363kV多断口快速真空断路器电场仿真分析

针对真空开关在363 kV电压等级电网中的应用问题,提出了一种新型具有串并联结构的多断口快速真空断路器。根据单台断路器的实际设计尺寸建立了多重介质三维电场计算模型,采用有限元计算得到了整机的电场分布。对整机的均压环、绝缘子、灭弧室和均压电容的绝缘强度进行了分析。计算结果表明:在额定电压下,均压环表面电场最大值为1.23 kV/mm,绝缘子表面电场最大值为0.48 kV/mm,灭弧室内外、均压电容以及其他部件的表面电场均小于0.4 kV/mm。整机电场均处于控制范围内,计算结果可以为样机的优化和生产提供参考。     

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。     

基于APDL与GUI动态电场计算方法研究

开断容性电流是高压断路器一项重要而且严格考核的试验项目。由于容性开断电流非常小,灭弧室内气流状态对开断过程影响较小,开断过程可近似为空载开断。此时断路器性能主要决定于灭弧室的动态电场分布,因此计算断路器在开断容性小电流时的动态电场分布有很大的工程意义。文中结合断路器灭弧室结构特点,提出了基于APDL参数化编程为主、GUI为辅进行断路器开断容性小电流过程中动态电场的计算方法。通过研究动态电场计算数学模型、动态数据模型及电场最大值的动态提取及曲线绘制等关键技术,实现断路器灭弧室的动态电场计算和绘制关键零件电场最大值的变化曲线。通过一种典型瓷柱式断路器的灭弧室动态电场计算,获得关键零件电场最大值并绘制变化曲线,以此判断动态电场分布是否满足设计要求。该方法效率高、通用性强,对开断容性小电流的断路器设计和研发具有指导意义。     

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。     

真空断路器讲座：第二讲 真空间隙的绝缘特性

真空断路器处于合闸位置时,其对地绝缘由支持绝缘子承受,一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障,断路器动作跳闸后,接地故障点又未被清除,则有电母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受;各种故障开断时,断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。因此,真空间隙的绝缘特性成为提高灭弧室断口电压,使单断口真空断路器向高电压等级发展的主要研究课题。     

环保型罐式多断口真空断路器电场分析与优化

环保替代SF_6断路器是高压开关领域亟待解决的问题。文中提出一种基于多断口真空开关灭弧、环保气体绝缘的全环保型罐式多断口真空断路器思路与整体方案。采用COMSOLMultiphysics软件建立126kV环保型罐式多断口真空断路器电场模型,仿真得到罐体内部多断口真空开关连接结构、灭弧室等关键部件电场分布。依据该电场分布对罐体内部绝缘薄弱部分进行优化设计,确定罐式断路器结构参数,将罐体内最大电场强度由30.5 MV/m降低为18.5 MV/m。通过分析环保型CF_3I气体的绝缘特性,联合电场分析与电场优化结果对环保绝缘气体初步选型,初步得到了126 kV全环保型罐式多断口真空断路器的设计,为后续126 kV罐式多断口真空断路器样机研制及更高等级罐式多断口断路器样机研制提供了理论依据。     

高电压真空断路器的技术进展

高电压真空断路器涉及高电压真空绝缘．大电流真空开断．额定电流与温升．机械特性．真空灭弧室外壳绝缘以及容性电流开断．小感性电流开断等诸多技术领域。具有高度的技术挑战性。     

高压真空灭弧室内部电场分布的影响因素

为了解高电压真空灭弧室内部的电场分布情况,建立了真空灭弧室的电场数学模型。应用电场数值分析方法和有限元软件详细计算不同屏蔽罩与触头尺寸对真空灭弧室内部电场分布影响的结果表明,因高电压真空灭弧室开距较大,触头间隙不再是场强集中的区域,在高压真空灭弧室小型化设计过程中,除考虑电极间的绝缘外,更需考虑电极与屏蔽罩之间的绝缘。合理设计屏蔽罩的尺寸、位置和触头的形状可有效改善灭弧室内部的电场分布,提高真空灭弧室的耐压能力,从而为国内72.5kV以上电压等级真空灭弧室的研制提供了理论依据。     

4种典型交流滤波器断路器灭弧室电场分析

内部绝缘不足是引起换流站交流滤波器(alternating current filter,ACF)断路器发生爆炸事故的原因之一,为此开展了典型ACF断路器灭弧室内部电场分布的仿真研究。首先,基于电场数值分析理论,采用Solidworks和ANSYS软件建立了4种典型550 kV ACF断路器三维数值仿真模型;然后,仿真分析了弧触头网格剖分尺寸对灭弧室电场计算结果的影响,基于仿真数据对比分析了4种结构的ACF断路器在熄弧后开断过程中灭弧室的电场分布和不均匀系数,评估了断路器灭弧室内部相对绝缘强度;最后,分析了燃弧时间和平均开断速度对典型ACF断路器灭弧室电场的影响,初步提出了优化措施。仿真分析结果表明:弧触头的剖分尺寸可取0.2~0.5 mm;4种典型结构ACF断路器灭弧室内电场分布属于稍不均匀场,在正常开断情况下都能满足绝缘裕度要求;增加燃弧时间和平均开断速度,能够减小典型ACF断路器灭弧室各部件最大场强,提高绝缘裕度。     

550kV单断口SF6罐式断路器绝缘影响因素研究

以550kV单断口SF6断路器为研究对象,采用有限元法对断路器灭弧室空载开断全程不同开距下静电场进行数值计算与分析。通过比较不同形状喷口结构的灭弧室电场分布,定量分析了喷口结构对动静弧触头表面电场的影响。     

长期运行的330kV断路器灭弧室全场域电场计算分析

运用有限元计算方法,以长期运行的一相330kV断路器零部件实测尺寸为依据建立模型进行静态电场仿真计算,并与依据标准图纸尺寸建模的静态电场仿真结果进行对比分析。通过对比计算结果,讨论了灭弧室参数对电场分布以及开断产生的影响。结果表明．LW13—363型断路器在长期运行后其灭弧室零部件尺寸的变化会引起灭弧室电场的变化,造成断路器断口承受恢复电压能力下降、开断性能下降和短路开断时主触头闪络的可能性增大。     

金属微粒对交流滤波器断路器灭弧室电场的影响

换流站交流滤波器断路器因切断频繁等因素发生了多起爆炸事故,威胁了电网运行安全。分析表明交流滤波器断路器合闸涌流对弧触头烧蚀产生的金属微粒,可能会引起灭弧室电场畸变进而降低设备绝缘强度,为此文中开展了金属微粒对交流滤波器断路器灭弧室电场分布的仿真研究。首先基于电磁场数值分析理论,采用Solidworks和Ansys软件建立了550 kV ACF断路器和不同形状金属微粒的三维数值仿真模型,并仿真分析了无金属微粒情况下ACF断路器开断过程中的电场分布;然后,研究了金属微粒形状和半径对灭弧室电场分布的影响,研究表明,金属微粒的存在增加了灭弧室最大场强,且不同形状金属微粒对灭弧室电场计算结果影响程度不同,对于半球体微粒,最大场强随微粒半径增加而减小,且当其附着于静弧触头表面时对灭弧室绝缘性能影响最大;最后,基于灭弧室无金属微粒时电场优化结果,分析了静弧触头表面有金属微粒时,燃弧时间对交流滤波器断路器灭弧室电场的影响,并提出了优化措施,即将燃弧时间提至5 ms时,灭弧室最大场强将小于SF6气体工程击穿场强。     

模块化多断口真空断路器电位和电场分布研究

为分析基于光控模块的三断口真空断路器的静态电位分布和真窄灭弧室的电场分布,建立了模块化真空断路器的三维有限元分析模型.计算了竖直型和U型布置时的三断口真空断路器电位分布,采用子模型法分析了真空灭弧室内部的电场分布,同时进行了三断口真空断路器工频分压特性试验.计算与试验结果对比表明:两种布置方式下,高压端断口的试验与计算...     

高电压等级真空开断技术

削减与替代SF6气体成为电力开关领域研究人员为应对全球气候变化所担负的历史使命。发展高电压等级真空开断技术是削减与替代SF6气体的有效手段。文中从真空绝缘、大电流真空分断,操动机构与分、合闸曲线控制技术,额定电流的提升4个方面阐述了高电压等级真空开断的关键技术。介绍了高电压等级真空断路器在国内外的应用与运行情况。并从8个方面展望了高电压等级真空开断技术发展的前景,包括采用陶瓷外壳真空灭弧室及多重屏蔽罩结构、额定电流提升技术、真空灭弧室外部采用SF6替代气体绝缘、新型操动机构技术、气体绝缘封闭"真空"组合电器、液氮绝缘封闭"超导"组合电器、新型高压直流断路器和超特高压真空断路器。     

一种新型真空灭弧室的触头结构及其纵向磁场计算

介绍了一种新型真空灭弧室触头结构,并对其纵向磁场分布特性进行了计算,结果表明其纵向磁场较强且具有良好的分布特性,适用于开断大电流以及高电压等级的真空灭弧室中,并有利于断路器的小型化。     

不同介质灭弧室串联的混合断路器仿真研究

提出采用真空与SF_6灭弧室串联构成的混合式断路器应用于高压直流领域,充分利用真空介质恢复强度快和SF_6介质恢复强度高的优点,在弧后初始阶段,真空灭弧室承受主要的暂态恢复电压(TRV),后期TRV主要由SF_6灭弧室承担。搭建了混合式高压直流断路器的仿真分析模型,分析了弧后动态电压分布与动态绝缘特性配合,并研究了混合式高压直流断路器的电流转移过程。在电流转移过程中不同介质灭弧室在不同阶段承受TRV可以提高混合直流断路器的开断能力,得到了最佳配合工作方式。为混合式高压直流断路器的研究奠定了理论基础。     

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。     

采用全武合金触头材料真空断路器灭弧室的绝缘特性

真空绝缘性能决定着真空灭弧室的设计及成本,在真空断路器向高电压等级发展的背景下真空绝缘性能研究显得尤为重要。触头材料是影响真空绝缘性能的重要因素之一,因此新型触头材料真空绝缘性能的研究成为真空绝缘研究领域的热点。基于以上分析,研究了一种新型触头材料—全武合金的真空绝缘性能,并将它与真空灭弧室常用触头材料CuCr25和CuCr50的绝缘性能进行了对比。首先对3种触头材料的真空灭弧室试品用升降法进行了雷电冲击试验,结果表明3种触头材料击穿电压的概率分布均符合Weibull分布,在触头开距为2～10mm范围内其50%击穿电压的关系为CuCr50>全武合金>CuCr25;然后对3种触头材料用升压法进行了工频击穿试验,结果表明当开距为1m,升压速度为3kV/s时,3种触头材料绝缘强度的关系为CuCr50≈全武合金≈Cu-Cr25;最后对比了工频升压速度对全武合金绝缘特性的影响,结果表明当升压速度从3kV/s降为1.5kV/s时,击穿电压升高了1.6倍。     

基于实际气体Redlich-Kwong方程的SF_6断路器开断特性

准确的气体状态参数是计算灭弧室气流特性的关键,对SF6断路器的优化设计有重要意义。联合求解实际气体Redlich-Kwong状态方程与流场控制方程,依据Leslie S.Frost焓流电弧模型与等离子体微观参数建立非平衡态电弧能量动态模型,对40.5 kV电容器组SF_6气体断路器灭弧室进行冷态与热态气流场分析,在空载与容性小电流开断条件下,得到灭弧室内气体的压强、密度、温度分布。在开断过程中分析断路器的压力特性,通过电场与气流场的耦合计算得到弧触头间电弧熄灭后的介质恢复特性曲线。计算结果表明:Redlich-Kwong状态方程的计算误差可低至2.11%,与理想气体状态方程相比,采用Redlich-Kwong状态方程进行计算具有更高的准确度。气体流速较大时,气体状态方程对气体压强的影响较大,实际气体状态方程得到的气体压强高于理想气体。断路器开距7 mm后,电场强度最大值下降速度趋于平缓。断路器在开断容性小电流时,如果开断相角分别为1/10π、1/5π、3/10π、2/5π、1/2π,计算得相应燃弧时间分别为0.6、0.73、1.8、2.9、3.7 ms,存在提前熄弧现象。熄弧后断口间击穿电压始终高于瞬态恢复电压值,能够成功开断电弧不出现重燃,为获得较高的击穿裕度,开断相角应大于1/5π。     

12kV配永磁机构真空断路器的电磁特性研究

应用有限元方法分析计算了12kv真空断路器所用的单稳态永磁机构的静态磁场，给出了不同载荷下的磁场分布曲线，同时分析计算了12kV真空断路器的两种灭弧室的静态电场及相间绝缘问题。