展過(guò)程進(jìn)行理論分析。對(duì)氣流作用于電弧熄滅過(guò)程中的去游離過(guò)程以及電弧能量耗散過(guò)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(huì)降低,復(fù)合作用會(huì)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(dòng)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(huì)增大,使電弧自磁壓縮作用增強(qiáng),電弧會(huì)再度壓縮。根據(jù)電弧能量守恒定律,電弧被二度壓縮,會(huì)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(guò)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(guò)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(guò)零時(shí)使電弧熄滅創(chuàng)造絕佳條件。2)對(duì)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(duì)電弧傳熱過(guò)程進(jìn)行近似計(jì)算。建立了電弧鏈?zhǔn)侥Ｐ蛯?duì)電弧熄滅時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算,利用有限元法對(duì)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(duì)單個(gè)滅弧室結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何建模,對(duì)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(duì)稱軸上設(shè)置二維截點(diǎn)對(duì)此處的溫度、電導(dǎo)率、速度進(jìn)行分析;同時(shí)通過(guò)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(guò)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(kāi)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(huì)形成滅弧氣流對(duì)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(duì)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(duì)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(jiàn)的地球物理現(xiàn)象之一，其放電物理過(guò)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(guó)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(dòng)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(dòng)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(jí)－．Ｖ，＜０．７８邋次／（ｋｎｖ’ａ＞逡逑■■■邋ＢＩ邋級(jí)－－０．７８邋於（ｋｎ＾．ａＫｉＶｆ．Ｏ邋次／（ｋｎ＾．ａ）逡逑■■■邋Ｂ２級(jí)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(cè)雷暴時(shí)在２００？５００小時(shí)之間。對(duì)于邕寧區(qū)，器測(cè)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(huì)受到雷電頻繁活動(dòng)的影響，因此，由于雷害引起輸電線路跳故概率也會(huì)大大增加。逡逑
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM863

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2659533