選擇合適的均壓電容值是多斷口真空斷路器開斷能力的重要保證。針對(duì)126 kV 模塊化三斷口真空斷路器，根據(jù)電位分布計(jì)算結(jié)果，分析確定采用U 型布置方式。采用有限元法計(jì)算了U 型三斷口真空斷路器的分布電容參數(shù)，并通過工頻分壓特性試驗(yàn)驗(yàn)證了計(jì)算的準(zhǔn)確性，根據(jù)靜態(tài)分壓比計(jì)算結(jié)果選擇了合適的靜態(tài)均壓電容值。建立了雙斷口真空斷路器動(dòng)態(tài)仿真模型，仿真結(jié)果表明：動(dòng)態(tài)均壓設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮殘余電荷(residual charge，RC)的影響，其影響程度與各斷口RC 參數(shù)的差異特性有關(guān)。根據(jù)暫態(tài)恢復(fù)電壓分配比計(jì)算結(jié)果選擇了合適的動(dòng)態(tài)均壓電容值。綜合考慮靜、動(dòng)態(tài)均壓要求和其他相關(guān)因素，三斷口真空斷路器均壓電容值選取為1 000 pF，并通過合成開斷試驗(yàn)驗(yàn)證了均壓的有效性。

　　真空和SF6 是斷路器領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的滅弧和絕緣介質(zhì)。其中，SF6 在72.5~1 000 kV 電壓等級(jí)的斷路器中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位;而真空斷路器在40.5 kV 及以下電壓等級(jí)的系統(tǒng)中更能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。1997 年的日本京都會(huì)議上，SF6 被正式定為溫室氣體，未來的使用將受到嚴(yán)格限制。研究可替代SF6斷路器的環(huán)保型高壓斷路器日益緊迫，更高電壓等級(jí)的真空斷路器成為目前的研究熱點(diǎn)。

　　由于真空間隙的擊穿電壓與間隙長度存在飽和效應(yīng)，限制了單斷口真空斷路器的發(fā)展。多斷口真空斷路器可以充分利用真空短間隙的優(yōu)良特性，使得真空斷路器向高壓、超高壓發(fā)展成為可能。大連理工大學(xué)首先提出了采用光控模塊式真空斷路器單元串聯(lián)，組成多斷口真空斷路器的概念，并基于目前成熟的TD-40.5/2500-31.5 商用真空滅弧室，開發(fā)了40.5 kV 光控模塊式真空斷路器單元樣機(jī)。該樣機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，配備永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用光纖傳送控制信號(hào)，可方便地進(jìn)行積木式串聯(lián)相應(yīng)的個(gè)數(shù)組成更高電壓等級(jí)的多斷口真空斷路器，為模塊化多斷口真空斷路器的研究奠定了基礎(chǔ)。文獻(xiàn)計(jì)算了模塊化三斷口真空斷路器的分布電容參數(shù)并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證;文獻(xiàn)測量了小電流，低電壓合成開斷試驗(yàn)中三斷口真空斷路器的電壓分布;文獻(xiàn)仿真分析了三斷口真空斷路器的TRV 分配特性和不同均壓措施的均壓效果;文獻(xiàn)分析了雙斷口真空斷路器TRV分配特性與弧后電流的關(guān)系;文獻(xiàn)通過試驗(yàn)研究了均壓電容對(duì)雙斷口真空斷路器開斷性能的影響。但目前尚無針對(duì)多斷口真空斷路器均壓設(shè)計(jì)的詳細(xì)研究。

　　多斷口真空斷路器通常采用加裝均壓電容的方式提高其電壓分配均勻性。但是，過高的均壓電容值對(duì)開斷性能的提高無益，甚至可能降低其開斷性能。因此，選擇合適的均壓電容值對(duì)保證多斷口真空斷路器的開斷能力至關(guān)重要。本文針對(duì)真空斷路器在126 kV電壓等級(jí)的應(yīng)用問題，基于40.5 kV光控模塊單元，對(duì)模塊化三斷口真空斷路器靜，動(dòng)態(tài)均壓設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究：計(jì)算了豎直型和U 型布置方式下三斷口真空斷路器的電壓分布，同時(shí)考慮機(jī)械穩(wěn)定性及實(shí)施難度等因素，選擇了U 型布置方式;對(duì)U 型三斷口真空斷路器的分布電容參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了計(jì)算的準(zhǔn)確性。根據(jù)靜態(tài)分壓比計(jì)算結(jié)果選取了滿足靜態(tài)均壓要求的均壓電容值;考慮弧后殘余電荷(residual charge，RC)的影響，建立了雙斷口真空斷路器動(dòng)態(tài)仿真模型。

　　仿真分析了雙斷口真空斷路器的瞬態(tài)恢復(fù)電壓(transient recovery voltage，TRV)分配特性。根據(jù)U型三斷口真空斷路器TRV 分配比計(jì)算結(jié)果，選取了滿足動(dòng)態(tài)均壓要求的均壓電容值。綜合分析后，U 型三斷口真空斷路器的均壓電容值選取為1 000 pF，并通過合成開斷試驗(yàn)驗(yàn)證了均壓的有效性。基于上述研究開發(fā)的126 kV 三斷口真空斷路器樣機(jī)，在西安高壓電器研究院通過了40 kARMS，T100 s 的開斷試驗(yàn)。真空技術(shù)網(wǎng)(http://shengya888.com/)認(rèn)為本文的研究結(jié)果可為多斷口真空斷路器的設(shè)計(jì)提供參考。

1、電壓分布計(jì)算及結(jié)構(gòu)選擇

　　根據(jù)光控模塊單元的基本結(jié)構(gòu)，首先考慮了多種可能的布置方式，如Z 型、豎直型、U 型及T 型等。經(jīng)過初步的分析，本文選擇豎直型和U 型作為備選方案進(jìn)一步分析。

　　由于雜散電容的存在，多斷口真空斷路器的電壓分布并不均勻，對(duì)提高其開斷能力極為不利，其不均勻程度與多斷口的布置方式密切相關(guān)。因此，不同布置方式下的電壓分布是結(jié)構(gòu)選擇的重要參考依據(jù)之一。

　　1.1、模塊化三斷口真空斷路器模型

　　根據(jù)光控模塊式真空斷路器單元的實(shí)際結(jié)構(gòu)，通過適當(dāng)簡化，建立了模塊單元的三維計(jì)算模型。其結(jié)構(gòu)示意圖和三維模型圖如圖1 所示。

圖1 光控模塊式真空斷路器

　　基于模塊單元的三維計(jì)算模型，同時(shí)建立復(fù)合支柱絕緣子的三維計(jì)算模型，通過組合得到豎直型和U 型三斷口真空斷路器的計(jì)算模型，如圖2 所示。

圖2 三斷口真空斷路器計(jì)算模型

　　1.2、電壓分布計(jì)算及結(jié)構(gòu)選擇

　　在 ANSYS 軟件中建模和剖分完成后，在三斷口真空斷路器高壓端加載高電位單位1，接地端加載0 電位(對(duì)于實(shí)際值可以乘相應(yīng)倍數(shù)進(jìn)行換算)，對(duì)屏蔽罩等懸浮電位導(dǎo)體進(jìn)行電壓自由度耦合。采用ICCG 求解器進(jìn)行求解，計(jì)算得到三斷口真空斷路器的電位分布。根據(jù)電位分布計(jì)算結(jié)果，計(jì)算出各斷口兩端的電位差，進(jìn)而得到各個(gè)斷口的分壓比，如表1 所示。

表1 豎直和U 型布置方式各斷口分壓比

　　由表1 可知，2 種布置方式下斷口的電壓分布均很不均勻，必須采取合適的均壓措施以改善斷口間的電壓分布特性;豎直型的電壓分布較U 型更加均勻，但二者差異并不顯著。由于豎直型布置的整體高度達(dá)到了4.4 m，綜合考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和實(shí)施難度等因素，選擇U 型結(jié)構(gòu)為模塊化三斷口真空斷路器的布置方式。

2、結(jié)論

　　1)對(duì)于多斷口真空斷路器，有限元法可得到較為準(zhǔn)確的電壓分布和分布電容參數(shù)計(jì)算結(jié)果，為多斷口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和靜態(tài)均壓參數(shù)選擇提供參考。

　　2)由于RC 的存在，多斷口真空斷路器的TRV分配特性與靜態(tài)時(shí)不同。在PAC 階段，TRV 分配主要受斷口等效阻抗的影響，該等效阻抗由各斷口的RC 參數(shù)(即PAC 參數(shù))決定。因此，多斷口真空斷路器宜采用PAC 分散性較小的滅弧室;同時(shí)采用高精度的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，盡可能提高各斷口的控制精度和同步性。

　　3)在進(jìn)行多斷口真空斷路器動(dòng)態(tài)均壓設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮雜散電容的影響，還需要考慮RC 參數(shù)差異可能導(dǎo)致的TRV 分配不均勻，其影響程度與各斷口的RC 參數(shù)差異特性有關(guān)。

　　4)對(duì)于126 kV 模塊化三斷口真空斷路器，宜采用U 型布置方式。綜合考慮靜，動(dòng)態(tài)均壓的要求，均壓效果的“飽和”效應(yīng)和負(fù)效應(yīng)等因素，U 型三斷口真空斷路器的均壓電容值取1 000 pF。初步試驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的有效性，后續(xù)還需進(jìn)一步的試驗(yàn)檢驗(yàn)。