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對真空斷路器在不同真空度情況下的有限元電場 分析，以及模擬實(shí)驗(yàn)的測量分析，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:屏蔽罩電位與斷路器外的測量點(diǎn)電位基本保持同步變化的關(guān)系，對測量點(diǎn)處電位的測量能夠很好地反應(yīng)屏蔽罩的電位；在壓強(qiáng)小于10-2Pa的高真空下，測量電位的變化極其弱，檢測難度較大。但在壓強(qiáng)處于10-2Pa之上時(shí)，測量電位有較大的變化，因此可以對此時(shí)的電位進(jìn)行測量，作為真空斷路器檢修的預(yù)警號。本文的分析結(jié)果給基于屏蔽罩電位測量真空度的方案提供了參考和依據(jù)，對在線真空度測量系統(tǒng)的研究具有積極意義。為進(jìn)一步理解真空斷路器開斷過程中的電流零區(qū)現(xiàn)象， 分析了真空斷路器開斷短路故障和切除電容器組時(shí)瞬態(tài)恢復(fù)電壓(transientrecoveryvoltageTRV)和弧后電流的相互作用。在PSCAD/EMTDC中建立了基于Langmuir探針理論的真空斷路器弧后電流 模型， 結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相符，驗(yàn)證了模型有效性。 結(jié)果表明：開斷短路故障時(shí)，是否考慮弧后電流對TRV沒有明顯的影響，弧后電流大小則與TRV上升率成正比;切除電容器組時(shí)，弧后電流對起始TRV有顯著影響，但對工頻恢復(fù)電壓沒有影響。此外，短路類型、短路點(diǎn)位置、短路合閘相角、系統(tǒng)等效電感、電容等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對TRV和弧后電流也有很大影響。研究成果有助于分析不同工況下真空斷路器面臨的開斷考驗(yàn)。引言真空斷路器采用真空作為滅弧和絕緣介產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)為一體的規(guī)模型企業(yè)，公司技術(shù)力量雄厚，設(shè)備配套完善，產(chǎn)品型號多樣，隨著公司的不斷發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)科學(xué)、制作精良、造型美觀，是現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)的理想的配套產(chǎn)品，其中戶內(nèi)（外）真空斷路器，隔離開關(guān)，負(fù)荷開關(guān)，氧化鋅避雷器，熔斷器，穿墻套管，絕緣子，電流互感器，高壓電力計(jì)量箱等一系列高低壓電氣產(chǎn)品暢銷全國各地我們以“科技興業(yè)，質(zhì)量創(chuàng)牌，誠經(jīng)營，優(yōu)良服務(wù)”的企業(yè)宗旨；一直致力于追求卓越的民族電氣工業(yè)，為廣大新老用戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和良好的服務(wù)而不懈努力，您的滿意始終是我們追求的目標(biāo)，真誠歡迎新老朋友惠顧，共創(chuàng)美好未來。質(zhì)，具有熄弧能力強(qiáng)、體積小、重量輕、使用壽命長、無火災(zāi)危險(xiǎn)、不污染環(huán)境等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于40.5kV及以下電壓等級的中壓配網(wǎng)中。在真空斷路器的電流開斷過程中，由于真空電弧電壓很小，從電流即將過零到過零瞬間，真空間隙一直充滿著高電導(dǎo)率的電弧等離子體，從而與外電路之間沒有明顯的相互作用。電流過零時(shí)真空間隙中仍然存在許多殘余粒子，包括電子、離子、金屬蒸氣和金屬液滴等。電流過零后，觸頭間的殘余電荷將在瞬態(tài)恢復(fù)電壓(transientrecoveryvoltageTRV)的作用下發(fā)生定向移動，形成所謂的弧后電流。真空間隙隨著殘余粒子的不斷擴(kuò)散從高導(dǎo)電狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變成高阻狀態(tài)。因此，真空電弧(如殘余粒子擴(kuò)散、弧后電流等)與外電路(主要為TRV)的相互作用主要發(fā)生在電流過零后。而在SF6斷路器中，氣體電弧與外電路的相互作用主要發(fā)生在電流過零以前。由于電流零區(qū)(尤其是零后幾到幾十μs內(nèi)的間隙狀態(tài))是真空斷路器成功開斷的關(guān)鍵，故許多研究人員對其進(jìn)行了試驗(yàn)和 研究，試圖從中找到表征真空斷路器開斷性能的特征參數(shù)。如參文對真空斷路器大電流開斷過程的電流零區(qū)進(jìn)行了高分辨率的參數(shù)測量。

真空斷路器的瞬態(tài)過電壓已有大量文獻(xiàn)對此進(jìn)行分析與研究，不過大部分是針對電弧爐等生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行的。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)通常利用LC濾波模塊對輸出電壓進(jìn)行整流，而此模塊也多用于抑制電路內(nèi)的瞬態(tài)響應(yīng)，因此LC濾波模塊對于控制真空斷路器的瞬態(tài)過電壓是否有著積極影響對于研究光伏系統(tǒng)內(nèi)的斷路器瞬態(tài)響應(yīng)有著重要意義。完善，產(chǎn)品型號多樣，隨著公司的不斷發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)科學(xué)、制作精良、造型美觀，是現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)的理想的配套產(chǎn)品，其中戶內(nèi)（外）真空斷路器，隔離開關(guān)，負(fù)荷開關(guān)，氧化鋅避雷器，熔斷器，穿墻套管，絕緣子，電流互感器，高壓電力計(jì)量箱等一系列高低壓電氣產(chǎn)品暢銷全國各地我們以“科技興業(yè)，質(zhì)量創(chuàng)牌，誠經(jīng)營，優(yōu)良服務(wù)”的企業(yè)宗旨；一直致力于追求卓越的民族電氣工業(yè)，為廣大新老用戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和良好的服務(wù)而不懈努力，您的滿意始終是我們追求的目標(biāo)，真誠歡迎新老朋友惠顧，共創(chuàng)美好未來。本文旨在研究真空斷路器的瞬態(tài)響應(yīng)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中造成的影響，以12kV/1 250A規(guī)格的真空斷路器為例進(jìn)行測試，并重點(diǎn)關(guān)注光伏器件中的LC濾波機(jī)構(gòu)在抑制瞬態(tài)響應(yīng)中的作用。1、光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本文在研究時(shí)采用的光伏發(fā)電系統(tǒng)等效框圖如圖1所示。其中太陽能電池板用于將太陽輻射的能量轉(zhuǎn)化為直流電勢，其具體參數(shù)及非線性特性等由生產(chǎn)商提供。直流電勢須經(jīng)由DC/DC升壓模塊以及DC/AC逆變器轉(zhuǎn)換為合適的交流電力輸送給電氣網(wǎng)絡(luò)。圖中的LC濾波器主要作用是用于限制逆變器得到的交流電中的諧波失真等非線性干擾。真空斷路器利用真空作為滅弧介質(zhì)以及滅弧后觸頭間的絕緣介質(zhì)，得益于其高真空環(huán)境，觸頭間的介電常數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的十倍以上，因此其電流截?cái)嗄芰σ策h(yuǎn)強(qiáng)于普通斷路器。然而正因其較強(qiáng)的電流截?cái)嗄芰Γ婵諗嗦菲髟诓僮鲿r(shí)易產(chǎn)生較高的過電壓，當(dāng)電路中存在電機(jī)、變壓器、電抗器等高電感元件時(shí)，容易在這些元件兩端形成瞬態(tài)高壓，損壞電路。真空斷路器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的瞬態(tài)響應(yīng)分析圖1光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖2、瞬態(tài)響應(yīng)測試本文在對真空斷路器的瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行測試時(shí)，利用了一臺250kVA的配電變壓器對光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器輸出部分進(jìn)行模擬，該配電變壓器工作在0.1kV，獲得6kV電壓后，經(jīng)由真空斷路器串聯(lián)至20kVA變壓器。真空斷路器采用12kV/1250A規(guī)格，簧運(yùn)動機(jī)構(gòu)。電壓測量部分本文采用Tektronix誖公司生產(chǎn)的高壓探頭配合示波器進(jìn)行測量。實(shí)驗(yàn)中所用到的電氣元件參數(shù)如表1所示：表1測試用電氣元件參數(shù)表真空斷路器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的瞬態(tài)響應(yīng)分析3、總結(jié)通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比總結(jié)，本文得出如下結(jié)論：(1)當(dāng)電路中未接入LC濾波器時(shí)對電路進(jìn)行斷路測試，斷路器重燃現(xiàn)象頻繁發(fā)生。

因此如何合理的設(shè)置鐵芯以及如何合理的設(shè)計(jì)鐵芯結(jié)構(gòu)成為提高真空滅弧室可靠性的關(guān)鍵。針對杯狀縱磁真空滅弧室觸頭，本文設(shè)計(jì)了兩種不同結(jié)構(gòu)的鐵芯，一種是結(jié)構(gòu)為環(huán)狀的鐵芯，為了減小渦流的影響，在環(huán)形鐵芯上開一個(gè)間隙為1 mm 的斷口;另一種結(jié)構(gòu)為圓周方向布置的柱狀鐵芯，柱狀鐵芯相互不接觸，因此可以更好的減小渦流的影響。采用有限元分析方法對比分析了兩種不同結(jié)構(gòu)鐵
芯對縱向磁場和剩余磁場以及磁場滯后時(shí)間的影響。  觸頭結(jié)構(gòu)模型  文中仿真所采用的兩種不同鐵芯結(jié)構(gòu)的觸頭模型如圖1 所示，觸頭杯均有4 個(gè)杯指，為了防止觸頭片上產(chǎn)生渦流，對應(yīng)的在觸頭片上開有四個(gè)周向均勻布置的徑向直槽。觸頭外徑尺寸為78 mm，壁厚11 mm，弧柱直徑與觸頭外徑尺寸相同，柱狀鐵芯12 個(gè)，仿真模型中觸頭開距為10 mm，杯座材料為無氧銅，支撐盤材料為不銹鋼，觸頭片材觸頭在高真空中分離時(shí)，其電弧表現(xiàn)形式與外觀特性都與在空氣中的情形有較大區(qū)別。真空斷路器的擊穿機(jī)理目前主要有場致發(fā)射、粒撞擊和粒子交換
三種假說，在短間隙真空斷路器的相關(guān)研究中，通常由場致發(fā)射效應(yīng)占主導(dǎo)。在觸頭斷開時(shí)刻，整個(gè)陰極表面會產(chǎn)生金屬蒸氣。理論上是由于觸頭分開瞬間，電流集中在觸頭表面某點(diǎn)上，導(dǎo)致金屬橋熔化且部分金屬原子發(fā)生電離。隨著觸頭開距的增大，場致發(fā)射與間隙擊穿增強(qiáng)，觸頭表面金屬凸點(diǎn)不斷溶化并向觸頭間隙補(bǔ)充金屬粒子。此時(shí)陰極斑點(diǎn)會在陰極表面形成，并有更多的高能等離子體形成并擴(kuò)散至間隙內(nèi)。電弧引燃后，充滿等離子體的電極間
隙變成良好導(dǎo)體，同時(shí)陽極開始向電弧提供粒子。在縱向磁場作用下，電弧等離子體由觸頭中心向周圍擴(kuò)散，此過程會維持一段時(shí)間。對于交流真空斷路器而言，電流到達(dá)峰值后會逐漸減小，兩觸頭向等離子體提供的粒子同樣減少，此時(shí)電極間隙內(nèi)主要為弧后殘存粒子，伴隨著觸頭完全斷開，殘存粒子逐漸擴(kuò)散至消失，斷路器完成開斷。  真空電弧等離子體的產(chǎn)生過程，可以表現(xiàn)為觸頭開距增大、觸頭表面金屬蒸發(fā)，伴隨場致發(fā)射效應(yīng)和金
屬電離，由于兩極電子、金屬離子的不斷補(bǔ)充，終形成電弧。在電弧等離子體的研究方面，王景、武建文等運(yùn)用連續(xù)光譜法分析了電子溫度和電子密度，并討論了中頻情況下，電弧過渡及擴(kuò)散兩種形態(tài)。胡上茂、姚學(xué)玲等利用RC 阻容式電荷收集器，對初始等離子體的觸發(fā)特性進(jìn)行了研究。舒勝文、黃道春等通過對真空斷路器開斷過程的再研究，提出數(shù)值方針結(jié)合實(shí)驗(yàn)的方法，給出開斷過程不同階段所需的數(shù)值仿真方法及關(guān)注點(diǎn)。趙子玉等通過C
CD 攝像技術(shù)，分析了真空電弧的重燃及抑制措施

并通過模擬滅弧室真空測量實(shí)驗(yàn)對分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，借此探索出真空斷路器滅弧室內(nèi)真空度與滅弧室外電場電位間的對應(yīng)關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)真空斷路器高真空度在線監(jiān)測和狀態(tài)評估提供參考。目前真空斷路器憑借著優(yōu)越的性能而在中壓領(lǐng)域得到廣泛普及，并且正在不斷地向低壓領(lǐng)域和高壓領(lǐng)域進(jìn)軍，而真空滅弧室又被視為真空斷路器的核心部件，因此真空滅弧
室的研制和開發(fā)被學(xué)者們給予高度的重視。隨著當(dāng)今大氣環(huán)境質(zhì)量問題越來越引起人們的高度重視，真空斷路器在未來完全替代SF6 斷路器將成為發(fā)展的必然趨勢。真空滅弧室對電弧的控制是通過電流流過觸頭時(shí)產(chǎn)生磁場來實(shí)現(xiàn)的，不同結(jié)構(gòu)的觸頭可以產(chǎn)生不同方向的磁場。一種是產(chǎn)生橫向磁場并施加在真空電弧上來驅(qū)使集聚型電弧在洛倫茲力的作用下在觸頭的表面以極高的速度旋轉(zhuǎn)，減小陰極斑點(diǎn)和陽極斑點(diǎn)對電極表面的燒蝕時(shí)間;另一種是產(chǎn)
生縱向磁場并施加在真空電弧上以減小電弧的電流密度，使真空電弧在大電流情況下仍然保持?jǐn)U散形態(tài)。目前縱向磁場觸頭結(jié)構(gòu)在開斷大電流的真空滅弧室中應(yīng)用十分普遍，他具有結(jié)構(gòu)簡單，制造及加工成本低，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。  早期的縱磁觸頭結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生均勻的縱向磁場，使真空電弧在電流較大的情況下仍然可以保持?jǐn)U散形態(tài)，減少電弧集聚導(dǎo)致觸頭燒蝕的幾率，但是隨著開斷電流的繼續(xù)增大，觸頭產(chǎn)生的縱向磁場不能有效的控制
真空電弧形態(tài)以至于觸頭表面仍然會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的燒蝕情況。鐵芯的加入大大的提高了縱向磁場的強(qiáng)度，使同樣結(jié)構(gòu)的觸頭可以產(chǎn)生更強(qiáng)的縱向磁場，從而有效的控制了真空電弧形態(tài)，提高了真空滅弧室的可靠性。然而鐵芯的加入在提高縱向磁場強(qiáng)度的同時(shí)也帶來了一些負(fù)面的影響，在電流過零時(shí)磁場不能迅速消退，即電流過零時(shí)帶鐵芯的觸頭結(jié)構(gòu)較不帶鐵芯的觸頭結(jié)構(gòu)剩余磁場較大，這將抑制了觸頭間隙中等離子體的快速散去，在恢復(fù)電壓的作用
下極易發(fā)生復(fù)燃導(dǎo)致觸頭不能成功開斷

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