• ISSN 0258-2724
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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
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    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
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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

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