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鄭州大學(xué)研究人員在罐式多斷口真空斷路器研究方面取得新進展

發(fā)布日期：2022-07-21 00:00:00 作者：德力西旗艦店

摘要： 環(huán)保型罐式多斷口真空斷路器是未來高壓真空斷路器的發(fā)展趨勢之一，但目前對罐式多斷口真空斷路器的均壓配置研究不足

環(huán)保型罐式多斷口真空斷路器是未來高壓真空斷路器的發(fā)展趨勢之一，但目前對罐式多斷口真空斷路器的均壓配置研究不足。鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院和河南省輸配電設(shè)備與電氣絕緣工程技術(shù)研究中心的研究人員程賢、杜帥在2021年第15期《電工學(xué)報》上撰文。結(jié)果表明，不同均壓配置的裂縫間均壓效果從優(yōu)到差依次為圓柱形、單邊、三邊和雙邊，圓柱形均壓配置的金屬接頭處最大電場強度為3kV/mm，遠小于其他方式的15~20kV/mm。該研究為箱式多斷口真空斷路器的均壓配置提供了參考。

真空SF6在斷路器領(lǐng)域廣泛用作滅弧和絕緣介質(zhì)，而京都議定書和歐盟的禁氟令對SF6的使用提出了嚴格的限制。但真空斷路器長間隙存在絕緣飽和問題，難以向高壓和超高壓領(lǐng)域發(fā)展。尋求環(huán)境友好的SF6作為替代氣體，開發(fā)高壓真空斷路器是高壓開關(guān)領(lǐng)域亟待解決的熱點問題。

將多個真空短間隙串聯(lián)成多斷口真空斷路器是將真空斷路器推向更高電壓等級的有效手段。柜式結(jié)構(gòu)的多斷口真空斷路器滿足了模塊化變電站建設(shè)的要求，是未來替代SF6斷路器的發(fā)展方向之一。多斷口真空斷路器廣泛應(yīng)用于交流輸電、機械高壓DC分斷等領(lǐng)域。目前，T形、U形、立式等多斷口真空斷路器已在204kV以下的工程中得到應(yīng)用。

大連理工大學(xué)開發(fā)了基于40.5kV光控模塊化真空開關(guān)單元串聯(lián)的126kV智能多斷口真空斷路器技術(shù)方案，并在武漢湯山變電站投入運行。華中科技大學(xué)與南方電網(wǎng)公司合作研制的機械式高壓直流斷路器應(yīng)用于廣東電網(wǎng)160kV南澳多端柔性DC輸電系統(tǒng)。Xi交大研發(fā)了40.5kV雙斷口真空投切電容器組專用密封極，解決了電容器組投切時再次擊穿概率高的問題。

上述多斷口斷路器多為柱式結(jié)構(gòu)，存在占地面積大、集成度低的問題。UHV/UHV組合電器(GIS/HGIS)的發(fā)展是未來行業(yè)發(fā)展的趨勢。

由于雜散電容的存在，多斷口斷路器的分壓不均勻，直接影響斷路器的分斷能力。為了消除雜散電容的影響，一般采用外部均壓電容來保證斷口間的電壓分布均勻，而過大的均壓電容不利于斷路器重新點火后滅弧室內(nèi)的介質(zhì)恢復(fù)過程。

有學(xué)者研究了模塊化多斷口真空斷路器的電位和電場分布特性，得出三斷口真空斷路器高壓端子耐壓超過60%的結(jié)論。有學(xué)者計算了模塊化三斷口真空斷路器的等效電容參數(shù)，并通過分壓特性實驗驗證了計算結(jié)果的正確性。一些學(xué)者從靜態(tài)均壓和動態(tài)均壓兩方面對均壓電容器的選擇進行了理論和實驗研究。

有學(xué)者提出了一種新型363kV氣體絕緣真空斷路器，采用40.5kV真空滅弧室串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并進行了電場仿真分析。一些學(xué)者控制雙斷口真空斷路器的開斷速度，德力西改善斷路器的電壓分布。有學(xué)者提出，不同滅弧室的組合影響雙斷口滅弧室的電壓分布，合理的組合可以達到一定的自均壓效果。

現(xiàn)有的研究主要是針對傳統(tǒng)戶外柱式結(jié)構(gòu)，對罐式結(jié)構(gòu)均壓配置的研究主要集中在超高壓SF6罐式斷路器，而罐式多斷口真空斷路器的均壓配置有待深入探索。全環(huán)保型罐式多斷口真空斷路器集環(huán)保型氣體絕緣、3~5個真空滅弧室、兼容HGIS/GIS的罐式結(jié)構(gòu)于一體，能更好地滿足開關(guān)設(shè)備環(huán)?；?、模塊化的技術(shù)要求。

鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院等單位的研究人員，前期對罐體結(jié)構(gòu)的整體電場分布和優(yōu)化進行了探討。建立了126kV環(huán)保型罐式多斷口真空斷路器的電壓和電場強度仿真模型，計算了其等效電容分布參數(shù)。針對斷口間電壓分布不均勻的問題，設(shè)計了不同的并聯(lián)電容器配置結(jié)構(gòu)，并對不同電容器配置結(jié)構(gòu)的電場強度和電壓分布進行了對比分析，得出了并聯(lián)電容器的電容值和絕緣布置方案，為環(huán)保型罐式多斷口真空斷路器均壓配置的設(shè)計提供了參考。

分析結(jié)果后，研究人員得出以下結(jié)論:

1)通過比較多斷口真空斷路器和戶外瓷柱結(jié)構(gòu)的電位分布可以看出，鍋式結(jié)構(gòu)的電壓分布比瓷柱斷路器更不均勻，各斷口間的電壓分布分別為74%、19%和7%。由于罐體的結(jié)構(gòu)縮短了電極與地的距離，斷口和屏蔽對地的雜散電容明顯增加，從瓷柱的1.6~2.6pF增加到6.1~7.5pF，這是造成兩種斷路器電壓分布差異的主要原因。

2)不同并聯(lián)電容配置的電容值對均壓效果的影響基本相同。在單側(cè)、雙側(cè)和三側(cè)電容器布置下，電壓均衡的電容值應(yīng)至少為1000pF；由于圓柱形電容器電極的形狀和布置，在一定程度上增強了電容器的均壓效果。圓柱形電容可以布置在800pF，當電容值繼續(xù)增大時，均壓效果趨于飽和。

3)電場強度更大的常規(guī)單側(cè)、雙側(cè)和三側(cè)并聯(lián)電容器配置位于金屬連接器處并沿著滅弧室的表面。金屬接頭處的最大電場強度為15~20kV/mm，而圓柱形均衡電容器金屬接頭處的最大電場強度為3kV/mm，圓柱形電容器配置具有最均勻的電場強度分布，滿足了罐式斷路器的緊湊設(shè)計要求。在后續(xù)工作中，將進一步研究集成式串聯(lián)自平衡真空滅弧室。

上述研究成果發(fā)表在2021年第15期《電氣技術(shù)雜志》上。論文題目為“環(huán)保型箱式多斷口真空斷路器均壓配置的研究”，作者為程賢、杜帥等。

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