• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

招弧角电极直流电弧运动特性分析

刘益岑 吴广宁 郭裕钧 刘毅杰 魏文赋 雷潇 李沛东

刘益岑, 吴广宁, 郭裕钧, 刘毅杰, 魏文赋, 雷潇, 李沛东. 招弧角电极直流电弧运动特性分析[J]. 西南交通大学学报, 2023, 58(1): 40-47. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210156
引用本文: 刘益岑, 吴广宁, 郭裕钧, 刘毅杰, 魏文赋, 雷潇, 李沛东. 招弧角电极直流电弧运动特性分析[J]. 西南交通大学学报, 2023, 58(1): 40-47. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210156
LIU Yicen, WU Guangning, GUO Yujun, LIU Yijie, WEI Wenfu, LEI Xiao, LI Peidong. Motion Characteristics Analysis of DC Arc on Arcing Horn[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2023, 58(1): 40-47. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210156
Citation: LIU Yicen, WU Guangning, GUO Yujun, LIU Yijie, WEI Wenfu, LEI Xiao, LI Peidong. Motion Characteristics Analysis of DC Arc on Arcing Horn[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2023, 58(1): 40-47. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210156

招弧角电极直流电弧运动特性分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210156
基金项目: 国家自然科学基金(51907168)
详细信息
    作者简介:

    刘益岑(1986—),男,博士研究生,研究方向为高电压与绝缘技术,E-mail:liuyi2664@sina.com

    通讯作者:

    郭裕钧(1989—),男,副教授,博士,研究方向为高电压与绝缘技术,E-mail:yjguo@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TM854

Motion Characteristics Analysis of DC Arc on Arcing Horn

  • 摘要:

    接地极线路是直流输电系统的重要组成部分,是直流系统不平衡电流和大地回流的入地通道. 接地极线路遭遇雷击时,入地电流会在招弧角间隙形成稳定电弧,由于直流电流不存在周期性过零点,直流电弧很难熄灭,进而破坏线路绝缘,严重威胁直流输电系统安全. 针对接地极线路招弧角处于野外开放空间、电弧运动受多场耦合影响的特点,建立了招弧角电弧磁流体动力学二维仿真模型,研究气流速度、方向以及招弧角结构对直流电弧运动特性的影响. 研究表明:招弧角电极电弧主要受电磁力作用沿电极扩张方向运动,通过吹弧和拉伸,降低电弧温度,提高电弧电压,使电弧更利于熄灭;气流环境对电弧动态特性产生较大影响,同方向风速有利于电弧的吹离和疏导;同等风速下,水平方向气流吹弧效果更显著;电极样式对电弧的拉伸有重要影响,同等间隙距离下,双羊角电极对电弧的拉伸作用比单羊角电极更强;在入地电流持续注入的情况下,电弧易重燃,且难以彻底熄灭.

     

  • 图 1  招弧角几何模型

    Figure 1.  Geometric model of arcing horn

    图 2  无风情况下电弧温度分布

    Figure 2.  Temperature field distribution of arc without wind

    图 3  电弧电压与电极初始位置温度随时间变化情况

    Figure 3.  Arc voltage and temperature at electrode initial position changing over time

    图 4  无风情况下不同时刻弧柱温度分布

    Figure 4.  Temperature field distribution of arc column without wind at different time points

    图 5  不同风速下电弧温度分布(t=60 ms)

    Figure 5.  Temperature field distribution of arc under different wind speeds (t=60 ms)

    图 6  不同风速下弧柱温度分布(t=60 ms)

    Figure 6.  Temperature field distribution of arc column under different wind speeds (t=60 ms)

    图 7  不同风速下弧柱温度随时间变化趋势

    Figure 7.  Variation trend of arc column temperature with time under different wind speeds

    图 8  不同风速下弧柱运动速度

    Figure 8.  Velocities of arc column under different wind speeds

    图 9  不同风速下弧根运动速度

    Figure 9.  Velocities of arc root under different wind speeds

    图 10  不同风速下的电弧电压

    Figure 10.  Arc voltages under different wind speeds

    图 11  不同风速下的电弧长度

    Figure 11.  Arc lengths under different wind speeds

    图 12  45° 斜方向气流下电弧温度分布

    Figure 12.  Temperature field distribution of arc under oblique airflow of 45°

    图 13  斜方向和水平方向风速下 弧柱温度对比(v=10 m/s)

    Figure 13.  Comparison of arc column temperature under oblique and horizontal directions of wind speed (v=10 m/s)

    图 14  斜方向和水平方向风速下 电弧电压对比(v=10 m/s)

    Figure 14.  Comparison of arc voltage under oblique and horizontal directions of wind speed (v=10 m/s)

    图 15  电极附近电导率分布(t=40 ms)

    Figure 15.  Conductivity distribution near electrode (t=40 ms)

    图 16  单羊角型电极电弧温度分布

    Figure 16.  Temperature field distribution of single-horn electrode arc

    图 17  不同电极样式下弧柱温度对比

    Figure 17.  Comparison of arc column temperature under different electrode styles

    图 18  不同电极样式下电弧电压对比

    Figure 18.  Comparison of arc voltage under different electrode styles

    表  1  仿真模型几何尺寸

    Table  1.   Dimensions of simulation model

    边界类别尺寸/cm
    ABDE电极25
    BCEF电极40
    GHIJ开放边界250
    GJHI开放边界250
    BE空气间隙30
    下载: 导出CSV

    表  2  电弧长度变化

    Table  2.   Arc lengths at different time points

    t/ms电弧电压/
    V
    电弧长度/
    cm
    电位梯度/
    (V·mm−1
    20 478 30.9 1.5
    40 476 36.3 1.3
    60 671 53.9 1.2
    80 956 89.0 1.1
    100 2957 263.2 1.1
    110 5409 505.9 1.1
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘振亚. 特高压交直流电网[M]. 北京: 中国电力出版社, 2013: 136-139.
    [2] 杨刚,李恒超,谭蓓,等. 层次极限学习机用于高光谱图像预测绝缘子污秽度[J]. 西南交通大学学报,2020,55(3): 579-587. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190093

    YANG Gang, LI Hengchao, TAN Bei, et al. Application of hierarchical extreme learning machine in prediction of insulator pollution degree using hyperspectral images[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(3): 579-587. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190093
    [3] 刘守豹,皇甫成,余世峰,等. 特高压直流接地极线路过电压研究[J]. 高电压技术,2018,44(7): 2410-2417.

    LIU Shoubao, HUANGFU Cheng, YU Shifeng, et al. Study on overvoltage of UHV DC grounding line[J]. High Voltage Engineering, 2018, 44(7): 2410-2417.
    [4] 郑扬亮,冉学彬,刘更生. 直流输电接地极线路招弧角有关问题的分析[J]. 高电压技术,2008,34(7): 1513-1516.

    ZHENG Yangliang, RAN Xuebin, LIU Gengsheng. Research on arcing horns of HVDC electrode lines[J]. High Voltage Engineering, 2008, 34(7): 1513-1516.
    [5] 孙秋芹,周志成,刘洋,等. 特高压输电线路潜供电弧的燃弧特性[J]. 高电压技术,2014,40(12): 3895-3901.

    SUN Qiuqin, ZHOU Zhicheng, LIU Yang, et al. Arcing characteristics of secondary arc of UHV transmission lines[J]. High Voltage Engineering, 2014, 40(12): 3895-3901.
    [6] 廖一帆,胡传良,唐军,等. 污秽绝缘子安装并联间隙的雷电击穿特性分析[J]. 西南交通大学学报,2018,53(6): 1117-1122. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.004

    LIAO Yifan, HU Chuanliang, TANG Jun, et al. Analysis of lightning breakdown characteristics of contaminated insulators in parallel clearance[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(6): 1117-1122. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.004
    [7] 陈维江,孙昭英,李国富,等. 110 kV和220 kV架空线路并联间隙防雷保护研究[J]. 电网技术,2006,30(13): 70-75. doi: 10.3321/j.issn:1000-3673.2006.13.013

    CHEN Weijiang, SUN Zhaoying, LI Guofu, et al. Development of parallel gap lightning protection device for 110 kV and 220 kV overhead lines[J]. Power System Technology, 2006, 30(13): 70-75. doi: 10.3321/j.issn:1000-3673.2006.13.013
    [8] 雷潇,曾宏,刘小江,等. 特高压直流接地极线路雷击闪络风险研究[J]. 电瓷避雷器,2017(2): 59-63.

    LEI Xiao, ZENG Hong, LIU Xiaojiang, et al. Research on the lightning flashover risk of UHVDC electrode lines[J]. Insulators and Surge Arresters, 2017(2): 59-63.
    [9] 司马文霞,张智,杨庆,等. 110 kV复合绝缘子棒形并联间隙工频电弧疏导过程的试验研究[J]. 中国电机工程学报,2012,32(31): 114-121,226.

    SIMA Wenxia, ZHANG Zhi, YANG Qing, et al. Experimental research on power frequency arc movement process of 110 kV composite insulators in rod shape parallel gap lightning protection devices[J]. Proceedings of the CSEE, 2012, 32(31): 114-121,226.
    [10] 司马文霞,谭威,杨庆,等. 基于热浮力–磁场力结合的并联间隙电弧运动模型[J]. 中国电机工程学报,2011,31(19): 138-145.

    SIMA Wenxia, TAN Wei, YANG Qing, et al. Long AC arc movement model for parallel gap lightning protection device with consideration of thermal buoyancy and magnetic force[J]. Proceedings of the CSEE, 2011, 31(19): 138-145.
    [11] 谷山强,何金良,陈维江,等. 架空输电线路并联间隙防雷装置电弧磁场力计算研究[J]. 中国电机工程学报,2006,26(7): 140-145. doi: 10.3321/j.issn:0258-8013.2006.07.026

    GU Shanqiang, HE Jinliang, CHEN Weijiang, et al. Magnetic force computation for the electric arc of parallel gap lightning protection device on overhead transmission lines[J]. Proceedings of the CSEE, 2006, 26(7): 140-145. doi: 10.3321/j.issn:0258-8013.2006.07.026
    [12] GODA Y, IWATA M, IKEDA K, et al. Arc voltage characteristics of high current fault arcs in long gaps[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2000, 15(2): 791-795. doi: 10.1109/61.853021
    [13] TERZIJA V, PRESTON G, POPOV M, et al. New static “AirArc” EMTP model of long arc in free air[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2011, 26(3): 1344-1353. doi: 10.1109/TPWRD.2010.2086082
    [14] 陈锡阳,尹创荣,杨挺,等. 110 kV输电线路并联间隙防雷装置的设计与运行[J]. 电力建设,2011,32(6): 57-61.

    CHEN Xiyang, YIN Chuangrong, YANG Ting, et al. Design and operation on parallel gap lightning protection device of composite insulators for 110 kV overhead transmission line[J]. Electric Power Construction, 2011, 32(6): 57-61.
    [15] 王巨丰,李世民,闫仁宝,等. 可主动快速熄灭工频续流电弧的灭弧防雷间隙装置设计[J]. 高电压技术,2014,40(1): 40-45.

    WANG Jufeng, LI Shimin, YAN Renbao, et al. Arc-quenching lightning protection gap for fast extinction of power frequency arcs[J]. High Voltage Engineering, 2014, 40(1): 40-45.
    [16] 高国强,许潘,魏文赋,等. 带载工况下降弓电弧磁流体建模分析[J]. 高电压技术,2019,45(12): 3916-3923.

    GAO Guoqiang, XU Pan, WEI Wenfu, et al. Magneto hydrodynamics modeling analysis of arc under lowering pantograph with load condition[J]. High Voltage Engineering, 2019, 45(12): 3916-3923.
  • 加载中
图(18) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  485
  • HTML全文浏览量:  156
  • PDF下载量:  28
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-02
  • 修回日期:  2021-08-02
  • 网络出版日期:  2022-11-09
  • 刊出日期:  2021-10-21

目录

    /

    返回文章
    返回