X射线法评估灭弧室真空度的可能性研究

笔者主要针对目前中压开关设备中使用非常广泛的真空灭弧室,研究其X射线吸收剂量率与真空度的关系,探讨以X射线吸收剂量率作为参量评估真空灭弧室的真空度的可能性。实验结果表明,经过电压老炼的真空灭弧室,在真空度低于10-2Pa时,也可能通过工频耐压试验,但其X射线发射的起始平均电场强度显著降低。因此X射线测量可与工频耐压试验配合进行,以检测出可通过耐压、但真空度已低于10-2Pa的灭弧室。     

基于X射线激励下的真空压力检测

利用X射线对气体分子的电离作用 ,在一定电压下用一束X射线照射真空灭弧室 ,使灭弧室内产生电离电流。实验证明 ,电离电流与灭弧室真空压力之间具有对应关系 ,有助于真空灭弧室真空压力的检测。     

基于X射线量变化评估真空灭弧室真空度的方法

为了找到一种操作简便且准确度高的方法来进行真空度评估,笔者提出了一种不需外施磁场、利用测量X射线量变化来判断真空灭弧室内部真空度的方法。对于真空灭弧室在指定开距下施加工频电压时,场致发射电子会以很高的速度从阴极表面逸出,在触头间电场的作用下加速轰击阳极,基于轫致辐射的原理会从阳极表面释放出X射线。这时,真空度的差异会使产生的X射线释放强度以及变化情况有所不同,因此,利用测量释放的X射线量的变化可判断真空灭弧室内部的真空度。笔者通过理论分析,得出了X射线量与真空度的关系,并进行了试验验证。     

用射线法检测真空灭弧室的真空压力

X射线对气体分子具有电离作用，用一束X射线照射真空来弧室可导致真空灭弧室内残余分子电离，电离电流值与分子数有关，分子数与真空压力直接相关，因此该电流值与真空压力相对应。这一特性有助于真空灭弧室真空压力的检测。     

真空灭弧室中屏蔽罩电位动态测试及分析

本文通过测量真空灭弧室中屏蔽罩电位与电弧电压和恢复电压关系的动态变化波形，探讨真空灭弧室在短路电流分断过程中，真空电弧的燃弧规律和弧后介质强度恢复规律。在试验结果的基础上，对真空灭弧室屏蔽罩电位与触头间电压的动态关系进行了数学推导，从理论上分析了屏蔽罩电位的变化规律，证实这是一种研究真空灭弧室性能的可行方法。     

老炼方式对40.5kV真空灭弧室投切背对背电容器组的影响

为了降低真空灭弧室在投切背对背电容器组时的重燃率,文中采用试验的方法,研究了电压老炼、电流老炼和纳秒脉冲老炼对40.5 kV真空灭弧室投切背对背电容器组的影响,得出了老炼方式对40.5 kV真空灭弧室投切背对背电容器组的影响。纳秒脉冲老炼可以比较均匀的覆盖整个触头表面,而电压老炼和电流老炼只能覆盖触头表面的局部。纳秒脉冲老炼的真空灭弧室一次性通过投切背对背电容器组试验,电流老炼的真空灭弧室完成16次投切背对背电容器组试验后发生重燃,电压老炼的真空灭弧室完成一次投切背对背电容器组后300 ms发生重燃。     

真空灭弧室预击穿的测量与分析

通过对真空灭弧室击穿电压的测量,拟合出了真空灭弧室在小间隙下的击穿电压与间隙的关系式,结合对真空灭弧室电场强度的计算,得出了真空灭弧室的动、静触头在不同间隙下的击穿场强。将拟合到小间隙下的击穿电压与间隙的关系式应用到真空断路器关合时的预击穿特性,根据断路器的关合动特性,得到了断口间耐受电压随时间的变化规律,由此得出断路器实现同步关合的速度低限,以及在什么相位进行关合时暂态分量最小。     

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。     

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。     

电压和电流老炼对真空灭弧室质量的影响

本文论述了对制造真空灭弧室过程中,在工频电压、并联电容电压和直流电流老炼时所出现的现象、触头燃弧表面的金相结构及触头材料放气特性曲线进行研究分析后,提出了“排气”和“一次封排”工艺制造真空灭弧室时应采用的老炼方法。     

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。     

真空开关真空度测试仪的应用

传统判断真空开关真空泡是否漏气的主要方法是通过交流耐压试验，但事实证明，用交流耐压试验并不能完全真正检测到真空开关真空泡漏气与否，最有交的方法是检测真空泡的真空度。为此，介绍一种可检漏方法－利用真空度测试仪检测，并介绍真空度测试仪的原理及其实际应用，实践说明真空度湿度测试仪能更加准确地反映真实泡的运行状况。     

基于低能量直流的真空断路器短路开断能力评估

针对目前真空断路器无法在现场进行短路开断能力评估的问题,提出一种利用低能量直流对真空断路器短路开断能力的评估方法。首先分析真空断路器的基本结构和电弧开断原理,得出工程实践中真空断路器开断故障电流失败的原因;其次使用小容量直流高电压、直流大电流模拟真实情况,在断路器触头间注入可控的直流电流和直流电压,通过检测断路器分闸过程电气量变化时间来评估断路器的极限开断能力。对安徽某变电站VS1-12真空断路器进行现场测试,结果表明低能量直流法能有效评估真空断路器短路开断能力,适合现场对断路器短路开断能力的筛查评估。     

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。     

高电压等级真空灭弧室绝缘结构的研究

为了解真空灭弧室的绝缘性能,通过对72.5kV真空灭弧室试品的冲击耐压试验以发现规律、分析其影响因素并改进绝缘结构。试验表明,其内部绝缘击穿并非发生在触头间隙,而是触头背部与主屏蔽罩间的间隙放电。增大触头边缘与背部过渡处的圆弧半径后,提高了耐压水平。进一步提出126kV真空灭弧室内部绝缘结构的设计方案,计算了电场分布情况并用真空灭弧室绝缘击穿的统计特性分析其耐压特性。     

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。     

高电压真空灭弧室触头间长间隙的真空绝缘特性

对高电压真空灭弧室触头间长真空间隙(40 mm及以上)的真空绝缘特性进行了讨论,包括击穿电压(直流电压,工频交流电压和标准雷电冲击电压)与触头开距的关系以及长真空间隙的老炼特性.目前对72/84 kV级高电压真宅灭弧室触头间隙范围(40mm及以上)的长真空间隙绝缘特性有了一定的了解,而126 kV级高电压单断口真空灭弧室触头问长真空问隙范围(60mm及以上)的绝缘特性研究还有待深入开展.     

真空中绝缘子沿面预闪络现象的研究

真空中绝缘子沿面闪络现象是制约真空系统电绝缘性能的一个重要因素。通过实时观察冲击电压作用下真空中绝缘子上的冲击电压波形,以及相应的冲击电流和绝缘子表面的发光信号,并在线测量真空中绝缘子的表面电荷分布,研究了高纯度Al2O3陶瓷绝缘子在真空中的沿面预闪络现象。研究结果表明,绝缘子预闪络现象与施加冲击电压的大小、施加次数等有关,同时,沿面预闪络现象也与表面电荷分布有关,根据试验结果提出了一种关于绝缘子预闪络现象的模型,该模型能够较好的用来解释真空中绝缘子沿面预闪络现象以及沿面闪络发展过程。     

论高压真空灭弧室和真空断路器的产品开发

介绍了真空断路器的简史,真空断路器与SF6断路器的对比,以及我国开发126kV高压真空断路器的途径。