真空开关动态介质恢复性研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国石油辽河油田分公司电力集团检试工区 作者:梁俊飞

  真空开关在电力系统中起着颇为重要的作用。通过使用真空作为主触头的绝缘介质和灭弧介质来工作。正是由于其重要作用,文章分析了双断口真空开关的动态介质恢复过程,并在此基础上对真空开关的击穿统计特性进行了分析。结论表明,只有当电场的场强达到一定值时,才能使得微粒获得足够的动能,激发出来的金属蒸汽击穿真空间隙。

  真空开关在电力系统中起着重要作用。真空开关利用真空作为主触头间的绝缘物质和灭弧机制从而发挥其特殊作用。而正是由于真空具有极为优异的绝缘能力和灭弧能力等优点,因而在真空开关在配电领域得到了极为广泛的应用。至今为止,许多国家争相研究多断口真空开关,以促进本国电力事业的发展。

  本鉴于此,本文以双断口真空开关的动态介质恢复过程为研究出发点,推导出多断口开关的最大可能增长倍数。并在此基础上,研究了真空开关的击穿统计特性,具有一定的参考价值。

  1、真空开关的动态介质恢复过程

  1.1、双断口真空开关的模型建立

  双断口真空开关试验回路中电流值取25kA,电流源恢复电压峰值为110kV。对于该回路而言,一旦将该回路的恢复电压加上之后,会使得其真空间隙两端的恢复电压变化率非常高,这样直接导致的后果可能是两个真空灭弧室的电压分配受到间隙的电容影响甚大。为了更清楚的对其物理性能进行分析,需要对该回路进行化简,从而最终得到其电路等效图。

  根据等效电路图可以得到双断口真空开关的电压分配关系式如下。

真空开关动态介质恢复性研究

  1.2、双断口真空开关的动态介质恢复过程

  电力系统受到真空开关的影像很大。而真空开关又分为双端口真空开关和单断口真空开关两种。在实践过程中,由多年以来的经验可以发现,前者的动态介质恢复过程与简单的后者的动态介质恢复过程有所不同。当双断口真空开关在工作时,由于具有其上下两个真空灭弧室,而灭弧室的分压不均会导致所受恢复电压较高的灭弧室易先发生击穿现象。而电压分布不均则是由于受到对地电容的影响。而在此时为了保证整个双断口开关并不会因为一个灭弧室发生事故而导致开端的失败,就需要恢复电压的峰值和上升速度低于某一极限值。这也是本文研究的目的所在。由于在这个开断过程中存在另外一个真空灭弧室的介质强度问题。

  由此,如果其中的一个灭弧室发生了电弧重击穿的问题,那么另外一个灭弧室将不能承受全部的恢复电压。真空电弧在电流过零熄灭后,剩余的等离子体在恢复电压的作用下继续运动。正离子朝着新阴极运动,而电子则朝着正阳极运动。最终形成正离子层,这个层区随着时间发展而渐渐变宽,直至充满整个间隙。研究实测固有恢复与实际恢复特性的曲线可以发现,其最终恢复特性曲线趋于一个常量值。

  2、结论

  综上所述,双断口真空开关的动态介质恢复特性对电力系统有着重要影响。为了使得整个双断口开关不会因为一个灭弧室发生重击穿而导致开断失败,就需要想方设法使得恢复电压的峰值和上升速度低于某一极限值。为此,在分析双断口真空开关的动态介质恢复过程的基础上,又对真空开关的击穿统计特性进行了分析,具有一定的实用意义。

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