双断口真空断路器磁偏弧特性仿真与试验研究

发布时间：2020-03-31 08:29

【摘要】：随着我国电力系统的快速发展,电网电压容量的提升对高压电气设备的安全可靠性提出更大的挑战。在高压断路器领域,鉴于SF_6气体对环境的危害不容忽视,目前SF_6断路器已被限制使用。双断口真空断路器因其串联真空短间隙具有较强灭弧和绝缘能力的优势,已成为国内外研究的热点。由于真空电弧的特性对真空断路器(VCB)的性能起到关键作用,所以研究双断口真空断路器串联电弧的特性是关键。当开断故障电流时,串联电弧会在不同的断口处产生相应的磁场。如果磁场足够强或者两个断口距离较近,则一个断口处的磁场会对另一个断口处的电弧产生影响。通过对双断口真空断路器相互间磁场的分析,发现双断口真空断路器磁场偏离触头中心位置,即存在偏磁场(BMF)的影响。偏磁场会导致磁偏弧的出现,并造成触头表面局部烧蚀、开断性能发生变化等。通过对磁偏弧特性的研究,可为紧凑型双断口真空断路器设计提供参考依据。本文首先介绍了偏磁场下的磁偏弧影响机理。结合真空电弧的特点,分析了真空电弧分别在横磁触头和纵磁触头下的作用机理。在此基础讨论了TMF分别与扩散型真空电弧和弧柱型真空电弧的作用机理。理论分析表明,TMF作用于扩散型真空电弧时,真空电弧等离子体主要表现为霍尔电场的作用,而TMF作用于弧柱型真空电弧时,真空电弧等离子体主要受安培力的作用。然后,利用Ansoft Maxwell软件对双断口真空断路器串联电弧进行电磁场仿真研究。分析了不同结构触头下磁场的分布及大小,建立了不同布置方式下的双断口真空断路器模型。利用理论建立的模型仿真计算了不同断口距离下偏磁场的分布及大小,得到了双断口真空断路器灭弧室的最佳布置方式为U型。为研究磁屏蔽措施对双断口真空断路器串联电弧的影响,通过施加磁屏蔽罩,得到了双断口真空断路器在磁屏蔽罩下的磁场分布,并与不加屏蔽措施的磁场结果进行了对比分析。仿真结果表明,安装了磁屏蔽罩的双断口真空断路器电弧区域磁场分布均匀,具有磁屏蔽效果。最后,根据仿真计算得到的偏磁场结果,进行磁偏弧试验验证。试验通过单个真空电弧与由亥姆霍兹线圈产生的横向磁场的相互作用来简化双断口真空断路器串联真空电弧之间的相互作用,即模拟偏磁场对串联电弧的影响。同时,随着偏磁场大小的变化,利用高速CMOS相机拍摄不同磁场触头下真空电弧等离子体的发展过程。试验结果表明,偏磁场会使电弧电压增大,电弧变得不稳定。当偏磁场变强时,电弧电压增加,电弧变得更不稳定。另外,对于不同结构的触头,在相同的偏磁场下电弧的发展过程和影响程度是不同的。对于万字形横磁触头或足够强的偏磁场来说,金属溅射明显,阳极烧蚀严重。对于杯状纵磁接触来说,偏磁场对双断口真空断路器中串联电弧等离子体的影响小于万字形横磁触头。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM561.2

【参考文献】