真空断路器的合闸弹跳与分闸弹振

通过试验，分析了真空断路器的合闸弹跳与分闸弹振，说明产生的原因及克服的方法，触头材料硬度越大，合闸弹跳越大；而触头压力越大，合闸弹跳赵小，较大的合闸弹跳增加了触头熔焊的可能性，从而导致短路开断失败。总结了调试真空开关实践经验，给出了几种减小合闸弹跳的方法。目前真空开关向“小开距”的方向发展，在条件允许的情况下，适当缩小触头开距，增加超行程，可以提高分闸速度，因此可以提高开断短路电充的能力。分析指出：分闸速度过大，会产生不利于短路开断的负面影响－分闸弹振。     

基于人工过零技术的直流真空分断过程分析及验证

针对人工过零直流真空分断过程,分析研究了影响真空分断特性的主要因素,并通过试验样机对直流真空分断过程进行了验证。研究结果表明,通过提高直流短路故障识别及快速真空开关分断速度降低弧后触头间隙的初始金属蒸汽浓度,在快速真空开关支路串联饱和电抗器减小电流过零后的电流变化率,为快速真空开关并联阻容缓冲电路减缓弧后暂态恢复电压的上升过程,设计快速真空开关动触头的最佳位移曲线并确定最佳燃弧区间避免换流分断过程中产生阳极斑点,从而改善大电流真空电弧后介质恢复特性,提升分断性能。研究成果为开发工程实用的直流真空断路器奠定了实践基础。     

双向强迫换流型直流限流断路器的分析与设计

针对强迫换流型限流断路器分断双向高上升率短路电流时关断电流的分流问题及其在关断额定及小电流时存在的过大冲击和需要判断电流方向等问题,该文提出一种新型的双向强迫换流型直流限流断路器方案,对故障电流和额定及小电流的关断分别采用不同的触头驱动模式和不同关断电路。分析电弧电压、真空开关支路及二极管支路分布电感对关断电流分流的影响规律,得到保证关断电流全部用于反向关断真空开关的约束条件及设计方法。设计900V/1kA断路器样机并完成额定和短路分断试验,可将初始上升率约为22A/ms的短路电流限流至10.9kA,分断时间小于1ms,分断额定电流时关断脉冲电流仅为1700A。试验结果表明,所提出方案的有效、可行和分析准确、可信。     

关于真空断路器合闸弹跳与分闸弹振浅析

本文阐述了真空断路器的合闸弹跳与分闸弹振的定义,并通过试验分析说明了其产生的原因:触头材料硬度越大,合闸弹跳越大;而触头压力越大,合闸弹跳越小;较大的合闸弹跳增加了触头熔焊的可能性,从而导致短路开断失败。总结调试真空开关实践经验,给出了几种减小合闸弹跳的方法。针对目前真空开关向"小开距"的方向发展,因此在条件允许的情况下,适当缩小触头开距,增加超行程,可以提高分闸速度,因此可以提高开断短路电流的能力。通过分析认为:分闸速度过大,会产生不利于短路开断的负面影响—分闸弹振。因此需要选择合适的触头开距。     

新型直流真空断路器强迫换流分断特性

基于强迫换流原理的新型混合型直流真空断路器是解决高上升率直流短路电流分断难题的有效方式。获知短燃弧、短间隙条件下真空开关大电流分断特性是快速直流真空断路器的研制基础。利用合成实验平台,研究了采用Cu Cr50平板型触头的真空开关,燃弧时间数百微秒,触头开距不足2 mm的条件下,分断20 kA左右电流的介质强度恢复特性。实验结果表明:真空开关分断电流17 kA时,以110 A/μs的速率换流过零后,经过41μs的近似零电压阶段的恢复,可以成功抗受10 kV/mm的电场应力,但延迟击穿重燃现象时有发生;分断电流21 k A时,电场应力不足5 kV/mm时,便会发生击穿重燃。通过触头结构设计,使开关分离拉燃电弧时形成双柱乃至多柱电弧成为改善真空开关分断特性的可行方法。     

双断口真空开关分断速度对动态电压分布影响

多断口真空开关的均压问题可以通过内在调控措施解决,分断速度是内在调控措施之一,但是对于速度调控的研究尚未深入。为研究操动机构分断速度对双断口真空开关动态电压分布的影响,在分析开断速度对电压分布影响机理的基础上,提出双阶段速度控制方法。并建立双断口真空开关模型,仿真分析同步、异步、变速分断情况下的电压分布情况。设计真空开关速度调控装置,搭建真空开关分断速度测试平台。试验表明：同步开断时,高低压侧开关速度变化对断口的电压分布影响较小。异步分断与变速分断均可以通过分断速度的改变调控动态电压分布,动态电压不均匀系数最多可降低15%。文中成果为研究多断口真空开关通过速度调控电压分布提供数据参考。     

基于智能模块的高压直流真空断路器研究

作为能源互联网重要组成部分的智能电网近年来发展迅速,其中高压直流输电以交流系统不可替代的优点,在可再生能源如风电与光伏发电集电网等方面具有广泛的应用前景。但目前为止,担负着控制和保护双重任务的核心组件——高压直流断路器自主研发仍存在技术瓶颈。该文通过高压直流短路开断的典型方案分析,提出了基于快速机构与联动关合的换流开断技术,给出由直流智能真空开关模块串联组成HVDC断路器的总体设计方案,为高压直流断路器的发展开辟一条新的路径。在直流真空开关分断过程分析中,分别利用连续过渡模型、Farrall公式、击穿统计特性对直流真空断路器电弧强迫过零点弧后介质恢复前期、中期及后期进行数值仿真分析,并采用对照分析方法分析介质恢复各阶段主要影响因素及其效应。该研究引用交流系统智能真空开关模块串联开断的成功经验探索HVDC短路开断新的路径,并给出了直流电弧分断过程的零区分析,可指导直流真空开关模块的开发。     

中低压真空开关研究与发展情况回顾（Ⅱ）

本文首先回顾了国外真空开关的发展，低压真空开关的新动向以及我国真空开关近年的发展情况，介绍了真空开关的某些基础研究，如大电流分断的物理极限；触头组成对小电流电弧稳定性的影响，电流过零时不稳定，电弧重燃，截流和过电压等研究，触头电性能和气体释放的测试方法，最后讨论了真空开关触头的性能要求，常用触头品种和电性能。     

低压断路器分断能力的计算和选择

在额定电压和额定电流下，正确计算线路的短路电流，适当选择低压断路器，可减少配电网络和工业设备发生短路等故障。阐述了断路器分断能力的定义与标准，对额定短路分断能力的选择进行了分析，给出了短路电流的计算公式，分析了额定短路分断能力选择时应注意的问题。     

中低压真空开关研究与发展情况回顾（Ⅰ）

本文首先回顾了国外真空开关的发展，低压真空开关的新动向以及我国真空开关近年来的发展情况，介绍了真空开关的某些基础研究，如大电流分断的物理极限；触头组成对小电流电弧稳定性的影响，电流过零时的不稳定，电弧重燃，截流和和过电压等研究，触头电性能和气体释放的测试方法，最后讨论真空开关触头的性能要求，常用触头品种和电性能。     

126 kV双断口真空断路器的理论分析

在分析国内外高电压等级真空开关研究的基础上,提出了研发126 kV双断口真空断路器的必要性和可行性,并针对双断口真空开关存在的缺陷提出了解决措施。在双断口均压问题上,笔者给出一种新型126 kV双断口真空断路器,通过理论分析,表明这种设计具有较好的断口均压特性,避免了采用断口并联电容均压方式带来的不利影响。利用永磁机构传动精度高的特点,将其应用在双断口真空断路器中,保证了双断口合分动作的同步性。     

工频零点电流转移限流及40.5kV快速真空开关仿真

随着电网的发展和负荷密度的增加,故障电流不断增大,如不采取措施,一些区域的故障电流将超过现有断路器的开断能力。笔者提出了一种基于工频零点电流转移的限流器方案。由快速真空开关和限流阻抗并联组成限流器,放弃限制故障电流的第一个峰值,降低了限流器实现的难度。笔者从工作电压、电流转移、动稳定性和热稳定性,以及快速真空开关等方面,论证了这种限流器的可行性。建立了基于等效回路法的仿真分析方法,对40.5kV真空断路器的电磁斥力机构进行了计算和优化。结果表明,工频零点电流转移型限流器所需的快速真空开关是可以实现的。     

多断口真空开关技术的发展与研究现状

在分析国内外高电压等级真空开关的总体现状的基础上,对多断口真空开关技术的发展与研究现状进行了综述,研究了多真空间隙串联的静态绝缘特性、多断口真空开关的动态绝缘特性及对多断口真空开关的操动机构及控制系统3个方面的内容。认为在解决各断口均压分布及同步问题后,多断口真空开关技术是实现高电压等级真空开关的合理选择。     

一种符合IEC标准的电压互感器保护用真空式限流熔断器

目前,国际上还没有能够完全保护电压互感器的熔断器,以及相应的IEC标准。笔者研究了一种新型的真空混合式全范围限流熔断器来保护电压互感器,为制定出相应的IEC标准提供技术支持,并指导该类产品的设计、制造、试验和运行。该产品是由真空熔断器和限流熔断器串联组成,采用环氧树脂工艺浇铸而成。根据熔断器的基本工作原理,利用真空熔断器具有特别陡的时间-电流特性,来开断小过载电流;利用限流熔断器来开断大过载电流和短路电流。试验结果验证该熔断器能够保证在额定电压因数波动范围为1～1.2时能够长期正常工作,额定电压因数为1.9时可以在30s内可靠动作,并且顺利开断了31.5kA的短路电流,实现了对电压互感器的妥贴保护。该产品具有结构新颖、性能安全可靠、性价比高等优点。     

大开距纵磁结构触头磁场特性的数值分析

通过分析几种用于中压真空灭弧室中的触头结构,探讨了将它们应用在高压真空灭弧室中的可能性。并用有限元的方法对单极线圈式和杯状纵向磁场触 头结构在大开距条件下的磁场特性进行了仿真计算。采用改变部分触头结构参数的方法来优化磁场分布,在分析计算结果的基础上探讨了将它们应用于高压真空灭弧室中的可行性。结果表明,在大开距条件下即使经过优化,1/3匝线圈式纵磁触头结构和杯状纵磁触头结构所产生的磁场也不足以控制真空电弧,而1/2匝线圈式纵磁触头有较强的纵向磁场,适合于大电流的开断。     

直流真空电弧强迫开断电弧形态

随着航空270V直流系统的应用,直流开关的需求逐渐增加。现阶段直流开关大多为空气开关,其开断容量较小,使用真空开关将对于提高开断容量具有一定优势。针对航空270V直流用短间隙真空灭弧室进行高频开断实验,研究了直流强迫开断的电弧电压、电流特性,分析了回路参数对直流强迫开断中平均电流变化率di/dt和弧后过电压dv/dt的影响。通过相同开断实验电流、相同电流变化率、不同触头结构情况下开断实验,分析了电弧直径动态特性。强迫熄弧过程中,平板触头电弧直径逐渐减小,纵磁触头电弧直径变化较小并在熄弧前迅速变化。针对不同电流实验,随电流升高电弧直径略有增加。起弧阶段,平板触头电弧直径随燃弧时间呈对数函数增加,而纵磁触头电弧直径基本保持不变。拟合得到平板电弧起弧时直径变化函数,随燃弧时间延长,平板触头电弧直径逐渐增大至大于纵磁触头电弧直径。     

利用大容量高速开关技术消除电抗器的漏磁通影响

利用大容量高速开关装置，在正常运行时将串联电抗器短接，消除电抗器漏磁通对其周围的金属产生的涡流发热；在发生短路情况下该装置快速断开，重新将电抗器投入，限制短路电流。     

一种提高高压直流断路器机械开关触发回路可靠性的方法

快速机械开关是高压直流断路器设备中的关键部件,在短路故障发生时,依靠其快速可靠的分断来转移故障电流,触发回路作为快速机械开关核心触发单元,其可靠性直接决定着整个断路器能否可靠运行。对此,从快速机械开关触发回路的可靠性着手,针对现有触发回路不足,研究提高触发回路可靠性的方法,以降低因触发回路异常导致快速机械开关失效的概率,进一步提升快速机械开关运行的可靠性,保障直流电网安全、可靠运行。     

触发电流对真空触发开关导通特性影响的实验

基于真空触发开关的导通机理,设计真空触发开关导通特性的实验研究方案。在详细分析真空触发开关导通过程的基础上,利用不同参数的触发电流导通真空间隙来研究对真空间隙导通过程的影响规律:在相同主间隙电压下,导通所需的触发电荷量随着导通时间的增长而在一定小范围内随之增长,而导通延时又随着触发电流的电流增长率和峰值增大而减小。再通过对导通过程影响规律的深入分析,得到了真空间隙的导通条件。即在主间隙电压为定值时,真空间隙导通所需的触发电荷量要近似满足一定关系。