CN109031110A - 一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法 - Google Patents

一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109031110A
CN109031110A CN201810892059.4A CN201810892059A CN109031110A CN 109031110 A CN109031110 A CN 109031110A CN 201810892059 A CN201810892059 A CN 201810892059A CN 109031110 A CN109031110 A CN 109031110A
Authority
CN
China
Prior art keywords
breaker
under
breaking capacity
electronics
condition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810892059.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109031110B (zh
Inventor
刘凯
彭在兴
李锐海
王颂
金虎
易林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China South Power Grid International Co ltd
China Southern Power Grid Co Ltd
Original Assignee
China South Power Grid International Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China South Power Grid International Co ltd filed Critical China South Power Grid International Co ltd
Priority to CN201810892059.4A priority Critical patent/CN109031110B/zh
Publication of CN109031110A publication Critical patent/CN109031110A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109031110B publication Critical patent/CN109031110B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3271Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of high voltage or medium voltage devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明专利公开了一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,对所述谐波断路器在不同温度、压强下开断后的场强与同温度、压强下的SF6气体的临界击穿场的场强进行比较,SF6气体的临界击穿场的场强计算步骤包括:第一步,计算得到所述SF6气体高温情况下的粒子组分;第二步,粒子组分在不同电场强度下求解玻尔兹曼方程,得到电子能量分布函数;第三步,通过电子能量分布函数计算在不同电场强度下电离反应系数及吸附反应系数;第四步,电离反应主导电子的生成,吸附反应主导电子的消失,电子生成与消失反应达到平衡情况下的电场强度即为临界击穿场强。

Description

一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法
技术领域
本发明专利涉及断路器领域,更具体地说,涉及一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法。
背景技术
电力工业作为国民经济的支柱产业,近年来发展迅猛。为满足持续稳步增加的电力需求,增大输电容量,发展输变电***以及相关的技术装备意义重大。断路器在电力***高压设备中是一种最复杂、最重要的开关设备,被广泛用于发电厂、变电站、开关站及用电线路上。电力***对断路器的基本要求是,在***的短路电流还未达到稳定之前就开始动作,以有效地限制短路电流的迅速上升并及时切断故障电流,从而大大降低故障电流产生的电、热效应对整个***的危害。
因SF6气体具有很好的绝缘和电弧冷却性能,SF6断路器在电力***中得到广泛应用,尤其是超高压和特高压领域在目前及近期具有无可替代的地位。SF6断路器开断短路电流时,触头打开,触头间隙被击穿并产生电弧,电流通过电弧持续流过。如何提高弧后介质恢复强度、降低重燃概率显得更加突出,在交流滤波器场下产生谐波,断路器开断受到影响,需要研究SF6气体电击穿特性,特别是掌握其临界击穿场强与压力、温度之间的定量关系,这个定量关系则是实现断路器开断能力评估的关键问题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,实现评估SF6断路器开断能力的目的。
一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,对所述断路器在不同温度、压强下开断后的场强与同温度、压强下的SF6气体的临界击穿场的场强进行比较,所述SF6气体的临界击穿场的场强计算步骤包括:
第一步,计算得到所述SF6气体高温情况下的粒子组分;
第二步,所述粒子组分在不同电场强度下求解玻尔兹曼方程,得到电子能量分布函数;
第三步,通过所述电子能量分布函数计算在不同电场强度下电离反应系数及吸附反应系数;
第四步,所述电离反应主导电子的生成,吸附反应主导电子的消失,所述电子生成与消失反应达到平衡情况下的电场强度即为临界击穿场强。
优选地,所述电子能量函数是通过对零维空间的玻尔兹曼方程通过二阶球谐近似获得,所述电子能量分布函数f0(ε):
n(ε)=nef0(ε)ε1/2
优选地,所述玻尔兹曼方程如下:
优选地,所述电离反应系数计算方程:
所述吸附反应系数计算方程:
优选地,所述玻尔兹曼方程中的为电子数密度随能量的关系相对时间的变化率。
优选地,所述玻尔兹曼方程中的为电场作用下电子能量的变化,。
优选地,所述玻尔兹曼方程中的为电子与重粒子弹性碰撞引起的能量变化。
优选地,所述玻尔兹曼方程中的为电子与重粒子能级跃迁碰撞引起的能量变化。
优选地,所述玻尔兹曼方程中的为电子与重粒子的电离碰撞引起的能量变化。
优选地,所述玻尔兹曼方程中的Iatt为电子与重粒子的吸附碰撞引起的能量变化,所述玻尔兹曼方程中的电子与电子相互作用过程引起的能量变化。
与现有技术相比,本发明公开的一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,对所述断路器在不同温度、压强下开断后的场强与同温度、压强下的SF6气体的临界击穿场的场强进行比较,所述SF6气体的临界击穿场的场强计算步骤包括:
第一步,计算得到所述SF6气体高温情况下的粒子组分;
第二步,所述粒子组分在不同电场强度下求解玻尔兹曼方程,得到电子能量分布函数;
第三步,通过所述电子能量分布函数计算在不同电场强度下电离反应系数及吸附反应系数;
第四步,所述电离反应主导电子的生成,吸附反应主导电子的消失,所述电子生成与消失反应达到平衡情况下的电场强度即为临界击穿场强,通过测量在交流滤波气场下不同温度、压强下的断路器开断后的场强与同温度、压强下SF6气体的临界击穿场的场强进行比较,若断路器开断后的场强小于SF6气体的临界击穿场的场强,则断路器开断后不会复燃或者重燃,说明断路器的开断能力强,通过击穿场强与压强、温度的关系对谐波断路器电开断能力的评估,使得断路器的开端能力更强,有效的切断故障电流。
附图说明
图1是本发明中SF6临界击穿场强计算流程图;
图2是本发明中不同温度情况下电离反应系数与吸附反应系数随电场的变化;
图3是本发明中断路器仿真条件下不同温度、压强下临界击穿场强的分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,对所述断路器在不同温度、压强下开断后的场强与同温度、压强下的SF6气体的临界击穿场的场强进行比较,所述SF6气体的临界击穿场的场强计算步骤包括:
第一步,计算得到所述SF6气体高温情况下的粒子组分;
第二步,所述粒子组分在不同电场强度下求解玻尔兹曼方程,得到电子能量分布函数;
第三步,通过所述电子能量分布函数计算在不同电场强度下电离反应系数及吸附反应系数,;
第四步,验证电离过程与吸附过程是否平衡,所述电离反应主导电子的生成,吸附反应主导电子的消失,所述电子生成与消失反应达到平衡情况下的电场强度即为临界击穿场强。
在电流过零后的很短时间内,断口区域温度迅速衰减到5000K以下。在这一阶段中,由于电弧等离子体已经基本从导电状态恢复的绝缘状态,电弧区域重燃与否主要与施加恢复电压之后电子的生成消失密切相关。在无外界扰动的自由状态下,电子的能量分布符合基本的麦克斯韦概率分布。在施加恢复电压之后,电弧等离子体区域的电子能量分布函数受暂态恢复电压的影响开始偏离麦克斯韦分布,电弧中电子的生成与消失过程相应地会受到影响。
粒子组分是计算临界击穿场强的基础数据。粒子组分可以归纳为关于温度和压力的函数,通过查表可以获得,粒子组分属于已知量。
电子能量分布函数是通过对零维空间的玻尔兹曼方程通过二阶球谐近似获得。关于这一求解方法,采用法国Laplace实验室提供的Bolsig+软件,能够实现对电子能量分布函数的高速求解。
玻尔兹曼分析的具体求解方程如下:
上式表示的是玻尔兹曼输运方程,其中左侧表示电子数密度随能量的关系相对时间的变化率,玻尔兹曼输运方程中的的为电场作用下电子能量的变化,为电子与重粒子弹性碰撞引起的能量变化,为电子与重粒子能级跃迁碰撞引起的能量变化,为电子与重粒子的电离碰撞引起的能量变化,Iatt为电子与重粒子的吸附碰撞引起的能量变化以及电子,所述玻尔兹曼方程中的电子相互作用过程引起的能量变化。
对上式进行稳态求解获得公式左侧函数的稳定值后,即可推导获得电子能量分布函数f0(ε):
n(ε)=nef0(ε)ε1/2
如图2所示,在获得电子能量分布函数之后,可进行下一步计算。在临界击穿场强的计算中,电离反应主导电子的生成,吸附反应主导电子的消失,因此获得两种反应的反应常数是临界击穿场强分析中的重要步骤,其中两种反应系数的计算如下所示:
在获得空气中不同温度、不同压强以及不同电场强度下的电离和吸附系数之后,电离反应系数与吸附反应系数达到平衡时对应的电场强度即为对应温度、压强情况下的临界击穿场强。
如图3所示,图中左侧空白处为空心电极,右侧的空白处为电极,中间为断路器开断时的电弧。在SF6气体尚未分解的低温区间,随着温度的上升,粒子数密度降低,电子和重粒子之间能量交换率提高,临界击穿场强缓慢的降低。当分解反应发生后,临界击穿场强随着温度的升高迅速地降低;压力的升高抑制了化学反应的进行,SF6气体开始分解的温度增大,带来较大的介质强度,等于将低温区间的临界击穿场强曲线移向了更高的温度。因此,可以通过提高气体压力来增强电流零区热态SF6气体的介质强度,提高断路器的开断能力,更好的判断谐波断路器电开断后的能力,即断路器开断后的复燃或者重燃能力。
在交流滤波气场下,通过测量不同温度、压强下的断路器开断后的场强与同温度、压强下SF6气体的临界击穿场的场强进行比较,若断路器开断后的场强小于SF6气体的临界击穿场的场强,则断路器开断后不会复燃或者重燃,说明断路器的开断能力强,通过击穿场强与压强、温度的关系对谐波断路器电开断能力的评估,使得断路器的开端能力更强,有效的切断故障电流。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,其特征在于,对所述断路器在不同温度、压强下开断后的场强与同温度、压强下的SF6气体的临界击穿场的场强进行比较,所述SF6气体的临界击穿场的场强计算步骤包括:
第一步,计算得到所述SF6气体高温情况下的粒子组分;
第二步,所述粒子组分在不同电场强度下求解玻尔兹曼方程,得到电子能量分布函数;
第三步,通过所述电子能量分布函数计算在不同电场强度下电离反应系数及吸附反应系数;
第四步,所述电离反应主导电子的生成,吸附反应主导电子的消失,所述电子生成与消失反应达到平衡情况下的电场强度即为临界击穿场强。
2.如权利要求1所述的一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,其特征在于,所述电子能量函数是通过对零维空间的玻尔兹曼方程通过二阶球谐近似获得,所述电子能量分布函数f0(ε):
n(ε)=nef0(ε)ε1/2
3.如权利要求1所述的一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,其特征在于,所述玻尔兹曼方程如下:
4.如权利要求1所述的一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,其特征在于,所述电离反应系数计算方程:
所述吸附反应系数计算方程:
5.如权利要求3所述的一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,其特征在于,所述玻尔兹曼方程中的为电子数密度随能量的关系相对时间的变化率。
6.如权利要求3所述的一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,其特征在于,所述玻尔兹曼方程中的为电场作用下电子能量的变化,。
7.如权利要求3所述的一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,其特征在于,所述玻尔兹曼方程中的为电子与重粒子弹性碰撞引起的能量变化。
8.如权利要求3所述的一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,其特征在于,所述玻尔兹曼方程中的为电子与重粒子能级跃迁碰撞引起的能量变化。
9.如权利要求3所述的一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,其特征在于,所述玻尔兹曼方程中的为电子与重粒子的电离碰撞引起的能量变化。
10.如权利要求3所述的一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法,其特征在于,所述玻尔兹曼方程中的Iatt为电子与重粒子的吸附碰撞引起的能量变化,所述玻尔兹曼方程中的电子与电子相互作用过程引起的能量变化。
CN201810892059.4A 2018-08-07 2018-08-07 一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法 Active CN109031110B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810892059.4A CN109031110B (zh) 2018-08-07 2018-08-07 一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810892059.4A CN109031110B (zh) 2018-08-07 2018-08-07 一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109031110A true CN109031110A (zh) 2018-12-18
CN109031110B CN109031110B (zh) 2021-06-04

Family

ID=64649346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810892059.4A Active CN109031110B (zh) 2018-08-07 2018-08-07 一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109031110B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110361636A (zh) * 2019-07-19 2019-10-22 广东电网有限责任公司 一种气体电击穿特性预测方法、装置及设备
CN112014727A (zh) * 2020-07-15 2020-12-01 南方电网科学研究院有限责任公司 分接开关的谐波电流切换能力的测试装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102789548A (zh) * 2012-07-13 2012-11-21 西安交通大学 一种sf6 断路器弧后热气体电击穿发生概率的评估方法
CN203929929U (zh) * 2014-06-06 2014-11-05 珠海许继电气有限公司 一种贴装电容器浪涌及老化测试装置
CN105259501A (zh) * 2015-11-03 2016-01-20 平高集团有限公司 一种高压直流开断实验装置
CN105954673A (zh) * 2016-04-29 2016-09-21 国网浙江省电力公司绍兴供电公司 高压交流断路器燃弧时间测量***及方法
CN106407501A (zh) * 2016-08-18 2017-02-15 广州供电局有限公司 高压气体断路器开断性能评估方法和***
CN106872885A (zh) * 2017-01-24 2017-06-20 东莞市广安电气检测中心有限公司 一种高压断路器开断试验中重燃弧故障的保护方法和装置
CN107331442A (zh) * 2017-07-20 2017-11-07 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种用于寒冷地区的六氟化硫‑氮气混合气体组配方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102789548A (zh) * 2012-07-13 2012-11-21 西安交通大学 一种sf6 断路器弧后热气体电击穿发生概率的评估方法
CN203929929U (zh) * 2014-06-06 2014-11-05 珠海许继电气有限公司 一种贴装电容器浪涌及老化测试装置
CN105259501A (zh) * 2015-11-03 2016-01-20 平高集团有限公司 一种高压直流开断实验装置
CN105954673A (zh) * 2016-04-29 2016-09-21 国网浙江省电力公司绍兴供电公司 高压交流断路器燃弧时间测量***及方法
CN106407501A (zh) * 2016-08-18 2017-02-15 广州供电局有限公司 高压气体断路器开断性能评估方法和***
CN106872885A (zh) * 2017-01-24 2017-06-20 东莞市广安电气检测中心有限公司 一种高压断路器开断试验中重燃弧故障的保护方法和装置
CN107331442A (zh) * 2017-07-20 2017-11-07 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种用于寒冷地区的六氟化硫‑氮气混合气体组配方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HANTIAN ZHANG ET.: "Influence of the gassing materials on the dielectric properties of air", 《PLASMA SCIENCE AND TECHNOLOGY》 *
汪倩 等: "多次落雷条件下机构回弹对高压SF6断路器开断特性的影响", 《高电压技术》 *
魏泉 等: "浅析高压SF6断路器可靠性研究的特点和难点", 《高压电器》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110361636A (zh) * 2019-07-19 2019-10-22 广东电网有限责任公司 一种气体电击穿特性预测方法、装置及设备
CN112014727A (zh) * 2020-07-15 2020-12-01 南方电网科学研究院有限责任公司 分接开关的谐波电流切换能力的测试装置
CN112014727B (zh) * 2020-07-15 2022-09-16 南方电网科学研究院有限责任公司 分接开关的谐波电流切换能力的测试装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109031110B (zh) 2021-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zeng et al. SF6 decomposition and insulation condition monitoring of GIE: A review
Garzon High voltage circuit breakers: design and applications
Fu et al. Theoretical study of the decomposition mechanism of C4F7N
Xiao et al. Review of decomposition characteristics of eco-friendly gas insulating medium for high-voltage gas-insulated equipment
Kim et al. Modeling for series arc of DC circuit breaker
Zeng et al. Isotope tracing experimental study on the effects of trace H2O on the over-thermal decomposition of SF6
CN105024364A (zh) 规模风电接入交直流混联***对距离保护影响的分析方法
Zheng et al. A transient current protection and fault location scheme for MMC-HVDC transmission network
CN109031110A (zh) 一种谐波条件下的断路器开断能力评估方法
CN102590717A (zh) Gis耐压测试方法
Chen et al. Electrical erosion test and condition assessment of SF6 CB contact sets
Xu et al. A comprehensive review of DC arc faults and their mechanisms, detection, early warning strategies, and protection in battery systems
Cao et al. SF6 positive DC partial discharge decomposition components under four typical insulation defects
Gouda et al. Parameters affecting the arcing time of HVDC circuit breakers using black box arc model
CN105738762A (zh) 一种基于汤逊理论电弧模型的故障单端测距方法
Hamidi et al. Adaptive single-phase auto-reclosing method using power line carrier signals
Zhou et al. Temperature and composition of AC arc plasma of medium voltage distribution networks in the air
Uchii et al. Fundamental research on SF6-free gas insulated switchgear adopting CO2 gas and its mixtures
CN108107329A (zh) 一种交流电弧频域检测方法
Su et al. Calculation and characteristic analysis on synergistic effect of CF3I gas mixtures
Boggs Sulphur hexafluoride: introduction to the material and dielectric
Wang et al. An Innovative Arc Fault Model and Detection Method for Circuit Breakers in LCC-HVDC AC Filter Banks
Li et al. Simulation analysis of intermittent arc grounding fault applying with improved cybernetic arc model
Xu et al. Drift characteristics and the multi-field coupling stress mechanism of the pantograph-catenary arc under low air pressure
CN110909304B (zh) 一种环保gis中绝缘气体过热分解产物演化特性的计算方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20190411

Address after: 510670 No. 11 Kexiang Road, Science City, Huangpu District, Guangzhou City, Guangdong Province

Applicant after: China South Power Grid International Co.,Ltd.

Applicant after: CHINA SOUTHERN POWER GRID Co.,Ltd.

Address before: 510670 No. 11 Kexiang Road, Science City, Huangpu District, Guangzhou City, Guangdong Province

Applicant before: China South Power Grid International Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant