高频涌流对真空灭弧室场致发射电流的影响研究

根据IEC相关标准,真空断路器投切背靠背电容器组实验需承受20 kA幅值、4 250 Hz频率的高频涌流。高频涌流会严重烧蚀真空灭弧室触头表面,导致开断过程中易发生重击穿现象,严重威胁电力系统安全运行。文中目标为研究工频电压下高频涌流对真空灭弧室场致发射电流的影响规律。实验选取4个相同7.2 kV真空灭弧室,分别关合10 kA和20 kA幅值涌流2次,每次关合高频涌流后,在1 mm定开距触头上施加工频电压并测量流经真空灭弧室的场致发射电流。实验结果表明,在触头上施加涌流的次数越多,涌流幅值越大,场致发射电流越大。工频电压下,场致发射电流具有不对称性。当外加电压超过临界电压值时,可以使场致发射电流显著增大。实验结果对探究容性电流投切弧后重击穿机理具有重要意义。     

合闸涌流对真空断路器重击穿特性的影响

真空开断技术已广泛应用于电力系统,但真空断路器在电容器组应用中仍存在问题,无法满足其投切要求,原因在于合闸涌流会破坏真空断路器绝缘性能。本文进行了在容性电流投切过程中合闸涌流影响真空灭弧室重击穿特性的试验研究。试验过程中分别对7.2kV和40.5kV等级真空断路器进行了电容器组投切试验。试验结果表明合闸涌流会直接影响触头表面状态,进而影响重击穿现象。当涌流幅值从0上升到5kA,7.2kV等级真空灭弧室重击穿概率会从5%上升到30%;当涌流幅值从4kA上升到5kA,40.5kV等级真空灭弧室重击穿概率会从3%上升到20%;此外,合闸涌流也会影响重击穿发生时间,随合闸涌流幅值上升,重击穿发生时间显著提前。     

40.5kV投切电容器组用双断口真空断路器的研究

针对40.5 k V真空断路器投切电容器组时重击穿概率高这一亟待解决的技术难题,利用串联断口技术实现电容器组电流开合,提出了40.5 k V双断口真空断路器的设计方案并进行了深入研究,以满足电力系统的要求。建立了由高频涌流振荡回路和工频振荡回路组成的容性电流开合试验回路,在试验样机上完成了多组背对背电容器组开合试验,表明双断口真空断路器可显著降低投切电容器组时的重击穿概率。采用合成试验方法对该样机进行了短路电流开合试验,表明双断口真空断路器具有足够的短路开断能力。为保证每个断口的工作负荷相近,对并联均压电容数值的选取进行了试验研究并确定了样机的优选值为400 p F。因此,文中提出的用于投切电容器组的40.5 k V双断口真空断路器设计方案是完全可行的。     

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。     

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《高压断路器技术发展动态》文集通过对SF6断路器开断能力、热气流的模拟、触头材料烧蚀状况、电弧能量、模型等的分析研究，介绍了SF6断路器的最新发展动态；通过对真空灭弧室大电流开断的物理过程、纵向磁场作用下大电流真空电弧的磁场控制、绝缘恢复特性、触头材料以及真空断路器其它性能的基础研究，     

不同灭弧室串联的双断口真空断路器分压特性研究

文中针对不同灭弧室串联构成的双断口真空断路器电压分布特性展开研究,旨在实现双断口真空断路器的自均压和最大开断能力。基于Ansoft仿真软件,建立了不同结构的12 kV真空灭弧室串联构成的双断口真空断路器电场分析模型,分析了每种组合的电压分布情况并计算了等效电容参数,通过双断口真空断路器等值电路分析了不同灭弧室串联组合的自均压效果。然后搭建了高频分压试验平台,进行了不同灭弧室构成的双断口真空断路器分压试验试验,得到了不同组合方式下的电压分布特性。结果表明:在无均压电容的条件下,通过不同灭弧室的合理组合可改善电压分布情况,获得较好的自均压效果,以提高双断口真空断路器的开断能力。文中的研究工作为减小均压电容和提高双断口真空断路器的开断能力奠定了基础。     

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。     

《国内外高压断路器技术发展动态》

<正>该文集通过对SF6断路器开断能力、热气流的模拟、触头材料烧蚀状况、电弧能量、模型等的分析研究,介绍了SF6断路器的最新发展动态;通过对真空灭弧室大电流开断的物理过程、纵向磁场作用下大电流真空电弧的磁场控制、绝缘恢复特性、触头材料以及真空断路器其它性能的基础研究,介绍了真空断路器的最新发展动向;还介绍了几种新型高压断路器的技术发展,以期对近期国内外在高压断路器方面的研究动向做一系统、全面的综述,供有关业内人士参考借鉴。     

混合型直流真空断路器触头技术——现状与发展

基于强迫换流原理的混合型直流真空断路器(hybrid direct current vacuum circuit breaker,HDCVCB)是直流开断技术的有效方式之一,其参数设计及开断能力决定于真空灭弧室的特性。介绍了混合型直流真空断路器的典型拓扑结构及其工作原理,对真空电弧理论和真空灭弧室触头结构的研究概况进行了阐述。分析了直流分断中电流波形与交流中的正弦波不同、电流下降率大、燃弧时间可控等特点,得到了其分断能力与换流电流投入时电弧形态和电极状态密切相关的结论。对不同触头结构下的真空电弧形态演化规律,不同条件下的真空灭弧室的强迫换流分断特性与介质恢复规律等实验研究工作进行了综述,最后对直流真空灭弧室的研发进行了展望。     

550kV、63kA单断口SF_6断路器已安装于变电所

<正> 东芝公司制造的550kV、开断电流63kA的单断口SF_6断路器已安装在东京电力公司新筑波变电所.其灭弧室形状和触头驱动方式有了改进,绝缘恢复特性有显著提高,故能将过去的双断口改进成单断口结构.操动速度与过去相等,断口间不设置电容器.它比过去的双断口断     

低压真空电弧分断性能的研究

低压真空电弧由于开距小，真空金属过零后的金属蒸汽扩散主要以触头吸收为主，其开断性能与高压真空电弧有很大差异，对于低压真空断路器，需要对触头材料和开距进行细致考虑方能发挥真空灭弧室开断电流的优势，同时有效地减少截流值。     

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。     

AMF与TMF高频磁场特性仿真对比分析

真空灭弧室的灭弧性能与真空灭弧室触头的磁场特性密切相关,其中纵向磁场(AMF)灭弧技术与横向磁场(TMF)灭弧技术应用最为普遍.基于人工零点的高压直流真空断路器,引入高频震荡电流帮助开断,为了分析真空断路器开断高频电流情况下的磁场特性,文中建立了两种类型的触头结构进行有限元仿真,对比分析真空灭弧室磁场特性以及触头片涡流...     

新型强迫换流型限流断路器真空介质强度的恢复特性

为了保证新型强迫换流型真空直流限流断路器关断短路电流的可靠性,对该型断路器分断过程的真空介质恢复特性进行研究。设计了与断路器关断过程等效的介质恢复试验方案,通过等效试验结果和理论推演公式的拟合,得到了新型强迫换流型限流断路器真空灭弧室触头打开过程的动态介质强度恢复规律。研究结果表明:减小燃弧能量、提高触头运动速度可提高真空灭弧室介质的临界击穿电压;综合考虑燃弧时间与燃弧能量及触头开距的关系,随着燃弧时间的增加,真空灭弧室临界击穿电压先减小后增大。所得介质恢复规律可以作为新型断路器优化设计的参考依据。     

12 kV交流真空断路器柔性化投切电力电容器的设计与应用

正输配电网普遍使用12 kV交流真空断路器投切电力电容器进行无功补偿,以提高电网的功率因数,节能降损,改善电能质量。通用12 kV交流真空断路器投切电力电容器存在涌流、重燃、非保持破坏性放电(NSDD)[1]等问题。采用双断口投切电力电容器的交流真空断路器能提高真空断路器容性电流的开合能力及动态耐压水平,显著降低重击穿概率[2]。双断口技术增加了交流真空断路器的复杂性和成本,减少了投切电力电容器过程中的重燃与NSDD,对合闸涌流影响不     

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。     

基于真空灭弧室和SF_6灭弧室串联的混合断路器技术发展与研究现状

在归纳国内外高压开关研究现状的基础上,综述了混合断路器技术的发展历史与研究现状,分析了真空电弧与SF6电弧的相互作用机理,研究了混合断路器的动态绝缘特性并得到混合断路器中两灭弧室相互作用的关键区间,对比说明了现有混合断路器样机的结构及控制特点,阐明了进一步研究混合断路器技术亟需解决的主要问题。认为应尽快探明两灭弧室触头动作的最优控制策略,得出不同开断容量的SF6灭弧室与真空灭弧室串联后其开断容量增益曲线,为混合断路器的工业化应用提供重要的理论基础。     

特高压电容器组开关触头烧蚀对开断特性的影响研究

特高压电容器组断路器开断电气寿命要求3 000~5 000次,频繁的投切操作使得断路器弧触头烧蚀磨损严重,直接影响断路器开断性能及电气寿命。为寻求弧触头烧蚀程度对断路器开断特性的影响规律,从断路器灭弧室绝缘特性和压气特性两方面开展研究。针对特高压电容器组断路器额定1 600 A电流开断工况,给出最佳的开断策略和弧触头所能承受的最大烧蚀程度。结果表明:弧触头烧蚀程度越大,开断电流值越大,弧后发生重燃的几率越大;弧触头所能承受的最大烧蚀角为82°;为保证弧后不发生重击穿,燃弧时间应小于2 ms,开断相角应在[0,0.8π]∪[π,1.8π]。研究结果可直接用于特高压电容器组开关的设计研发。     

同步开关技术对提高开断电容器组性能的研究

断路器在开断电容器组时引发的重击穿过电压可破坏设备绝缘,对电网的安全运行构成威胁。采用同步开关技术合理延长燃弧时间,可有效降低重击穿概率。文中结合弧隙介质恢复理论与断路器同步关合特性,根据重击穿的判据条件,提出了一种重击穿概率计算新方法,从数理角度分析了触头分离时间、断路器绝缘强度上升率对重击穿概率的影响;再通过35 kV永磁真空断路器动态预击穿试验得到其绝缘介质恢复特性,利用上述计算方法并结合试验数据得出:在分闸动作时间最大允许偏差为±2 ms时,将选相控制器的预设燃弧时间选择在4~6 ms范围内,可实现开断电容器无重击穿,为选相切除电容器组提供了一定的技术参考。