SW2-66/630高压断路器樊高

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对真空断路器在不同真空度情况下的有限元电场 分析，以及模拟实验的测量分析，可以得出以下几点结论:屏蔽罩电位与断路器外的测量点电位基本保持同步变化的关系，对测量点处电位的测量能够很好地反应屏蔽罩的电位；在压强小于10-2Pa的高真空下，测量电位的变化极其弱，检测难度较大。但在压强处于10-2Pa之上时，测量电位有较大的变化，因此可以对此时的电位进行测量，作为真空断路器检修的预警号。本文的分析结果给基于屏蔽罩电位测量真空度的方案提供了参考和依据，对在线真空度测量系统的研究具有积极意义。为进一步理解真空断路器开断过程中的电流零区现象， 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(transientrecoveryvoltageTRV)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 模型， 结果和试验结果相符，验证了模型有效性。 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。引言真空断路器采用真空作为灭弧和绝缘介产品研发、生产、销售和服务为一体的规模型企业，公司技术力量雄厚，设备配套完善，产品型号多样，随着公司的不断发展，产品设计科学、制作精良、造型美观，是现代电网建设的理想的配套产品，其中户内（外）真空断路器，隔离开关，负荷开关，氧化锌避雷器，熔断器，穿墙套管，绝缘子，电流互感器，高压电力计量箱等一系列高低压电气产品畅销全国各地我们以“科技兴业，质量创牌，诚经营，优良服务”的企业宗旨；一直致力于追求卓越的民族电气工业，为广大新老用户提供优质的产品和良好的服务而不懈努力，您的满意始终是我们追求的目标，真诚欢迎新老朋友惠顾，共创美好未来。质，具有熄弧能力强、体积小、重量轻、使用寿命长、无火灾危险、不污染环境等特点，广泛应用于40.5kV及以下电压等级的中压配网中。在真空断路器的电流开断过程中，由于真空电弧电压很小，从电流即将过零到过零瞬间，真空间隙一直充满着高电导率的电弧等离子体，从而与外电路之间没有明显的相互作用。电流过零时真空间隙中仍然存在许多残余粒子，包括电子、离子、金属蒸气和金属液滴等。电流过零后，触头间的残余电荷将在瞬态恢复电压(transientrecoveryvoltageTRV)的作用下发生定向移动，形成所谓的弧后电流。真空间隙随着残余粒子的不断扩散从高导电状态迅速转变成高阻状态。因此，真空电弧(如残余粒子扩散、弧后电流等)与外电路(主要为TRV)的相互作用主要发生在电流过零后。而在SF6断路器中，气体电弧与外电路的相互作用主要发生在电流过零以前。由于电流零区(尤其是零后几到几十μs内的间隙状态)是真空断路器成功开断的关键，故许多研究人员对其进行了试验和 研究，试图从中找到表征真空断路器开断性能的特征参数。如参文对真空断路器大电流开断过程的电流零区进行了高分辨率的参数测量。

真空断路器的瞬态过电压已有大量文献对此进行分析与研究，不过大部分是针对电弧炉等生产设备进行的。由于光伏发电系统内通常利用LC滤波模块对输出电压进行整流，而此模块也多用于抑制电路内的瞬态响应，因此LC滤波模块对于控制真空断路器的瞬态过电压是否有着积极影响对于研究光伏系统内的断路器瞬态响应有着重要意义。完善，产品型号多样，随着公司的不断发展，产品设计科学、制作精良、造型美观，是现代电网建设的理想的配套产品，其中户内（外）真空断路器，隔离开关，负荷开关，氧化锌避雷器，熔断器，穿墙套管，绝缘子，电流互感器，高压电力计量箱等一系列高低压电气产品畅销全国各地我们以“科技兴业，质量创牌，诚经营，优良服务”的企业宗旨；一直致力于追求卓越的民族电气工业，为广大新老用户提供优质的产品和良好的服务而不懈努力，您的满意始终是我们追求的目标，真诚欢迎新老朋友惠顾，共创美好未来。本文旨在研究真空断路器的瞬态响应在光伏发电系统中造成的影响，以12kV/1 250A规格的真空断路器为例进行测试，并重点关注光伏器件中的LC滤波机构在抑制瞬态响应中的作用。1、光伏发电系统结构本文在研究时采用的光伏发电系统等效框图如图1所示。其中太阳能电池板用于将太阳辐射的能量转化为直流电势，其具体参数及非线性特性等由生产商提供。直流电势须经由DC/DC升压模块以及DC/AC逆变器转换为合适的交流电力输送给电气网络。图中的LC滤波器主要作用是用于限制逆变器得到的交流电中的谐波失真等非线性干扰。真空断路器利用真空作为灭弧介质以及灭弧后触头间的绝缘介质，得益于其高真空环境，触头间的介电常数是标准大气压下的十倍以上，因此其电流截断能力也远强于普通断路器。然而正因其较强的电流截断能力，真空断路器在操作时易产生较高的过电压，当电路中存在电机、变压器、电抗器等高电感元件时，容易在这些元件两端形成瞬态高压，损坏电路。真空断路器在光伏发电系统中的瞬态响应分析图1光伏发电系统框图2、瞬态响应测试本文在对真空断路器的瞬态响应进行测试时，利用了一台250kVA的配电变压器对光伏发电系统的逆变器输出部分进行模拟，该配电变压器工作在0.1kV，获得6kV电压后，经由真空断路器串联至20kVA变压器。真空断路器采用12kV/1250A规格，簧运动机构。电压测量部分本文采用Tektronix誖公司生产的高压探头配合示波器进行测量。实验中所用到的电气元件参数如表1所示：表1测试用电气元件参数表真空断路器在光伏发电系统中的瞬态响应分析3、总结通过对实验数据的对比总结，本文得出如下结论：(1)当电路中未接入LC滤波器时对电路进行断路测试，断路器重燃现象频繁发生。

因此如何合理的设置铁芯以及如何合理的设计铁芯结构成为提高真空灭弧室可靠性的关键。针对杯状纵磁真空灭弧室触头，本文设计了两种不同结构的铁芯，一种是结构为环状的铁芯，为了减小涡流的影响，在环形铁芯上开一个间隙为1 mm 的断口;另一种结构为圆周方向布置的柱状铁芯，柱状铁芯相互不接触，因此可以更好的减小涡流的影响。采用有限元分析方法对比分析了两种不同结构铁
芯对纵向磁场和剩余磁场以及磁场滞后时间的影响。  触头结构模型  文中仿真所采用的两种不同铁芯结构的触头模型如图1 所示，触头杯均有4 个杯指，为了防止触头片上产生涡流，对应的在触头片上开有四个周向均匀布置的径向直槽。触头外径尺寸为78 mm，壁厚11 mm，弧柱直径与触头外径尺寸相同，柱状铁芯12 个，仿真模型中触头开距为10 mm，杯座材料为无氧铜，支撑盘材料为不锈钢，触头片材触头在高真空中分离时，其电弧表现形式与外观特性都与在空气中的情形有较大区别。真空断路器的击穿机理目前主要有场致发射、粒撞击和粒子交换
三种假说，在短间隙真空断路器的相关研究中，通常由场致发射效应占主导。在触头断开时刻，整个阴极表面会产生金属蒸气。理论上是由于触头分开瞬间，电流集中在触头表面某点上，导致金属桥熔化且部分金属原子发生电离。随着触头开距的增大，场致发射与间隙击穿增强，触头表面金属凸点不断溶化并向触头间隙补充金属粒子。此时阴极斑点会在阴极表面形成，并有更多的高能等离子体形成并扩散至间隙内。电弧引燃后，充满等离子体的电极间
隙变成良好导体，同时阳极开始向电弧提供粒子。在纵向磁场作用下，电弧等离子体由触头中心向周围扩散，此过程会维持一段时间。对于交流真空断路器而言，电流到达峰值后会逐渐减小，两触头向等离子体提供的粒子同样减少，此时电极间隙内主要为弧后残存粒子，伴随着触头完全断开，残存粒子逐渐扩散至消失，断路器完成开断。  真空电弧等离子体的产生过程，可以表现为触头开距增大、触头表面金属蒸发，伴随场致发射效应和金
属电离，由于两极电子、金属离子的不断补充，终形成电弧。在电弧等离子体的研究方面，王景、武建文等运用连续光谱法分析了电子温度和电子密度，并讨论了中频情况下，电弧过渡及扩散两种形态。胡上茂、姚学玲等利用RC 阻容式电荷收集器，对初始等离子体的触发特性进行了研究。舒胜文、黄道春等通过对真空断路器开断过程的再研究，提出数值方针结合实验的方法，给出开断过程不同阶段所需的数值仿真方法及关注点。赵子玉等通过C
CD 摄像技术，分析了真空电弧的重燃及抑制措施

并通过模拟灭弧室真空测量实验对分析结果进行验证，借此探索出真空断路器灭弧室内真空度与灭弧室外电场电位间的对应关系，为实现真空断路器高真空度在线监测和状态评估提供参考。目前真空断路器凭借着优越的性能而在中压领域得到广泛普及，并且正在不断地向低压领域和高压领域进军，而真空灭弧室又被视为真空断路器的核心部件，因此真空灭弧
室的研制和开发被学者们给予高度的重视。随着当今大气环境质量问题越来越引起人们的高度重视，真空断路器在未来完全替代SF6 断路器将成为发展的必然趋势。真空灭弧室对电弧的控制是通过电流流过触头时产生磁场来实现的，不同结构的触头可以产生不同方向的磁场。一种是产生横向磁场并施加在真空电弧上来驱使集聚型电弧在洛伦兹力的作用下在触头的表面以极高的速度旋转，减小阴极斑点和阳极斑点对电极表面的烧蚀时间;另一种是产
生纵向磁场并施加在真空电弧上以减小电弧的电流密度，使真空电弧在大电流情况下仍然保持扩散形态。目前纵向磁场触头结构在开断大电流的真空灭弧室中应用十分普遍，他具有结构简单，制造及加工成本低，可靠性高等优点。  早期的纵磁触头结构可以产生均匀的纵向磁场，使真空电弧在电流较大的情况下仍然可以保持扩散形态，减少电弧集聚导致触头烧蚀的几率，但是随着开断电流的继续增大，触头产生的纵向磁场不能有效的控制
真空电弧形态以至于触头表面仍然会出现较为严重的烧蚀情况。铁芯的加入大大的提高了纵向磁场的强度，使同样结构的触头可以产生更强的纵向磁场，从而有效的控制了真空电弧形态，提高了真空灭弧室的可靠性。然而铁芯的加入在提高纵向磁场强度的同时也带来了一些负面的影响，在电流过零时磁场不能迅速消退，即电流过零时带铁芯的触头结构较不带铁芯的触头结构剩余磁场较大，这将抑制了触头间隙中等离子体的快速散去，在恢复电压的作用
下极易发生复燃导致触头不能成功开断