真空開關動態介質恢復性研究

2015-01-31 梁俊飛 中國石油遼河油田分公司電力集團檢試工區

  真空開關在電力系統中起著頗為重要的作用。通過使用真空作為主觸頭的絕緣介質和滅弧介質來工作。正是由于其重要作用,文章分析了雙斷口真空開關的動態介質恢復過程,并在此基礎上對真空開關的擊穿統計特性進行了分析。結論表明,只有當電場的場強達到一定值時,才能使得微粒獲得足夠的動能,激發出來的金屬蒸汽擊穿真空間隙。

  真空開關在電力系統中起著重要作用。真空開關利用真空作為主觸頭間的絕緣物質和滅弧機制從而發揮其特殊作用。而正是由于真空具有極為優異的絕緣能力和滅弧能力等優點,因而在真空開關在配電領域得到了極為廣泛的應用。至今為止,許多國家爭相研究多斷口真空開關,以促進本國電力事業的發展。

  本鑒于此,本文以雙斷口真空開關的動態介質恢復過程為研究出發點,推導出多斷口開關的最大可能增長倍數。并在此基礎上,研究了真空開關的擊穿統計特性,具有一定的參考價值。

  1、真空開關的動態介質恢復過程

  1.1、雙斷口真空開關的模型建立

  雙斷口真空開關試驗回路中電流值取25kA,電流源恢復電壓峰值為110kV。對于該回路而言,一旦將該回路的恢復電壓加上之后,會使得其真空間隙兩端的恢復電壓變化率非常高,這樣直接導致的后果可能是兩個真空滅弧室的電壓分配受到間隙的電容影響甚大。為了更清楚的對其物理性能進行分析,需要對該回路進行化簡,從而最終得到其電路等效圖。

  根據等效電路圖可以得到雙斷口真空開關的電壓分配關系式如下。

真空開關動態介質恢復性研究

  1.2、雙斷口真空開關的動態介質恢復過程

  電力系統受到真空開關的影像很大。而真空開關又分為雙端口真空開關和單斷口真空開關兩種。在實踐過程中,由多年以來的經驗可以發現,前者的動態介質恢復過程與簡單的后者的動態介質恢復過程有所不同。當雙斷口真空開關在工作時,由于具有其上下兩個真空滅弧室,而滅弧室的分壓不均會導致所受恢復電壓較高的滅弧室易先發生擊穿現象。而電壓分布不均則是由于受到對地電容的影響。而在此時為了保證整個雙斷口開關并不會因為一個滅弧室發生事故而導致開端的失敗,就需要恢復電壓的峰值和上升速度低于某一極限值。這也是本文研究的目的所在。由于在這個開斷過程中存在另外一個真空滅弧室的介質強度問題。

  由此,如果其中的一個滅弧室發生了電弧重擊穿的問題,那么另外一個滅弧室將不能承受全部的恢復電壓。真空電弧在電流過零熄滅后,剩余的等離子體在恢復電壓的作用下繼續運動。正離子朝著新陰極運動,而電子則朝著正陽極運動。最終形成正離子層,這個層區隨著時間發展而漸漸變寬,直至充滿整個間隙。研究實測固有恢復與實際恢復特性的曲線可以發現,其最終恢復特性曲線趨于一個常量值。

  2、結論

  綜上所述,雙斷口真空開關的動態介質恢復特性對電力系統有著重要影響。為了使得整個雙斷口開關不會因為一個滅弧室發生重擊穿而導致開斷失敗,就需要想方設法使得恢復電壓的峰值和上升速度低于某一極限值。為此,在分析雙斷口真空開關的動態介質恢復過程的基礎上,又對真空開關的擊穿統計特性進行了分析,具有一定的實用意義。