双断口真空断路器的动态介质恢复协同特性

多断口真空断路器的串联断口间动态介质恢复协同作用对其弧后特性、开断能力有影响。为此搭建了双断口真空断路器试验样机,进行了合成回路试验,旨在得到双断口真空断路器的动态介质恢复协同特性。研究了不同间隙、不同触头结构、不同均压电容对动双断口真空断路器开断能力的影响,得到了不同组合方式下的开断增益特性,试验结果表明:双断口真空断路器最佳的组合方式是横纵组合方式且横磁触头在高压侧,这是由于这种组合电压分布更加均匀,由于真空间隙的变化影响电压分布特性,进而得到横纵组合方式最佳的间隙配合特性。通过试验得到了不同触头结构灭弧室的组合均压电容大小对开断能力的影响,均压电容选取在500~2 000 p F为宜,且两个纵向磁场触头结构组合在同期动作下开断能力最强。     

双断口真空断路器开断速度对电压分布的影响

多断口真空间隙串联可以充分发挥真空短间隙绝缘恢复速度快、低碳环保等优点,但存在断口电压分布不均的问题,在断口两端并联过大的均压电容会增加弧后电流,限制双断口真空开关的开断能力。该文旨在寻找一种自均压方式,减少均压电容的使用。研究了双断口串联真空间隙两组触头在相同的真空环境下,燃弧期间开断速度对电压分布的影响机理。设计了双断口可拆式真空灭弧室,采用Maxwell电磁仿真软件,对静态情况下的电压分布进行了仿真。搭建了单腔体双断口真空断路器合成回路实验平台,对双断口相同速度和不同速度开断过程的断口电压分布进行了实验研究。实验结果表明,改变开断速度能改善高双断口真空断路器电压分布均匀性,为提高双断口真空断路器开断能力提供了借鉴。     

具有串并联结构的模块化多断口真空断路器静动态电压分布特性

为向基于光控模块的多断口真空断路器的静态、动态绝缘特性设计提供参考,建立三维有限元分析模型,计算126 kV U型布置的三断口真空断路器的静态电位分布和真空灭弧室内部的电场分布。利用110 kV振荡型合成试验回路,进行低电压、小电流三断口串联断路器样机的开断试验,测量三断口的瞬态恢复电压分布。计算和试验结果表明:三断口真空断路器的静态和动态电压分布不均匀,高压端断口的静态分压超过65%,串联样机进行试验时底部可以不安装支架;高压端断口的动态分压(瞬态恢复电压峰值)超过60%,1 000 pF均压电容可以满足低电压、小电流开断均压要求,高电压、大电流开断情况需进一步验证。     

双断口真空断路器配合特性仿真与试验

针对目前多断口真空断路器多采用并联均压电容,均压可能存在运行隐患的问题,通过研究双断口真空断路器间隙,配合和不同横磁(TMF)触头和纵磁(AMF)触头真空灭弧室组合取缔均压电容得到最佳的开断能力。基于真空电弧连续过渡模型建立了双断口真空断路器仿真模型,通过仿真与合成回路试验,研究了不同燃弧时间、不同期性和不同组合方式对开断能力的影响。仿真得到横纵组合方式具有最强的开断能力,且非同期动作(高压侧滞后动作)具有更强的开断能力,并得到了双断口真空断路器最佳间隙配合特性。试验结果验证了仿真结果,并且证明了双断口真空断路器非同期动作存在电压分布反转和开断突变区间。最后得到双断口真空断路器优化方案——对真空灭弧室的优化和非同期间隙的最佳配合,实现自均压效果进而取缔均压电容,为多断口真空断路器的发展提供了新的思路与方法。     

串联真空灭弧室工频预击穿电流的自均压作用

为给多断口真空断路器的开发提供理论和试验依据,进行了小开距下单断口和三断口真空灭弧室的工频电压击穿试验。工频电压击穿试验结果表明,三断口真空灭弧室的各断口电压分布在总电压的上升过程中得到了一定的改善,设计了双断口真空灭弧室的工频电压分布试验验证了该结论。真空灭弧室在工频电压作用下会同时流过容性电流和预击穿电流,故引入了预击穿电流对上述试验现象进行分析,提出了串联真空灭弧室的工频预击穿电流具有自均压作用。仿真得到的场致发射电流和试验得到的预击穿电流波形基本一致,表明真空短间隙的击穿主要是由场致发射引起的。而真正决定断路器开断成败的是暂态恢复电压,指出了多断口真空断路器不能仅依靠这种自均压作用,还需配置合理的均压措施。     

双断口真空开关瞬态恢复电压分布特性的仿真与实验研究

双断口真空开关介质恢复特性及暂态过程均压关系的探明是其成功开断的理论依据。运用暂态分析软件ATP搭建双断口真空开关仿真平台,利用其暂态分析控制系统实现了暂态真空电弧模型,在真空开关两断口有、无均压电容的情况下分别进行故障电流开断的仿真实验。搭建两真空灭弧室串联的双断口真空开关实验模型进行瞬态恢复电压分布特性的实验研究。实验与仿真结果吻合,共同证明双断口真空开关分断是否成功主要取决于介质恢复过程断口间电压分布是否均匀,两断口间的分压关系在动态介质恢复过程中主要由电弧电阻决定,而动态介质恢复完成后主要由断口两端的电容决定。因此,低分散性操动机构的设计与灭弧室两端均压电容的选定是双断口及多断口真空开关成功开断的关键因素。     

双断口真空断路器开断特性的试验与仿真研究

为分析双断口真空断路器的开断特性,建立了双断口真空断路器的合成开断试验平台和基于一种改进真空电弧模型的电磁暂态仿真平台。对开断电流、电弧电压、燃弧时间和瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)分配比例等参数进行了试验测量,通过仿真诊断等离子体参数,对试验结果进行了机理分析。结果表明:过长的燃弧时间会导致过大的燃弧能量和转移电荷,可能使电弧发生集聚;高压断口的延迟分闸会造成弧后残余等离子体特性的差异,从而加剧双断口真空断路器TRV分配的不均匀性;这2种情况均不利于开断。此外,双断口真空断路器均压电容的取值除了考虑TRV均匀分布外,还应兼顾弧后阴极表面电场分布的一致性,过大的均压电容反而不利于开断。因此,燃弧时间及其同步控制和合理均压电容值的选取是双断口真空断路器成功开断的关键。     

关合电容器组高频涌流对真空灭弧室绝缘特性的影响研究

研究发现单断口或者常规串联双断口真空断路器，无法有效提高电容器组开断参数、降低重击穿概率的原因为无法避免高频涌流电弧对触头表面的烧蚀破坏，从而导致断口绝缘强度大为降低。研究获得了高频涌流电弧烧蚀对真空断口绝缘强度和串联断口分压特性的影响规律；高频涌流电弧烧蚀对单个真空灭弧室和串联双真空断口绝缘强度的影响规律及串联断口的分压规律。实验结果表明，真空灭弧室受到涌流电弧烧蚀后场致发射电流大大增加，触头表面破坏越严重场致发射电流越大。触头都受到烧蚀后的串联双断口各自分压约50%，而未受烧蚀灭弧室与受烧蚀灭弧室的串联双断口，前者分压大于70%。以上研究成果可为提高断口绝缘强度、提升断路器电容器组开断参数及降低重击穿概率提供理论参考。     

模块化三断口真空断路器分布电容计算和均压电容分析

为了研究三断口真空断路器的电压分布特性,建立了基于光控模块式真空断路器的三断口真空断路器三维有限元分析模型,计算得到了竖直型和U型布置方式下三断口真空断路器的分布电容参数。进行了模块化三断口真空断路器工频分压特性试验,测量了2种布置方式下的电压分布。引入电容等值模型以实现对计算结果准确性的验证。试验与计算结果对比表明,电压分布相对误差<4%,2种布置方式下,高压端断口的分压均超过60%,需配置合适的均压措施。并基于分布电容参数,分析了不同均压电容值下三断口真空断路器的静态分压特性。     

双断口真空断路器的瞬态恢复电压分配机理与均压电容研究

瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)均匀分配是双断口真空断路器安全可靠运行必须解决的关键问题。从双断口真空断路器的暂态等值电路出发,建立了描述其TRV分配特性的数学模型,揭示了杂散电容和弧后等离子体特性差异是导致双断口真空断路器TRV分配不均匀的2个主要因素。基于真空电弧模型,仿真验证了双断口真空断路器TRV分配数学模型的有效性。不同均压电容下双断口真空断路器TRV分配特性的仿真和试验结果均表明:均压电容能有效提高TRV分配的均匀性;然而,过大的均压电容会显著提高重燃电流的幅值和持续时间,不利于双断口真空断路器的成功开断,即表现出负效应。因此,均压电容取值不宜过大,能保证TRV分配比较均匀即可。