半密闭腔室内冲击闪络电弧观测及弧后气体逸散过程研究.pdfVIP

2024年2月电工技术学报Vol.39No.3

第39卷第3期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYFeb.2024

DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.222128

半密闭腔室内冲击闪络电弧观测

及弧后气体逸散过程研究

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袁涛杨泽文司马文霞邓明海任健行刘良顺

（1.输变电装备技术全国重点实验室（重庆大学）重庆400044

2.国网重庆市电力有限公司奉节供电公司重庆404600）

摘要多腔室灭弧装置可保护绝缘子、抑制故障电弧存续，具有成为配电网线路防护增补措

施的潜力。半密闭腔室作为多腔室灭弧装置的基本单元，腔室内冲击闪络电弧演变进程尚缺乏完

备的观测手段和针对不同电极结构的直观对比，以及弧后气体状态的量化分析。为进一步完善半

密闭腔室内电弧演变过程观测方法，优化结构设计，该文搭建了用于观测半密闭腔室电弧及弧后

气体演变的高速纹影系统，对比分析了开放气隙与半密闭腔室气隙、U型电极和球形电极下半密

闭腔室内冲击闪络电弧演变过程，根据纹影图像数据定义密度恢复率，并采用光流法探讨了弧后

气体逸散过程中气体密度恢复和速度场分布。电弧演变过程的纹影图像表明，半密闭腔室较开放

气隙具有主动“吹弧”作用，由于自感应磁场的分布差异，U型电极较球形电极加速腔室内电弧

运动；弧后气体演变为近似涡环结构，促使腔室出口邻近区域气体密度率先恢复，空气自恢复能

力得到提升。

关键词：半密闭腔室纹影观测电弧演变电极结构弧后气体密度

中图分类号：TM863

0引言腔室设计了适用于不同电压等级的多腔室系统，并

配电网线路分布广泛，但防护措施欠缺，绝缘

子易受过电压或雷击诱发冲击闪络电弧，造成断路

器跳闸、绝缘子破裂和线路断线等故障，尤其在山

区复杂地形下越加频发，危及供电安全[1-4]。为抑制

闪络电弧存续，国内外学者提出由多个半密闭腔室

串联的多腔室灭弧装置，其淬弧效果及半密闭腔室

结构如图1所示[5]。半密闭腔室由两端金属电极、

与外界相通的极间气隙和绝缘材料包覆构成。线路

遭受雷击或过电压时，装置先于绝缘子闪络，并将图1多腔室灭弧装置淬弧效果及半密闭腔室结构

线路间隙内的长电弧截断为若干段短电弧，腔室内Fig.1Arcextinguishmentofthemulti-chamberarc-

气体受热膨胀进而加速电弧与外界气体对流耗散，extinguishingdeviceandstructureofthesemienclosedchamber

实现保护线路绝缘子、抑制间隙闪络向工频续流电通过与绝缘子结合构成多腔室绝缘子[5,7]。武汉大学

[6]

弧转变的目的。

郭婷等通过仿真分析了工频电弧在管型腔室内的运

半密闭腔室作为多腔室灭弧装置的基本单元，

动特性，实验验证了以该结构为基本单元的多间隙

优化腔室设计对提升多腔室灭弧装置的灭弧性能具结构熄灭工频电弧的可行性[8-9]。广西大学王巨丰团

有重要意义。俄罗斯学者基于扩张结构和管型结构

队通过二维磁流体模型研究了腔室断口宽度和深度

国家自然科学基金面上项目资助）。对电弧温度和气流速度的影响，认为合理改进腔室

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