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[学位]

高压SF6断路器弧后击穿特性仿真方法及其应用研究

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Author:

朱凯 (朱凯.)

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学位论文库

Abstract:

随着交流和直流电网容量的持续增大,电网的负荷电流和短路电流水平不断提升。本文围绕高压SF6断路器开断能力的优化提升这一高压电器领域的核心问题展开研究,提出了高压SF6断路器弧后击穿特性仿真方法。从方法验证和应用的角度,探索分析了国产断路器在60Hz条件下的开断特性,对我国南方多雷雨地区发生的断路器热备用状态下击穿的机理也进行了分析。
由于当前高压SF6断路器的弧后击穿特性缺乏深入的研究,难以对其开断特性进行定量、准确地评估。弧后击穿与否和零前燃弧过程的关系十分密切,论文首先建立了可考虑外部电路与电弧相互作用的高压SF6电弧MHD模型,以及基于电流零区模型和热态SF6-PTFE蒸气临界击穿场强计算数据的弧后击穿模型,从而形成了综合考虑零前和弧后过程的高压SF6断路器弧后击穿特性的仿真方法。确定了高压SF6断路器弧后热击穿特性的定量判据为弧后电流,电流过零前200ns和500ns的电弧电导G200和G500可作为定性比较的判据;弧后电击穿特性的基本判据为恢复电压作用下灭弧室内的各处实际场强分布与临界击穿场强的比值。
针对高压SF6断路器短路开断实验研究中缺乏微观参量测量与分析的问题,论文采用压力传感器、零区测量设备、光谱仪以及可拆式断路器样机等搭建了电弧开断特性实验系统,分析了充气压力、短路电流和气体配比等对灭弧室中喷口喉部气压变化和电弧零区行为等的影响。采用数字延时脉冲发生器控制断路器操作机构、晶闸管和光谱仪等的动作时序,利用屏蔽网包裹信号线以降低电磁干扰,借助毕托管和管内阻尼颗粒实现压力传感器的绝缘和隔热并抑制管内压力波的振荡。通过研究,验证了建立的电弧MHD模型的正确性,并发现了喷口喉部气压增量与临界恢复电压上升率之间的相关性,获得了不同配比SF6-CF4气体的临界弧后电流值。
针对国产断路器普遍存在的60Hz短路电流开断难题,论文尝试应用弧后击穿特性仿真方法研究60Hz条件下高压SF6断路器的开断特性。针对某型252kV高压SF6断路器,应用该仿真方法分析计算了多次开断试验对应的弧后击穿特性,进一步验证了弧后击穿特性仿真方法的有效性,在此基础上,依照相同起弧相角计算了不同频率下零前电弧电压和电导及弧后电流发展等。分析表明60Hz短路电流较高的零前电流斜率不利于零前电弧热量的散失,导致其零前200ns电弧电导(G200)较大,弧后电流幅值较高。给出了适当延长喷口喉部以加强零前气吹冷却作用的灭弧室改进方法,仿真结果表明同一开断条件下的临界RRRV由1.44kV/us提高到了2.23kV/us。
针对我国南方多雷雨地区数次发生的断路器热备用状态击穿事故,论文将弧后击穿特性仿真方法应用于126kV自能膨胀式断路器分闸状态下击穿的理论分析之中,计算了一次落雷产生的短路电流开断后弧隙介质恢复强度的变化情况。结果表明断口临界击穿电压的计算值449.1kV小于二次落雷时断口的过电压值507.5kV,一方面进一步验证了弧后电击穿特性仿真方法的有效性,另一方面确认了二次落雷是导致断路器发生热态电击穿的直接原因后,进一步研究发现断口的临界击穿电压随触头最大回弹量的减小而趋于增大,随燃弧时间的增大而趋于降低。
论文建立的高压SF6断路器弧后击穿特性仿真方法为相关产品的优化设计和性能分析提供了有效的技术手段,并丰富了高压电器电弧理论。

Keyword:

触头分闸回弹 断路器 仿真方法 工作频率 弧后击穿特性

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电气工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学博士

Mentor: 贾申利

Year: 2016

Language: Chinese

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 40

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