本文關(guān)鍵詞：多斷口真空斷路器串聯(lián)電弧的協(xié)同及調(diào)控特性研究　出處：《大連理工大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著國家"堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)"建設(shè)的需要和環(huán)境保護(hù)的要求,智能、可靠、清潔的電力設(shè)備受到越來越多的關(guān)注。高壓斷路器是保障電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要輸電設(shè)備,在高壓領(lǐng)域,SF6斷路器得到廣泛應(yīng)用,但由于SF6斷路器的溫室效應(yīng)、廢氣污染和液化溫度高等突出的環(huán)境問題限制了其使用。真空斷路器以其滅弧能力強(qiáng)、低碳環(huán)保等優(yōu)勢在中低壓領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,但由于真空間隙擊穿電壓與間隙距離之間的飽和效應(yīng)限制了其在高壓領(lǐng)域的應(yīng)用。采用多斷口真空開關(guān)串聯(lián)技術(shù),充分發(fā)揮真空短間隙的絕緣和滅弧能力,是未來替代SF6斷路器可能的解決方案與發(fā)展趨勢之一。目前針對多斷口真空斷路器串聯(lián)電弧間電弧記憶效應(yīng)、零區(qū)特性差異性分布、弧后特性和弧后動態(tài)電壓分布及動態(tài)絕緣的協(xié)同特性尚缺乏深入細(xì)致的研究,另外在多斷口真空斷路器串聯(lián)電弧調(diào)控特性及調(diào)控措施方面研究較少,本文旨在研究多斷口真空斷路器串聯(lián)電弧的協(xié)同及調(diào)控特性,尋求適用于多斷口真空斷路器的協(xié)同控制方法及調(diào)控措施。本文提出了描述多斷口真空斷路器靜動態(tài)電壓分布的等效電路,綜合等效電容參數(shù)、弧后電導(dǎo)、弧后電荷等對靜動態(tài)電壓分布的影響,并引入了受控弧后電流源,反映弧后電荷對動態(tài)電壓分布的影響。通過靜態(tài)電場理論分析和試驗(yàn)研究,得到了非同期配合及不同型號真空滅弧室配合實(shí)現(xiàn)靜態(tài)自均壓優(yōu)化效果,其本質(zhì)是改變了各斷口等效自電容參數(shù),并補(bǔ)償了雜散電容的影響。通過理論分析與實(shí)驗(yàn)研究,得到真空電弧電流轉(zhuǎn)移特性和磁吹的影響,設(shè)計(jì)了弧后電流測量裝置(Post Arc Current Measure Equipment,PACME)的結(jié)構(gòu)及參數(shù),研制了基于電流轉(zhuǎn)移特性和磁吹的PACME。在合成試驗(yàn)中,分流電阻承受最大電流小于500A,并聯(lián)真空開關(guān)在電流過零前200μs熄滅,驗(yàn)證了弧后電流測量裝置的有效性。該裝置測量帶寬為15MHz,測量精度為0.3%,對并聯(lián)真空開關(guān)控制精度要求低。通過上述高精度PACME和阻容分壓器分別測量弧后電流和弧后暫態(tài)恢復(fù)電壓,得到了弧后電流、弧后電導(dǎo)及弧后電荷等弧后特性,研究表明弧后電荷反映了零區(qū)殘余等離子體密度,且由于陰極斑點(diǎn)最終熄滅位置的差異造成了弧后特性的分散性。在上述工作基礎(chǔ)上,建立了雙斷口真空斷路器弧后動態(tài)介質(zhì)恢復(fù)模型,對比分析了徑向磁場(Radial Magnetic Field,RMF)和縱向磁場(Axial Magnetic Field,AMF)真空滅弧室不同組合串聯(lián)構(gòu)成的雙斷口真空斷路器的弧后動態(tài)電壓分布及動態(tài)絕緣協(xié)同特性。并搭建了上述不同組合的雙斷口真空斷路器試驗(yàn)平臺,研究了弧后電荷、等效電容參數(shù)等對電壓分布及動態(tài)絕緣特性的影響。研究表明,高壓側(cè)采用RMF真空滅弧室,低壓側(cè)采用AMF真空滅弧室得到較好的電壓分布特性,進(jìn)而得到最大的開斷能力。研究了雙斷口真空斷路器的協(xié)同特性,通過滅弧室非同期/不同組合方式實(shí)現(xiàn)了對弧后電荷及等效電容參數(shù)的調(diào)控,進(jìn)而得到較好的電壓分布及動態(tài)絕緣強(qiáng)度。據(jù)此,提出了絕緣強(qiáng)度分界線概念,理論推導(dǎo)得到非同期協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)雙斷口真空斷路器分布按照絕緣強(qiáng)度分界線分布的非同期協(xié)同控制方法,實(shí)現(xiàn)雙斷口真空斷路器動態(tài)電壓分布與動態(tài)絕緣強(qiáng)度的完美協(xié)同,進(jìn)而得到最大的開斷增益。為了研究磁場調(diào)控對電弧發(fā)展演變過程及弧后特性的影響,通過弧后特性建立了燃弧階段電弧記憶效應(yīng)、零區(qū)殘余等離子體與弧后動態(tài)電壓分布及動態(tài)絕緣的聯(lián)系,搭建了多斷口真空斷路器的磁場調(diào)控試驗(yàn)研究平臺,設(shè)計(jì)了脈寬、施加時(shí)刻可控的外加磁場調(diào)控系統(tǒng)。重點(diǎn)研究了 AMF強(qiáng)度、調(diào)控時(shí)刻、脈寬等電弧發(fā)展演變過程及弧后特性的影響規(guī)律,通過不同組合磁場調(diào)控對動態(tài)電壓分布的影響研究,探明了多斷口真空斷路器磁場調(diào)控特性,即磁場調(diào)控改變?nèi)蓟‰A段電弧記憶效應(yīng),進(jìn)而影響零區(qū)特性和弧后特性,而弧后特性對弧后動態(tài)電壓分布及動態(tài)絕緣起到關(guān)鍵作用。最后得到了適用于多斷口真空斷路器的有效磁場調(diào)控方式。同時(shí),依據(jù)發(fā)現(xiàn)的多斷口真空斷路器布置方式連接及串聯(lián)電弧間的偏磁場(Bias Magnetic Field,BMF)引起的磁偏弧現(xiàn)象,通過理論和實(shí)驗(yàn)研究了磁偏弧對多斷口真空斷路器電弧發(fā)展過程,弧后特性、弧后動態(tài)電壓分布的影響。研究表明,磁偏弧造成的真空電弧偏轉(zhuǎn)方向與電弧形態(tài)、磁場強(qiáng)度有關(guān),較強(qiáng)的偏磁場將使得真空電弧等離子向安倍力方向運(yùn)動,并伴隨金屬濺射,進(jìn)而引起弧后電荷的增加,不利于弧后動態(tài)介質(zhì)恢復(fù),為有效利用或者屏蔽磁偏弧提供了參考依據(jù)。總之,通過本文的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究了多斷口真空斷路器串聯(lián)電弧的協(xié)同及調(diào)控特性,提出了多斷口真空斷路器的協(xié)同控制方法,得到了多斷口真空斷路器的有效磁場調(diào)控方式,提高了多斷口真空斷路器動態(tài)絕緣增益和開斷容量,為下一步高壓、大容量多斷口真空斷路器技術(shù)研究提供了一定的參考。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM561.2

【參考文獻(xiàn)】

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