多断口真空断路器串联电弧的协同及调控特性研究

发布时间：2017-12-26 04:14

  本文关键词：多断口真空断路器串联电弧的协同及调控特性研究　出处：《大连理工大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 多断口真空断路器 串联电弧 协同特性 磁场调控 磁偏弧

【摘要】：随着国家"坚强智能电网"建设的需要和环境保护的要求,智能、可靠、清洁的电力设备受到越来越多的关注。高压断路器是保障电力系统安全可靠运行的重要输电设备,在高压领域,SF6断路器得到广泛应用,但由于SF6断路器的温室效应、废气污染和液化温度高等突出的环境问题限制了其使用。真空断路器以其灭弧能力强、低碳环保等优势在中低压领域得到广泛应用,但由于真空间隙击穿电压与间隙距离之间的饱和效应限制了其在高压领域的应用。采用多断口真空开关串联技术,充分发挥真空短间隙的绝缘和灭弧能力,是未来替代SF6断路器可能的解决方案与发展趋势之一。目前针对多断口真空断路器串联电弧间电弧记忆效应、零区特性差异性分布、弧后特性和弧后动态电压分布及动态绝缘的协同特性尚缺乏深入细致的研究,另外在多断口真空断路器串联电弧调控特性及调控措施方面研究较少,本文旨在研究多断口真空断路器串联电弧的协同及调控特性,寻求适用于多断口真空断路器的协同控制方法及调控措施。本文提出了描述多断口真空断路器静动态电压分布的等效电路,综合等效电容参数、弧后电导、弧后电荷等对静动态电压分布的影响,并引入了受控弧后电流源,反映弧后电荷对动态电压分布的影响。通过静态电场理论分析和试验研究,得到了非同期配合及不同型号真空灭弧室配合实现静态自均压优化效果,其本质是改变了各断口等效自电容参数,并补偿了杂散电容的影响。通过理论分析与实验研究,得到真空电弧电流转移特性和磁吹的影响,设计了弧后电流测量装置(Post Arc Current Measure Equipment,PACME)的结构及参数,研制了基于电流转移特性和磁吹的PACME。在合成试验中,分流电阻承受最大电流小于500A,并联真空开关在电流过零前200μs熄灭,验证了弧后电流测量装置的有效性。该装置测量带宽为15MHz,测量精度为0.3%,对并联真空开关控制精度要求低。通过上述高精度PACME和阻容分压器分别测量弧后电流和弧后暂态恢复电压,得到了弧后电流、弧后电导及弧后电荷等弧后特性,研究表明弧后电荷反映了零区残余等离子体密度,且由于阴极斑点最终熄灭位置的差异造成了弧后特性的分散性。在上述工作基础上,建立了双断口真空断路器弧后动态介质恢复模型,对比分析了径向磁场(Radial Magnetic Field,RMF)和纵向磁场(Axial Magnetic Field,AMF)真空灭弧室不同组合串联构成的双断口真空断路器的弧后动态电压分布及动态绝缘协同特性。并搭建了上述不同组合的双断口真空断路器试验平台,研究了弧后电荷、等效电容参数等对电压分布及动态绝缘特性的影响。研究表明,高压侧采用RMF真空灭弧室,低压侧采用AMF真空灭弧室得到较好的电压分布特性,进而得到最大的开断能力。研究了双断口真空断路器的协同特性,通过灭弧室非同期/不同组合方式实现了对弧后电荷及等效电容参数的调控,进而得到较好的电压分布及动态绝缘强度。据此,提出了绝缘强度分界线概念,理论推导得到非同期协同配合实现双断口真空断路器分布按照绝缘强度分界线分布的非同期协同控制方法,实现双断口真空断路器动态电压分布与动态绝缘强度的完美协同,进而得到最大的开断增益。为了研究磁场调控对电弧发展演变过程及弧后特性的影响,通过弧后特性建立了燃弧阶段电弧记忆效应、零区残余等离子体与弧后动态电压分布及动态绝缘的联系,搭建了多断口真空断路器的磁场调控试验研究平台,设计了脉宽、施加时刻可控的外加磁场调控系统。重点研究了 AMF强度、调控时刻、脉宽等电弧发展演变过程及弧后特性的影响规律,通过不同组合磁场调控对动态电压分布的影响研究,探明了多断口真空断路器磁场调控特性,即磁场调控改变燃弧阶段电弧记忆效应,进而影响零区特性和弧后特性,而弧后特性对弧后动态电压分布及动态绝缘起到关键作用。最后得到了适用于多断口真空断路器的有效磁场调控方式。同时,依据发现的多断口真空断路器布置方式连接及串联电弧间的偏磁场(Bias Magnetic Field,BMF)引起的磁偏弧现象,通过理论和实验研究了磁偏弧对多断口真空断路器电弧发展过程,弧后特性、弧后动态电压分布的影响。研究表明,磁偏弧造成的真空电弧偏转方向与电弧形态、磁场强度有关,较强的偏磁场将使得真空电弧等离子向安倍力方向运动,并伴随金属溅射,进而引起弧后电荷的增加,不利于弧后动态介质恢复,为有效利用或者屏蔽磁偏弧提供了参考依据。总之,通过本文的理论分析与实验研究了多断口真空断路器串联电弧的协同及调控特性,提出了多断口真空断路器的协同控制方法,得到了多断口真空断路器的有效磁场调控方式,提高了多断口真空断路器动态绝缘增益和开断容量,为下一步高压、大容量多断口真空断路器技术研究提供了一定的参考。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM561.2

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 葛国伟;廖敏夫;黄金强;段雄英;苏阔;邹积岩;;双断口真空断路器配合特性仿真与试验[J];电工技术学报;2016年22期

2 肖登明;焦俊韬;YAN Jiudun;;环保型绝缘气体的灭弧能力分析[J];高电压技术;2016年06期

3 程显;廖敏夫;段雄英;葛国伟;邹积岩;;基于光控真空断路器模块串联的126kV三断口真空断路器设计与试验[J];高电压技术;2015年09期

4 葛国伟;廖敏夫;程显;赵岩;段雄英;邹积岩;;基于电流转移的断路器弧后电流测量方法[J];高电压技术;2015年09期

5 舒胜文;阮江军;黄道春;吴高波;;双断口真空断路器开断特性的试验与仿真研究[J];高电压技术;2014年08期

6 黄小龙;王立军;贾申利;王海靖;胡丽兰;史宗谦;;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[J];中国电机工程学报;2014年06期

7 葛国伟;段雄英;廖敏夫;邹积岩;郑微;;光控真空断路器模块低功耗自具电源设计[J];高电压技术;2014年01期

8 舒胜文;阮江军;黄道春;吴高波;;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[J];电力自动化设备;2013年11期

9 吴高波;阮江军;黄道春;舒胜文;涂其华;;126kV模块化三断口真空断路器静、动态均压设计[J];中国电机工程学报;2013年19期

10 赵江涛;李建基;;中压真空断路器的演变和最新发展[J];电工电气;2013年05期

相关会议论文 前1条

1 刘志远;杨和;;真空开关的电容器组投切[A];2012输变电年会论文集[C];2012年

相关博士学位论文 前4条

1 向川;小间隙真空电弧的数值仿真与实验研究[D];大连理工大学;2012年

2 黄智慧;短路故障的相控开断及在光控真空模块中的应用研究[D];大连理工大学;2012年

3 刘兵;多断口串联真空断路器开断过程均压措施研究[D];武汉大学;2009年

4 廖敏夫;基于光控模块的多断口真空开关研究[D];大连理工大学;2004年

相关硕士学位论文 前2条

1 吕涛;多断口真空断路器分压均匀性优化设计[D];大连理工大学;2014年

2 杜林;模块化串联真空断路器研究[D];大连理工大学;2013年

，

本文编号：1335767