纵向磁场和外部横向磁场共同作用下真空电弧偏移与阳极偏烧现象的仿真研究

在真空开关的开断过程中,外部母线和导电杆所形成的"U"型回路会在极间电弧区域产生横向磁场(transverse magnetic field,TMF)。横向磁场的存在会影响真空开关的开断性能,通过仿真对这一影响进行了初步的探索。基于真空电弧二维磁流体动力学模型及阳极熔化凝固模型,大电流真空电弧(high current vacuum arc,HCVA)在TMF和电极系统自生纵向磁场共同作用下的电弧参数分布及阳极温度分布得到了揭示。仿真结果中,HCVA在TMF的影响下会产生明显的偏移,并且各项参数都有所变化;阳极温度分布也会产生同样的偏移,最终使得阳极熔化也发生偏移。这些变化会对真空开关的开断产生不利影响,特别是离子密度的增大使得电流过零时极间残留等离子体增多,降低开关的开断性能。     

Modeling and Simulation of Deflected Anode Erosion in Vacuum Arcs

In vacuum switch devices, the connection bus bar out of the vacuum interrupter will generate a transverse magnetic field in the arc column region, and under the influence of this magnetic field, the whole arc column will deflect from the electrode center, thus leading to deflected anode erosion. In this paper, a two-dimensional deflected anode erosion model is established, anode erosions under different deflection distance are simulated and analyzed, and results of anode surface temperature, anode melting and surface evaporation flux are obtained. The simulation results show that the deflected heat flux density will lead to deflected distribution of anode temperature, saturated vapor pressure and vapor flux correspondingly, and the morphology of the anode melting pool has also the same deflection. Moreover, the anode center temperature and its gradient along the y direction decrease with the increase of deflection distance. On the contrary, the temperature of the anode side surface, toward which the heat flux density deflects, increases with increasing deflection distance. Related experiments also verify the correctness of the model and simulation results.     

电极材料和直径对真空电弧电压和阳极活动影响的实验研究

电极间的燃弧过程能够反映真空开关的开断特性及机制,采用实验手段分析和研究了不同电极直径和材料下真空电弧中的电极过程。在可拆卸真空灭弧室中,分别对直径为41、58 mm的纯铜和CuCr30的杯状纵向磁场电极进行了间距10 mm的大电流(有效值为10、12.5、15及17.5 kA)燃弧实验,用高速摄影仪拍摄电极间的电弧形态和阳极活动,并测量了电弧电压波形。以实验测量为基础,分析研究了真空电弧在不同电极直径以及铜和CuCr30材料下的电弧电压特性、阳极活动特性。实验结果表明:电极直径和材料与真空开关的开断性能有着密切的关系;随着电极间直径增大,电弧电压减小,电弧稳定、扩散态好,阳极斑点形成的电流阀值高,电极的开断能力较大。     

真空CuCr触头微粒的产生

介绍了CuCr触头在机加工后和开断额定电流后表面上产生的微粒对绝缘性能的影响,能更加深入地了解真空灭弧室中微粒产生的权理以及电流老炼的作用。对灭弧室生产厂家为改善灭弧室的耐压性能而进行各种处理的选择是十分有益的。     

基于超高频法GIS局部放电监测技术的研究

对于GIS局部放电的测量,超高频法是一种较为有效的方法。将频谱仪设置为零扫描模式,采用高频窄带的方法,通过安装在GIS内的超高频传感器获得的局放信号可以通过相位解析的方法表征其局放的点波波形。笔者给出了GIS中几种不同绝缘缺陷的点波波形及其指纹图。通过点波波形及指纹图,可以识别GIS中不同的绝缘缺陷类型。     

真空灭弧室触头材料的多孔骨架烧结工艺分析

本文主要分析和探讨了用浸渍法制造真空灭弧室触头材料的多孔骨架烧结工艺。文中首先阐述了多孔骨架烧结过程的特点,其次论述了多孔骨架烧结的方法和工艺,最后介绍了几种典型金属的多孔骨架烧结,并例举目前常用的CuCr触头材料从Cr粉颗粒烧结多孔骨架直至CuCr合金触头材料的制成过程。     

基于两电平电压源合成试验方法的混合式直流断路器开断过程仿真研究

直流断路器在研究过程中需要试验测试为设计提供参考,在其制造完成后则需要进行型式试验验证其可靠性。文中以15 kV电压等级的负压耦合型混合式直流断路器为例,对其短路电流开断过程进行仿真并提取了关键点电应力;阐述了两电平电压源合成试验方法,设计了适用于负压耦合型混合式直流断路器的两电平电压源合成试验回路,并优化了参数选取;将两电平回路下开断过程的仿真结果与开断过程所需的电应力进行对比,证明了两电平电压源合成试验方法可以提供开断过程所需的电压与电流应力,验证了两电平合成试验方法的等效性与可行性。文中研究结果可为高压直流断路器的研究、设计及试验提供参考。     

Distribution of Cathode Spots in Vacuum Arc Under Nonuniform Axial Magnetic Fields

Recent results on the distribution of vacuum arc cathode spots （CSs） in nonuniform axial magnetic field （AMF） are presented. Based on previous studies, we deem that two contrary influences of AMF, inward effect and outward effect, are attributed to CSs distribution. With this notion, we have analyzed the controlling effectiveness of nonuniform AMF on CSs distribution. Experiments were conducted in a detachable vacuum chamber with iron-style AMF electrodes. Images of vacuum arc column and the distribution of CSs were photographed with a high-speed charge coupled device （CCD） camera. Experimental results agreed well with the theoretical analysis.     

高压断路器综合在线监测系统的研制

高压断路器是电力系统的重要设备，高压断路器的状态监测一直是电力系统十分关注并迫切希望解决的问题之一。本文介绍一种基于INTEL80C196KC单片机和PSD4135可编程芯片的高压断路器综合在线监测系统。该系统实现了对断路器运行过程中的机械特性、绝缘特性和输电线路中短路电流进行实时监测，并采用双总线通信方式实现数据的传输，解决总线冲突问题。经试验验证，该系统具有实时性高、稳定性好等优点。     

高压气体断路器弧后电流特性的实验研究

弧后介质热恢复特性对断路器开断能力有着显著的影响,该文旨在通过实验手段研究不同因素对高压气体断路器弧后电流特性的影响。首先以126 kV SF6断路器为原型设计了实验样机,之后在不同触头分开时电流相位θ(20°、50°、80°),预期短路电流值I(12、18 kA)及腔体充气压力P(0.5、0.6及0.7 MPa)下进行了一系列开断实验,利用高分辨率的零区设备采集零区电弧电流。结果表明:间隙电弧重燃概率随θ增加而增大,当I=18 kA且P=0.5 MPa时,θ为20°时间隙未发生击穿,而θ分别为50°和80°时弧隙击穿且弧后电流的上升速率分别为1.03和2.08 A/μs;弧后电流及其上升速率随I的增大而增加,当θ=80°且P=0.6 MPa,I为12、18 kA时所对应的弧后电流上升速率分别为1和2.05 A/μs;当θ=80°且I=12 kA时,弧后剩余电流随着P的增大趋向于减小。气体的热开断能力与临界弧后电流存在对应关系,一定程度上可以考虑将弧后电流的临界值作为弧后热击穿的判据。