相控真空断路器的最佳燃弧区间研究

最佳燃弧区间的确定是相控真空断路器应用于短路电流开断时必须解决的问题之一。针对真空断路器弧后介质强度恢复过程的2个主要阶段:鞘层发展阶段和金属蒸气衰减阶段,分别建立了数学模型,提出了采用特征参数来表征它在2个不同阶段的开断能力。仿真分析了燃弧时间对这些特征参数即开断能力的影响,从而得到了最佳燃弧区间。通过对比10 kV和35 kV系统用真空断路器最佳燃弧区间的试验研究结果,证明了仿真分析的有效性。     

融合连续过渡模型与Helmer模型的真空断路器开断模型研究

真空断路器广泛应用于中压等级电网中,在频繁操作场景下易出现过电压问题,而真空断路器的弧后暂态过程直接决定了其分断特性和过电压特征。为解决现有真空断路器模型难以同时对其弧后过程和高频特性仿真的问题,该文搭建了融合连续过渡模型和Helmer模型的真空断路器开断模型,并通过试验和计算确定其仿真参数。以切除35kV系统用并联电抗器为例,研究该真空断路器融合模型与连续过渡模型和Helmer模型计算结果的差异。结果表明,融合模型能够同时考虑弧后介质恢复过程中重击穿和冷间隙重击穿现象;其弧后参数计算与连续过渡模型基本一致,高频开断特性和Helmer模型较为接近。通过分析高频开断过程中的鞘层生长和重击穿情况,可以得到引起真空断路器高频重击穿的主要原因。该文仿真结果验证了所提出的真空断路器开断模型的准确性,可为真空断路器高频分断条件下的弧后鞘层发展分析和重击穿原因判断提供参考。     

系统故障参数对真空断路器开断性能影响的建模与仿真研究

建立了基于扩散型真空电弧开断的真空断路器黑盒模型。以电流过零点为界,针对燃弧阶段建立了电弧电压模型,并根据试验数据确定了相关系数;针对弧后介质恢复阶段建立了基于朗缪尔探针理论的弧后电流模型,不同瞬态恢复电压（TRV）上升率对应的仿真结果与试验结果一致。基于所建立的模型,采用不同的方法评估了短路电流直流分量造成的真空断路器等效开断能力下降倍数,结果表明：燃弧能量法进行评估时最苛刻,转移电荷法次之,电流有效值法最轻。采用弧后电导表征真空断路器的弧后介质恢复程度,结果表明：TRV上升率主要影响弧后1.5 μs以后的介质恢复速率,而过零前短路电流下降率仅影响初始弧后介质恢复速率。最后给出了部分系统故障参数对真空断路器开断性能的影响规律。     

真空断路器弧后阶段鞘层发展过程的探针阵列诊断方法EI北大核心CSCD

真空断路器开断过程中弧后残余等离子体密度演变规律是关乎其开断性能的重要特征。基于探针诊断电子饱和区域工作原理,该文提出一种真空断路器弧后阶段鞘层发展过程的探针阵列诊断方法。设计探针阵列布置方式、探针阵列控制电路、探针阵列数据处理流程。基于可拆卸真空腔体和合成试验回路,搭建探针诊断实验平台,开展真空电弧弧后残余等离子体电子密度探针阵列诊断实验,得到探针阵列电流的衰减规律以及弧后电子密度的二维分布。研究表明:真空断路器弧后残余等离子体电子密度数量级范围为10^(10)~10^(11)cm^(-3),测量结果与已有文献结果偏差不超过5%,衰减时间范围为30~40μs,弧后阶段鞘层的发展规律与已有文献的诊断结果一致。结果验证了探针阵列诊断弧后阶段鞘层发展过程的有效性,为真空断路器弧后残余等离子体电子密度的测量提供一种经济、有效的诊断方法。     

机械式真空直流断路器弧后电流测量研究

机械式直流断路器弧后特性是表征其开断性能的重要参数.为获得直流开断过程中真空开关弧后电流峰值与时间、电流零点附近的di/dt、du/dt等影响规律,该文首先分析基于电流转移的机械式真空直流断路器弧后电流测量原理,设计机械式真空直流断路器弧后电流测量装置参数,搭建基于强迫过零方式的机械式直流开断实验平台,测量开断电流为1.5kA情况下机械式真空直流断路器弧后电流,讨论换向频率和恢复电压对弧后电流的影响.研究表明,基于电流转移的弧后电流测量装置可以有效测量弧后电流,弧后电流随着换向频率和恢复电压的增大而增大,恢复电压在相位上稍滞后弧后电流约100ns,且换向频率对弧后电流的影响大于恢复电压的影响,为断路器开断性能的优化研究提供了参考.     

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。     

真空断路器瞬态恢复电压与弧后电流相互作用仿真研究

为进一步理解真空断路器开断过程中的电流零区现象,仿真分析了真空断路器开断短路故障和切除电容器组时瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)和弧后电流的相互作用。在PSCAD/EMTDC中建立了基于Langmuir探针理论的真空断路器弧后电流仿真模型,仿真结果和试验结果相符,验证了模型有效性。仿真结果表明:开断短路故障时,是否考虑弧后电流对TRV没有明显的影响,弧后电流大小则与TRV上升率成正比;切除电容器组时,弧后电流对起始TRV有显著影响,但对工频恢复电压没有影响。此外,短路类型、短路点位置、短路合闸相角、系统等效电感、电容等网络参数对TRV和弧后电流也有很大影响。研究成果有助于分析不同工况下真空断路器面临的开断考验。     

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。     

基于改进型直流真空断路器弧后暂态仿真及介质恢复特性分析

应用于大电流、高di/dt分断环境的直流真空断路器,以绝缘恢复为主要特征的弧后暂态过程直接影响其分断特性.在鞘层发展过程中,弧后阴极表面电场强度及功率密度是引起电弧重燃的两种因素,为探究熄弧后真空断路器恢复电压变化规律,该文首先从提升弧后介质恢复能力的角度出发,在燃弧电流峰值约23kA、熄弧电流变化率约300A/μs的...     

真空断路器弧后仿真模型及参数优化方法研究

弧后介质恢复特性直接决定了真空断路器的开断性能,对其进行建模与仿真有助于深入理解真空断路器的开断过程。笔者在PSCAD/EMTDC中建立了基于朗缪尔探针理论的真空断路器弧后仿真模型,克服了连续过渡模型在求解时易出现数值振荡和电流截断的问题;并实现了基于模拟退火—单纯形法的参数优化方法,可有效克服单纯形法存在的可能陷入局部极小值而无法达到预期优化目标的缺点。通过不同瞬态恢复电压下弧后电流的仿真结果和试验结果,验证了仿真模型及其参数优化方法的有效性。研究成果为真空断路器开断特性的研究提供了一种有效的方法。     

真空断路器燃弧时间的统计分析

本文通过对开断试验中真空断路器开断额定短路电流时燃弧时间的统计分析,以求得从燃弧时间角度对真空断路器开断性能进行评估。     

无弧直流快速断路器及关键技术研究

无弧直流快速断路器主要由真空灭弧室、高速稳定操动机构、智能控制器构成,具有环保高效、安全可靠的优点。对直流断路器的熄弧原理、直流断路器发展、无弧直流快速断路器的关键技术进行研究。     

真空断路器弧后延时重击穿现象

真空断路器弧后延时重击穿现象关系到它的运行可靠性和可能引起危险的过电压,本文引用最近国外的研究结果探讨产生此现象的机理和应采取的对策。     

直流真空断路器大电流强迫换流分断特性分析与验证

基于有源强迫换流技术实现的直流真空断路器容易向中高压大容量场合拓展,是直流分断技术发展的重要方向。针对10 kV级直流真空断路器,进一步分析了大电流换流分断特性,并开展了换流分断过程的试验研究。研究结果表明:在燃弧电流峰值23 kA、电弧电流下降率300 A/μs条件下,真空断路器无法在电弧电流零点可靠熄弧分断,且真空间隙的弧后介质恢复过程存在一定的随机性和分散性。为了改善大电流弧后介质恢复特性,提出了串联二极管的直流真空断路器换流分断方案,利用二极管的反向阻断作用为大电流真空电弧提供一段"零休"时间。相同分断参数条件下的对比试验结果显示,在二极管反向阻断期间,尽管真空间隙可能会不断地重复进行"介质恢复–介质击穿–介质恢复"过程,但在此阶段的介质击穿不会导致电弧重燃,真空间隙最终均能在换流电容电压变为正极性前建立足够的介质强度,实现对直流大电流的可靠分断;同时在试验条件下,被试真空断路器弧后至少需要85μs才能完全恢复介质强度。     

真空断路器讲座—第四讲 真空开断时的截流现象,NSDD现象及操作过电压

真空断路器的灭弧原理与油断路器和SF.断路器的灭弧原理不同,它有其独特的技术问题,即真空开断时的截流现象、NSDD现象及操作过电压三个问题,现分述于下.1真空开断时的截流现象真空开断小电流时,会在电流未过零时提前熄弧,出现截流现象.造成截流现象的原因在于电弧电流下降到某一数值时,由于弧柱扩散速度过快,阴极斑点附近蒸汽压力和温度骤降,使金属质点蒸发,不能维持弧柱扩散的动态平衡,电弧骤然熄灭,此现象发生在电弧     

快速真空断路器分闸速度对短路电流开断燃弧时间窗口的影响

快速真空断路器由于其具有分闸时间短、分散性低等优势,便于电力系统短路故障选相快速开断的实现。然而,现阶段关于快速真空断路器短路电流可靠开断燃弧时间区间的研究仍属空白。文中目标旨在研究快速真空断路器分闸速度对其可靠开断的燃弧时间区间的影响。实验采用直径为58 mm、材料为CuCr50的平板触头。快速真空断路器分闸速度分别设置为2.5、3.5、4.5 m/s。实验依据国家标准GB/T 1984—2014关于40.5 kV T100s(b)试验方式进行。结果显示,随着快速真空断路器分闸速度的提升,其可靠开断的最短燃弧时间和最长燃弧时间呈降低趋势。研究结果可为快速真空断路器短路电流可靠选相开断策略的制定提供理论依据和技术支撑。     

金属蒸气作用下弧后等离子体扩散过程的二维粒子模拟

研究弧后阶段等离子体扩散过程是研究真空断路器弧后介质绝缘恢复的基础,有助于提高真空断路器的开断性能。该文通过建立二维蒙特卡洛粒子仿真模型,模拟真空断路器燃弧过程中的剩余等离子体在弧后瞬态恢复电压作用下的扩散过程,仿真过程中考虑了等离子体与金属蒸气的碰撞。另外,分析金属蒸气密度对弧后等离子体扩散过程的影响。结果表明,金属蒸气密度越高,等离子体扩散速度越慢,鞘层内电场越强,但带电粒子速度降低;与无金属蒸气情况相比,金属蒸气作用下,等离子体扩散过程中不再出现密度整体下降、鞘层发展速度迅速增加等特征,弧后电流随时间下降平缓,但当金属蒸气密度较低时,等离子体扩散过程又表现出与无金属蒸气时类似的特征。     

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。     

真空断路器弧后重燃的类型及理论

介绍和分析了近几年来国外对真空断路器弧后现象的理论研究。主要内容有：弧后多次重燃类型；Ｔｏｗｎｓｅｎｄ型击穿理论；鞘层增厚理论。     

10kV真空断路器弧后延时重击穿过电压及其对电容器绝缘影响的研究

结合国内真空断路器老炼技术和并联电容器补偿装置的运行经验,并通过开断并联电容器补偿装置时真空断路器弧后延时重击穿现象所引起的过电压发展过程的网络计算和概率分析,认为真空断路器良好的高频灭弧性能对过电压有强烈的抑制效应,采用单相法或三相法老炼合格的断路器开断并补时不会造成电容器绝缘的损害。