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高海拔环境下大容量直流空气断路器灭弧性能研究 被引量:3
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作者 李静 易晨曦 +2 位作者 彭世东 曹云东 于龙滨 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期863-874,共12页
高原轨道交通和电工产业转型对起关键保护作用的大容量直流空气断路器(LC-DCCB)提出了更高要求,但现有产品在高海拔地区的开断仍存在一定问题。该文以轨道交通用LC-DCCB为研究对象,首先基于磁流体动力学(MHD)理论,考虑湍流效应的影响,... 高原轨道交通和电工产业转型对起关键保护作用的大容量直流空气断路器(LC-DCCB)提出了更高要求,但现有产品在高海拔地区的开断仍存在一定问题。该文以轨道交通用LC-DCCB为研究对象,首先基于磁流体动力学(MHD)理论,考虑湍流效应的影响,对其在高海拔环境下开断18 kA短路电流进行仿真;然后对电弧形态及灭弧室内温度场、电磁场、气流场进行分析,得出高海拔地区空气电弧开断困难的主要原因;最后根据仿真与理论分析,考虑采用合理数量和布局的间插式U型栅片改善电弧开断特性。结果表明:随着海拔的升高,电弧前期运动速度加快,但断路器的灭弧性能降低;在高海拔环境下电弧存在严重的弧根粘滞和弧根拖尾现象,弧根拖尾畸变空间电场,不利于熄弧;同时,在不同海拔环境下,电弧会产生不同程度的反向运动现象,易导致弧后重燃。该研究深入揭示了高海拔环境下LC-DCCB电弧演变过程及复杂开断现象背后的物理本质,可为该类产品研发提供理论指导。 展开更多
关键词 高海拔 大容量直流空气断路器 弧根拖尾 电弧反向 弧后重燃
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基于改进结构的自激式直流空气断路器小电流开断能力提升方法
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作者 李静 郭沛鑫 +2 位作者 彭世东 段薇 曹云东 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第22期7278-7290,共13页
大容量自激式直流空气断路器(SE-DCCB)广泛应用于轨道交通电力系统中,其可以快速切断大等级短路电流。但是SE-DCCB分断几百安小电流时自激磁场较小,导致电弧燃弧时间较长甚至开断失败。该文通过耦合自激线圈磁场的改进磁流体动力学(MHD... 大容量自激式直流空气断路器(SE-DCCB)广泛应用于轨道交通电力系统中,其可以快速切断大等级短路电流。但是SE-DCCB分断几百安小电流时自激磁场较小,导致电弧燃弧时间较长甚至开断失败。该文通过耦合自激线圈磁场的改进磁流体动力学(MHD)模型,仿真得出双气流涡旋和弧根黏滞是SE-DCCB开断小电流失败的主要原因。为了提高SE-DCCB开断小电流的能力,对其结构进行改进,改进结构SE-DCCB采用安装导磁条的导磁板,并减小跑弧道转弯角半径,可以加快弧根运动速度、削弱小电流开断时的双气流涡旋和弧根黏滞现象,从而缩短燃弧时间。同时,改进结构SE-DCCB降低了电弧熄灭时刻灭弧室入口处的温度,能够减小电弧熄灭后重燃的概率,提升其开断小电流的性能。该研究揭示了SE-DCCB小电流难以开断的物理本质,可为轨道交通用空气断路器提供研发指导。 展开更多
关键词 自激式直流空气断路器(SE-DCCB) 小电流 结构改进 双气流涡旋 弧根黏滞
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Fluid-chemical modeling of the near-cathode sheath formation process in a high current broken in DC air circuit breaker
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作者 彭世东 李静 +3 位作者 段薇 曹云东 刘树鑫 黄浩 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期523-538,共16页
When the contacts of a medium-voltage DC air circuit breaker(DCCB) are separated, the energy distribution of the arc is determined by the formation process of the near-electrode sheath. Therefore, the voltage drop thr... When the contacts of a medium-voltage DC air circuit breaker(DCCB) are separated, the energy distribution of the arc is determined by the formation process of the near-electrode sheath. Therefore, the voltage drop through the near-electrode sheath is an important means to build up the arc voltage, which directly determines the current-limiting performance of the DCCB. A numerical model to describe the near-electrode sheath formation process can provide insight into the physical mechanism of the arc formation, and thus provide a method for arc energy regulation. In this work, we establish a two-dimensional axisymmetric time-varying model of a medium-voltage DCCB arc when interrupted by high current based on a fluid-chemical model involving 16 kinds of species and 46 collision reactions. The transient distributions of electron number density, positive and negative ion number density, net space charge density, axial electric field, axial potential between electrodes, and near-cathode sheath are obtained from the numerical model. The computational results show that the electron density in the arc column increases, then decreases, and then stabilizes during the near-cathode sheath formation process, and the arc column's diameter gradually becomes wider. The 11.14 V–12.33 V drops along the17 μm space charge layer away from the cathode(65.5 k V/m–72.5 k V/m) when the current varies from 20 k A–80 k A.The homogeneous external magnetic field has little effect on the distribution of particles in the near-cathode sheath core,but the electron number density at the near-cathode sheath periphery can increase as the magnetic field increases and the homogeneous external magnetic field will lead to arc diffusion. The validity of the numerical model can be proven by comparison with the experiment. 展开更多
关键词 near-cathode sheath atmospheric pressure air arc fluid-chemical model high current DC air circuit breaker(DCCB)
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直流空气断路器高海拔环境下电弧重燃现象及其抑制措施 被引量:2
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作者 黄浩 李静 彭世东 《电器与能效管理技术》 2024年第1期6-12,共7页
高海拔环境下直流空气断路器(DC ACB)在电弧开断过程中易发生重燃,导致开断失败的概率增加。为了抑制DC ACB高海拔开断时的电弧重燃,以轨道交通用车载DC ACB为研究对象,建立了二维磁流体动力学(MHD)仿真模型,分析了不同海拔下DC ACB中... 高海拔环境下直流空气断路器(DC ACB)在电弧开断过程中易发生重燃,导致开断失败的概率增加。为了抑制DC ACB高海拔开断时的电弧重燃,以轨道交通用车载DC ACB为研究对象,建立了二维磁流体动力学(MHD)仿真模型,分析了不同海拔下DC ACB中的电弧演变过程,通过增大横向磁场及设置“C”形栅片对其高海拔开断性能进行优化。结果表明增大横向磁场,2 km、3 km海拔下DC ACB不发生电弧重燃,但4 km、5 km海拔下发生电弧重燃。4 km、5 km海拔下,在增大横向磁场的基础上采用含“C”形栅片的改进灭弧室结构,能够使DC ACB在高海拔环境下成功开断。 展开更多
关键词 直流空气断路器 高海拔 磁流体动力学 横向磁场 “C”形栅片
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直流开断中触头边缘弧根停滞现象及影响因素研究
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作者 包玉良 李静 +2 位作者 段薇 彭世东 刘树鑫 《电器与能效管理技术》 2024年第4期30-37,共8页
弧根演化过程对直流空气断路器的开关效率有显著影响。基于空气电弧磁流体动力学(MHD)模型,对触头边缘弧根停滞的根本原因进行仿真分析,得出外磁场大小和开断速度对触头边缘弧根停滞的影响。结果表明,弧根从触头转移至跑弧道是通过击穿... 弧根演化过程对直流空气断路器的开关效率有显著影响。基于空气电弧磁流体动力学(MHD)模型,对触头边缘弧根停滞的根本原因进行仿真分析,得出外磁场大小和开断速度对触头边缘弧根停滞的影响。结果表明,弧根从触头转移至跑弧道是通过击穿完成的,触头边缘弧根停滞是弧根转移前跑弧道未达到击穿条件导致的。触头边缘弧根停滞时间随磁感应强度的增大而减少,并减少速度变慢,最后趋于稳定;燃弧初期,一定范围内提高触头开断速度有利于减少弧根停滞时间,但受洛伦兹力和气流场的双重影响,过高的开断速度对减少电弧停滞时间的效果减弱。 展开更多
关键词 直流 空气电弧 触头边缘弧根停滞 磁流体动力学 开断速度
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栅片式直流接触器开断电弧过程中的重击穿现象及成因研究
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作者 赵艺凡 李静 彭世东 《电器与能效管理技术》 2024年第8期27-33,共7页
为了探究直流接触器产品开断过程中电弧重击穿的物理机理,在考虑非均匀磁场分布的情况下建立磁流体动力学(MHD)模型,发现不同铜蒸气浓度下的2种电弧重击穿现象,即栅片间电弧重击穿和触头间电弧重击穿。触头间电弧重击穿会显著增加电弧... 为了探究直流接触器产品开断过程中电弧重击穿的物理机理,在考虑非均匀磁场分布的情况下建立磁流体动力学(MHD)模型,发现不同铜蒸气浓度下的2种电弧重击穿现象,即栅片间电弧重击穿和触头间电弧重击穿。触头间电弧重击穿会显著增加电弧燃弧时间,在实际应用中应尽量避免。电弧重击穿现象的发生与灭弧室内的气流漩涡和动静触头间的气体流速差有关。研究结果可为直流接触器灭弧室的设计提供理论指导和定量数据参考。 展开更多
关键词 直流接触器 栅片 电弧重击穿 铜蒸气 磁场
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微观定向骨架结构Cu-W复合材料触头的抗动熔焊性能 被引量:1
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作者 韩颖 王楠 +3 位作者 吴世齐 彭世东 侯春光 安跃军 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期5011-5021,共11页
触头闭合过程中回跳电弧的侵蚀会增加触头熔焊概率,甚至严重缩短接触器的使用寿命。为设计新型性能优良电接触材料,提高触头抗熔焊性能,首先设计了四边形、六边形、菱形十二面体3种微观定向骨架结构的Cu-W复合材料触头。然后基于磁流体... 触头闭合过程中回跳电弧的侵蚀会增加触头熔焊概率,甚至严重缩短接触器的使用寿命。为设计新型性能优良电接触材料,提高触头抗熔焊性能,首先设计了四边形、六边形、菱形十二面体3种微观定向骨架结构的Cu-W复合材料触头。然后基于磁流体动力学模型考虑电弧与阳极的能量传递建立了3维触头熔池模型,研究了触头阳极受电弧热力侵蚀过程,分析了触头表面的温度分布、熔池形貌,并进行了熔焊力预计。结果显示:微观定向骨架结构Cu-W复合材料触头受电弧侵蚀后,温度更低,形成的熔池体积更小,触头形变更小,与无序分布Cu-W复合材料触头相比展现出更好的抗电弧侵蚀能力。仿真与实验均表明,微观定向W骨架结构能够提升触头的导电、导热性能,降低强度,从而增强Cu-W复合材料触头的抗动熔焊性能。 展开更多
关键词 回跳电弧 Cu-W复合材料 微观骨架结构 电弧侵蚀 抗动熔焊
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中压直流空气断路器短路分断电弧特性研究 被引量:4
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作者 易晨曦 李静 +1 位作者 彭世东 刘树鑫 《电器与能效管理技术》 2023年第8期17-23,共7页
基于磁流体动力学理论,考虑空间湍流影响,搭建多物理场耦合中压直流空气断路器大空间、全动态电弧模型,对中压直流空气断路器短路开断电弧进行仿真研究。结果表明:中压直流空气断路器在短路开断电弧过程中,弧根转移会导致弧压、弧流及... 基于磁流体动力学理论,考虑空间湍流影响,搭建多物理场耦合中压直流空气断路器大空间、全动态电弧模型,对中压直流空气断路器短路开断电弧进行仿真研究。结果表明:中压直流空气断路器在短路开断电弧过程中,弧根转移会导致弧压、弧流及功率出现波动,电弧弧根出现黏滞现象;栅片间弧柱区会产生电弧反向现象;电弧熄灭速度与外施磁场大小成正相关,但变化趋势并不呈现线性关系。为解决中压直流空气断路器短路电流开断困难问题,提供理论依据。 展开更多
关键词 中压直流空气断路器 短路开断 弧根黏滞 电弧反向
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触头喷溅对直流开断的影响研究 被引量:3
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作者 徐军帅 李静 +1 位作者 刘树鑫 彭世东 《电器与能效管理技术》 2023年第1期16-23,共8页
为了研究触头喷溅烧蚀对直流开断的影响,通过添加平衡方程建立了电弧-触头相互耦合模型,运用动网格技术模拟了喷溅后触头表面的形貌变化,并进行了拉弧仿真。结果表明,触头表面温度的升高促进了阴极表面的热电发射,使电流密度增大。发生... 为了研究触头喷溅烧蚀对直流开断的影响,通过添加平衡方程建立了电弧-触头相互耦合模型,运用动网格技术模拟了喷溅后触头表面的形貌变化,并进行了拉弧仿真。结果表明,触头表面温度的升高促进了阴极表面的热电发射,使电流密度增大。发生喷溅后,触头间的电场强度发生畸变,不利于电弧的开断,但一定浓度金属蒸气的存在有利于电弧的熄灭。 展开更多
关键词 电弧 触头喷溅 直流开断 金属蒸气
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氩第三谱带的研究进展
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作者 王骐 赵永蓬 彭世东 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2000年第5期273-276,共4页
介绍了国际上对氩第三谱带的实验和理论研究工作。实验上 ,采用不同的泵浦方式 ,观察了荧光谱的谱带形状 ,并对时间分辨谱进行了测量。理论上 ,通过光谱学和动力学两方面的计算 ,对氩第三谱带的来源进行了研究。目前主要有两种假设 ,即A... 介绍了国际上对氩第三谱带的实验和理论研究工作。实验上 ,采用不同的泵浦方式 ,观察了荧光谱的谱带形状 ,并对时间分辨谱进行了测量。理论上 ,通过光谱学和动力学两方面的计算 ,对氩第三谱带的来源进行了研究。目前主要有两种假设 ,即Ar2 2 +和Ar2 +离子准分子的跃迁产生该谱带。但这两种假设都只能解释部分实验现象 ,因而谱带的来源至今没有确切的结论。 展开更多
关键词 氩第三谱带 离子准分子 光谱 激光
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一种用于水电站水工建筑物缺陷检测的水下机器人系统设计
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作者 张易 朱俊 +3 位作者 袁庆晴 翁叶伟 彭世东 沈维格 《控制与信息技术》 2023年第6期92-97,共6页
水电站水工建筑物缺陷检测目前是由观察型机器人或潜水员完成,存在检测手段少、运行受水流影响等问题。对此,文章针对水电站水工建筑物结构及缺陷特点,研制了一套水下检测机器人系统。该系统利用水动力仿真、静水力分析及稳性分析等方法... 水电站水工建筑物缺陷检测目前是由观察型机器人或潜水员完成,存在检测手段少、运行受水流影响等问题。对此,文章针对水电站水工建筑物结构及缺陷特点,研制了一套水下检测机器人系统。该系统利用水动力仿真、静水力分析及稳性分析等方法,优化推力和布局布置、外形等选型和设计,解决了本体浮游和履带复合控制模式、不规则坝面吸附技术、多自由度姿态翻转和运动、缺陷位置定位等技术问题;同时,采用自主开发后处理软件,对声光电传感器数据进行融合,完成了缺陷判别与测量以及修补材料方量的估算,软件识别理论误差为7.4%,小于项目的20%误差率要求,解决了缺陷判别与测量和修补材料方量的估算问题,最终实现了机器人在水电站水工建筑物的水平面、斜面坡、直立面及曲面环境下的水下缺陷检查、缺陷定位、缺陷尺寸测量及数据记录收集等水下无人化检测作业的目标。最后,通过水池功能试验,验证了该水下检测机器人系统的可行性。 展开更多
关键词 水下检测机器人 水电站水工建筑物 缺陷检测系统 缺陷识别与定位 遥控水下机器人
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耦合磁场直流空气断路器栅片特性对灭弧性能的影响研究 被引量:8
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作者 彭世东 李静 +2 位作者 曹云东 刘树鑫 于龙滨 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第21期5587-5597,共11页
栅片材料与结构对断路器的灭弧性能有着重要的影响。该文建立了永磁体作用下灭弧室内磁场的计算模型与电弧磁流体动力学(MHD)模型,实现了两者的耦合。在此基础上,对永磁体作用下栅片材料与栅片结构对电弧动态特性的影响进行了仿真,同时... 栅片材料与结构对断路器的灭弧性能有着重要的影响。该文建立了永磁体作用下灭弧室内磁场的计算模型与电弧磁流体动力学(MHD)模型,实现了两者的耦合。在此基础上,对永磁体作用下栅片材料与栅片结构对电弧动态特性的影响进行了仿真,同时考虑电源极性的影响,得出了永磁体作用下灭弧室内磁场的空间分布、电磁耦合作用下灭弧室内温度分布与气流分布,提取了灭弧室内平均温度与电弧燃弧时间等关键参数,讨论了栅片材料与栅片结构对电弧特性的影响。结果表明,外施磁场作用下铁栅片会造成灭弧室内磁短路现象。相同仿真条件下,含铁栅片的灭弧室燃弧时间最长;动触头作为阳极更有利于弧根跃迁,燃弧时间缩短;当分断电流相同时,铜-绝缘栅片对电弧的冷却效果最佳;栅片倾角可以改变气流场分布,从而影响燃弧时间。 展开更多
关键词 直流空气断路器 空间磁场分布 栅片材料 栅片倾角 电源极性
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公路路基路面病害处治研究
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作者 彭世东 《黑龙江交通科技》 2013年第5期54-54,共1页
公路在路基与路面的质量上,均需要达到强度要求、稳定性要求、耐久性要求,公路只有在达到以上三种要求,在使用时,安全性才能达到保障,使用寿命更长,利用率也更高。但是由于自然因素及认为的原因,公路的路基里面存在在许多问题,如边坡损... 公路在路基与路面的质量上,均需要达到强度要求、稳定性要求、耐久性要求,公路只有在达到以上三种要求,在使用时,安全性才能达到保障,使用寿命更长,利用率也更高。但是由于自然因素及认为的原因,公路的路基里面存在在许多问题,如边坡损坏、路基滑坡等,可以采取边坡植被种植,保护边坡水土稳定;制作防护墙加固边坡,在特殊地质区应采用各种措施排出积水,保证路基的稳定性。 展开更多
关键词 公路 路基 路面 病害 处理
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Research on arc root stagnation when small current is interrupted in self-excited circuit breaker 被引量:4
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作者 Shidong PENG Jing LI +2 位作者 Yundong CAO Chongyang HUANG Shuxin LIU 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第11期14-25,共12页
The self-excited DC air circuit breaker(SE-DCCB)has been widely used in urban rail transit due to its excellent stability.It can realize forward and reverse interruption,but has difficulty interrupting small currents ... The self-excited DC air circuit breaker(SE-DCCB)has been widely used in urban rail transit due to its excellent stability.It can realize forward and reverse interruption,but has difficulty interrupting small currents due to the phenomenon of arc root sticking at the entrance of the arc chamber in the splitting process,which is known as arc root stagnation.A coupling model of the self-excited magnetic field and magnetohydrodynamics is established for the SE-DCCB with the traditional structure.The magnetic field,temperature and airflow distribution in the arc chamber are investigated with an interrupting current of 150 A.The simulation results show that the direction and magnitude of the magnetic blowout force are the dominant factors in the arc root stagnation.The local high temperature of the arc chamber due to arc root stagnation increases the obstruction effect of the airflow vortex on the arc root movement,which significantly increases the arc duration time of small current interruption.Based on the research,the structure of the magnetic conductance plate of the actual product is improved,which can improve the direction and magnitude of the magnetic blowout force at the arc root so as to restrain the development of the airflow vortex effectively and solve the problem of arc root stagnation when the small current is interrupted.The simulation results show that the circuit breaker with improved structure has a better performance for a small current interruption range from 100 A to 350 A. 展开更多
关键词 self-excited DC air circuit breaker small current interruption magnetic blowout force arc root stagnation airflow vortex
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