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1、光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  本文在研究時采用的光伏發(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)是標準大氣壓下的十倍以上，因此其電流截斷能力也遠強于普通斷路器。然而正因其較強的電流截斷能力，真空斷路器在操作時易產(chǎn)生較高的過電壓，當電路中存在電機、變壓器、
電抗器等高電感元件時，容易在這些元件兩端形成瞬態(tài)高壓，損壞電路。隨著城市化進程的加速，大型生活小區(qū)的形成以及工業(yè)生產(chǎn)的集團化和規(guī)?；?，為提高供電質(zhì)量，減少線路損耗，需要高壓送電直接進入市區(qū)的負荷中心，因而要求大量使用占地面積小、可靠的高壓開關(guān)———真空開關(guān)。  真空開關(guān)是一種以氣體分子極為稀少，絕緣強度很高的真空空間為熄弧介質(zhì)的新型開關(guān)。其觸頭是在密封的真空滅弧室內(nèi)分、合電路的，切斷電
流時，僅有金屬蒸汽離子形成的電弧，而無氣體的碰撞游離，因金屬蒸汽離子的擴散及再復合過程非常迅速，從而能快速滅弧和恢復原來的真空度，可承受多次分、合閘而不降低開斷能力，并且不產(chǎn)生高壓氣體及有毒氣體。因此具有：①體積小，重量輕；②動作快，開斷容量大；③適合頻繁操作;④無火災及危險，不污染環(huán)境；⑤壽命長，維修工作量少等優(yōu)點。  真空開關(guān)的工藝水平適合我國企業(yè)的制造現(xiàn)狀，價格相對較低，非常適合我國
的國情，因此得到了普遍的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，我國目前在10kV 級斷路器中，真空開關(guān)占到80%以上。在35kV 級，近幾年也占到40%以上。但是，由于真空開關(guān)依賴真空實現(xiàn)快速滅弧開斷，在檢測中也較多出現(xiàn)真空滅弧室漏氣、機械特性失調(diào)、溫升過高等不合格現(xiàn)象，因此在應(yīng)用真空開關(guān)時必須處理好這幾個關(guān)鍵問題。1、真空室漏氣  真空滅弧室是真空開關(guān)的核心部件， 它是采用玻璃或陶瓷作支撐及密封，內(nèi)部有
動、靜觸頭和屏蔽罩，室內(nèi)有負壓，

主要是由于觸頭分開后殘余粒子定向移動引起。經(jīng)過此階段后，內(nèi)部等離子體維持這一狀態(tài)而外部電弧開始對外擴散，并在電流過零點以前擴散完全。從二值圖像中可以看出，剩余粒子對電弧重燃起到很大作用。  3.3、對比實驗  文中高速攝像機采集的電弧圖像為垂直拍攝方式，其中涉及到光強疊加與電弧徑向分布不均等問
題。在擴散型電弧數(shù)字采集過程中，圖像中內(nèi)部電弧達到光強飽和邊緣，但未超出實驗可分析的灰度差范圍。為保證電弧等離子體幾何形態(tài)特征提取的準確性，特采集小電流擴散型電弧圖像作為對比實驗，這里只分析熄弧階段的電弧等離子體特征，電弧熄弧階段等離子體形態(tài)如圖8。經(jīng)過對電弧圖像去噪聲及形態(tài)學處理，計算外部輪廓與內(nèi)部高能等離子體形態(tài)分布，其時間-面積曲線如圖9本文利用高速攝像機采集真空斷路器斷開時電弧形態(tài)，通過圖
像去噪、數(shù)字圖像形態(tài)學操作，用選定特殊閾值的方法對電弧外在輪廓及內(nèi)部高能等離子幾何形狀(主要為面積形狀) 進行統(tǒng)計說明，同時分析了內(nèi)部高能等離子體與電弧外在輪廓的關(guān)系，得到以下結(jié)論：  (1)伴隨著真空電弧引弧、平穩(wěn)燃弧、熄弧及弧后介質(zhì)恢復四階段，電弧等離子體面積形態(tài)可分為平穩(wěn)擴散、迅速減小和后期維持三個階段。在平穩(wěn)擴散階段內(nèi)部高能等離子體不斷得到補充，與電弧輪廓同比例增加。面積迅速減小階
段，觸頭逐漸停止向間隙提供粒子，內(nèi)部電弧在磁場作用下被擴散至周圍，電弧開始熄滅。后期維持階段主要表現(xiàn)為殘余粒子和電荷鞘層。隨著殘余粒子的消散，介質(zhì)恢復不斷得到加強，此階段的電弧形態(tài)直接影響著重燃與否。  (2)通過電弧內(nèi)外面積差，可以看出真空斷路器是否熄弧完全。的分斷電弧表現(xiàn)為，電流過零點之后，面積差迅速增大，高能等離子體得不到有效補充; 達到峰值后，面積差迅速減小，使得殘余粒子快速擴
散，為介質(zhì)恢復提供條件。  真空開關(guān)電弧等離子體幾何形態(tài)研究為真空技術(shù)網(wǎng)首發(fā)，轉(zhuǎn)電力系統(tǒng)運行中經(jīng)常發(fā)生分、合閘線圈燒毀事故。當電氣設(shè)備發(fā)生事故時，如果因高壓真空斷路器分閘回路斷線出現(xiàn)真空斷路器拒動現(xiàn)象，將使事故擴大，造成越級分閘致使大面積停電，甚至造成電力設(shè)備燒毀、火災等嚴重后果。而合閘回路完整性破壞時，雖然所造成的危害比分閘回路完整性破壞時要小一些，但它也使得線路不能正常送電，妨礙了供電
可靠性的提高。所以很有必要對真空斷路器線圈燒毀原因進行分析，積累了事故處理經(jīng)驗，提出防范措施和技術(shù)改進，為斷路器檢修工作提供工作參考。 

因此如何合理的設(shè)置鐵芯以及如何合理的設(shè)計鐵芯結(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，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，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。在觸頭斷開時刻，整個陰極表面會產(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上，導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，觸頭表面金屬凸點不斷溶化并向觸頭間隙補充金屬粒子。此時陰極斑點會在陰極表面形成，并有更多的高能等離子體形成并擴散至間隙內(nèi)。電弧引燃后，充滿等離子體的電極間
隙變成良好導體，同時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散，此過程會維持一段時間。對于交流真空斷路器而言，電流到達峰值后會逐漸減小，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，電弧過渡及擴散兩種形態(tài)。胡上茂、姚學玲等利用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)合實驗的方法，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。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

真空斷路器的真空度太低的話，這會對真空斷路器的切斷能力有一定的影響，還會引起真空斷路器的使用壽命不長，如果是遇到那種比較嚴重的故障的話，這
個很多可能會出現(xiàn)的事故，所以一定要及時的處理這些問題，真空斷路器一定要定期檢查以及維修，一定要進行定性的測試，一定要保證真空度不會下降，還要做好行程以及跳的測試，當然的措施也是少不了的，選擇質(zhì)量好的真空斷路器產(chǎn)品注意放電情況，停電維修要進行各項測試保持很好工作的狀態(tài)。真空斷路器的實時監(jiān)測也是非常的重要，使用電磁波的辦法完全是可以達到對真空斷路器的監(jiān)測作用，其次的就是達到工程的標準以及驗證，這種
在線監(jiān)測的裝置必須要在整體結(jié)構(gòu)不變的情況下，還有運行工作也是不變的情況下可以進行實時測試工作，真空斷路器的滅弧能力很好， 然而，在某些電網(wǎng)條件下，真空斷路器關(guān)斷時產(chǎn)生
的瞬態(tài)過電壓會對電網(wǎng)中的變壓器產(chǎn)生致命影響，導致其使用壽命降低，生產(chǎn)效率下降，甚至可能造成嚴重的事故。真空斷路器的瞬態(tài)過電壓已有大量文獻對此進行分析與研究，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。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/1250A 規(guī)格的真空斷路器為例進行測試，并重點關(guān)注光伏器件中的LC 濾波機構(gòu)在抑制瞬態(tài)響應(yīng)中的作用。

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