具有串并联结构的模块化多断口真空断路器静动态电压分布特性
2014-02-13胡群荣
摘要：文章首先给出了基于串并联结构模块化三断口真空断路器对应的有限元分析模型标准概念，进而通过对电位分布的计算以及对真空灭弧室内电场分布的计算分析，就多断口真空断路器所对应的静动态电压分布特性展开了分析与探讨。
关键词：多断口真空断路器；静动态电压分布；模块化
中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0059-02
在我国当前电力系统的运行过程当中，针对110kV电压等级以上的电力系统运行而言，多以SF6型断路器为主。基于电力系统环保要求的进一步严格与具体，未来期间SF6型断路器的应用将受到很大程度上的限制。积极展开对可替代SF6型断路器的环保型高压断路器研究工作备受各方关注与重视，本文即围绕该问题展开分析与探讨。
1 模块化三断口真空断路器模型
在构建具有串并联结构模块化多断口真空断路器单元有限元分析模型的过程当中，需要考虑的计算对象包括环氧绝缘筒部件、瓷套部件、屏蔽罩部件、外绝缘伞群部件、以及动静触头部件等多个方面。对于具有串并联结构模块化多断口真空断路器而言，触头涉及到动式触头、以及静式触头这两种类型，所对应的材料主要为铜铬合金，而具有串并联结构模块化多断口真空断路器屏蔽罩所对应的材料则主要为钢铁。在该模块化三断口真空断路器单元有限元分析模型当中，介电常数的取值均为1.0。
同时，在基于对串联结构样机单臂试验以及三相样机基本情况分析的基础之上，该计算模型包括以下几种工况：A模型，指不带底部支架条件下所对应的串联结构样机单臂模型；B模型，指带底部支架条件下所对应的串联结构样机单臂模型；C模型，指带底部支架条件下所对应的串联结构样机双臂模型；D模型，指带底部支架条件下所对应的三项样机模型。
2 电位分布计算
建立在该分析模型的基础之上，通过仿真计算的方式分析可知：对于带有底部支架的串联样机单臂模型而言，与之相对应的断路器电位分布计算示意图如下图所示（见图1）。
图1 断路器电位分布计算示意
结合图1中的数据信息不难发现：对于按照前文所述方式所布置的模块化三断口真空的管路器而言，在按照“U”字型形态布置的情况下，上侧触头/下侧触头，触头/屏蔽罩间隔区间内的电压水平呈现出了较为显著的变化趋势。且图1中还显示，断口变化最为显著的区域表现为：上侧触头/下侧触头。该研究结果提示：上侧触头/下侧触头对应区域范围内具有较大的场强特性。根据图1中所反映的电位分布特征，可得到如下表（见表1）所示的断口分压比数据示意表。
结合表1中所提示的数据信息可知：三断口真空断路器所对应的断口表现出了严重比例失调的电压分布特征。其中，高压端断口所对应的分压水平达到了67.18%比例（占总分压比比例）以上，该数据主要提示：杂散电容会对本区范围内的静态分压产生极为严重的影响。不但如此，此区段内所生成的杂散电容也有可能对瞬态恢复电压的分布情况产生关键性的影响。从这一角度上来说，为了能够最大限度的保障电压分布的合理与可靠，就需要通过引入均压处理措施的方式，改善断口对应电压分布水平。同时，根据表1中对四类模型断口分压比数据的分析：串并联结构模块化多断口真空断路器断口区段对应电位分布相互之间的影响水平并不显著。与此同时，相对于整体模型而言，不带底部支架的串联样机单臂模型差异较小，所计算数据精确可靠。综合上述分析可知：在有关具有串并联结构模块化多断口真空断路器所对应电位分布计算的实施过程当中，不需要安装支架，可保障计算数据的可靠。
3 真空灭弧室内电场分布计算
在本文所假定的具有串并联结构模块化多断口真空断路器计算模型当中，所对应的外边界尺寸量级标准为10.0m，而屏蔽罩厚度对应的尺寸量级标准为mm。由此可知，整个具有串并联结构模块化多断口真空断路器计算模型结构实体尺寸存在比较大的差异性。为避免因真空灭弧室内结构过于复杂因素影响而对电场分布计算结果产生不良的影响，就需要通过引入基于子模型计算方法的方式，确保所获取电场分布数据的可靠。通过仿真计算的方式分析可知：对于带有底部支架的串联样机单臂模型而言，与之相对应的真空灭弧室内电场分布计算示意图如下图所示（见图2）。
图2 真空灭弧室内电场分布计算示意图
结合图1中的数据信息不难发现：在以1.0V为单位的运行电压条件作用之下，高压段断口、中间段断口、以及低压段断口触头表面所对应的场强计算max数值分别取值为73.71，23.85，13.98（单位：V/m）。在此基础之上，对于屏蔽罩而言，与上述运行工况相对应的场强计算max数值分别取值为69.81，22.56，13.24（单位：V/m）。结合以上数据可知：对于所假定的具有串并联结构模块化多断口真空断路器而言，单元所对应场强max数值均出现在触头表面的圆弧位置，其次为屏蔽罩梁端圆弧与直线呈相切关系的区域内。这一研究结果提示：在有关具有串并联结构模块化多断口真空断路器所对应的电场分布计算过程当中，灭弧室设计期间，需要特别注意触头表面圆弧区域以及屏蔽罩圆弧区域的安全处理工作。
4 结语
本文针对具有串并联结构模块化多断口真空断路器静动态电压分布特性展开了详细分析与探讨，通过对电位分布的计算以及对真空灭弧室内电场分布的计算分析得出如下结论：第一，杂散电容会对本区范围内的静态分压以及瞬态恢复电压的分布情况产生关键性的影响，有关此工况下静态、动态分压的差异需要相关人员展开进一步的分析与探讨；第二，灭弧室设计期间，需要特别注意触头表面圆弧区域以及屏蔽罩圆弧区域的安全处理工作；第三，在有关具有串并联结构模块化多断口真空断路器所对应电位分布计算的实施过程当中，不需要安装支架，可保障计算数据的可靠，有关上述问题的分析与研究希望能够作用于实践，为后续有关环保型高压真空断路器相关问题的研究提供一定程度上的指导与
参考。
参考文献
[1] 张华赢，杨兰均，李良书，等.投切电容器组专用真空断路器性能研究[J].电力电容器与无功补偿，2011，（3）.
[2] 吴高波，阮江军，黄道春，等.126kV模块化三断口真空断路器静、动态均压设计[J].中国电机工程学报，2013，（19）.
[3] 舒胜文，阮江军，黄道春，等.双断口真空断路器的瞬态恢复电压分配机理与均压电容研究[J].电网技术，2012，（11）.
作者简介：胡群荣（1957—），男，浙江杭州人，浙宝开关（杭州）有限公司工程师，研究方向：真空电力开关技术。
摘要：文章首先给出了基于串并联结构模块化三断口真空断路器对应的有限元分析模型标准概念，进而通过对电位分布的计算以及对真空灭弧室内电场分布的计算分析，就多断口真空断路器所对应的静动态电压分布特性展开了分析与探讨。
关键词：多断口真空断路器；静动态电压分布；模块化
中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0059-02
在我国当前电力系统的运行过程当中，针对110kV电压等级以上的电力系统运行而言，多以SF6型断路器为主。基于电力系统环保要求的进一步严格与具体，未来期间SF6型断路器的应用将受到很大程度上的限制。积极展开对可替代SF6型断路器的环保型高压断路器研究工作备受各方关注与重视，本文即围绕该问题展开分析与探讨。
1 模块化三断口真空断路器模型
在构建具有串并联结构模块化多断口真空断路器单元有限元分析模型的过程当中，需要考虑的计算对象包括环氧绝缘筒部件、瓷套部件、屏蔽罩部件、外绝缘伞群部件、以及动静触头部件等多个方面。对于具有串并联结构模块化多断口真空断路器而言，触头涉及到动式触头、以及静式触头这两种类型，所对应的材料主要为铜铬合金，而具有串并联结构模块化多断口真空断路器屏蔽罩所对应的材料则主要为钢铁。在该模块化三断口真空断路器单元有限元分析模型当中，介电常数的取值均为1.0。
同时，在基于对串联结构样机单臂试验以及三相样机基本情况分析的基础之上，该计算模型包括以下几种工况：A模型，指不带底部支架条件下所对应的串联结构样机单臂模型；B模型，指带底部支架条件下所对应的串联结构样机单臂模型；C模型，指带底部支架条件下所对应的串联结构样机双臂模型；D模型，指带底部支架条件下所对应的三项样机模型。
2 电位分布计算
建立在该分析模型的基础之上，通过仿真计算的方式分析可知：对于带有底部支架的串联样机单臂模型而言，与之相对应的断路器电位分布计算示意图如下图所示（见图1）。
图1 断路器电位分布计算示意
结合图1中的数据信息不难发现：对于按照前文所述方式所布置的模块化三断口真空的管路器而言，在按照“U”字型形态布置的情况下，上侧触头/下侧触头，触头/屏蔽罩间隔区间内的电压水平呈现出了较为显著的变化趋势。且图1中还显示，断口变化最为显著的区域表现为：上侧触头/下侧触头。该研究结果提示：上侧触头/下侧触头对应区域范围内具有较大的场强特性。根据图1中所反映的电位分布特征，可得到如下表（见表1）所示的断口分压比数据示意表。
结合表1中所提示的数据信息可知：三断口真空断路器所对应的断口表现出了严重比例失调的电压分布特征。其中，高压端断口所对应的分压水平达到了67.18%比例（占总分压比比例）以上，该数据主要提示：杂散电容会对本区范围内的静态分压产生极为严重的影响。不但如此，此区段内所生成的杂散电容也有可能对瞬态恢复电压的分布情况产生关键性的影响。从这一角度上来说，为了能够最大限度的保障电压分布的合理与可靠，就需要通过引入均压处理措施的方式，改善断口对应电压分布水平。同时，根据表1中对四类模型断口分压比数据的分析：串并联结构模块化多断口真空断路器断口区段对应电位分布相互之间的影响水平并不显著。与此同时，相对于整体模型而言，不带底部支架的串联样机单臂模型差异较小，所计算数据精确可靠。综合上述分析可知：在有关具有串并联结构模块化多断口真空断路器所对应电位分布计算的实施过程当中，不需要安装支架，可保障计算数据的可靠。
3 真空灭弧室内电场分布计算
在本文所假定的具有串并联结构模块化多断口真空断路器计算模型当中，所对应的外边界尺寸量级标准为10.0m，而屏蔽罩厚度对应的尺寸量级标准为mm。由此可知，整个具有串并联结构模块化多断口真空断路器计算模型结构实体尺寸存在比较大的差异性。为避免因真空灭弧室内结构过于复杂因素影响而对电场分布计算结果产生不良的影响，就需要通过引入基于子模型计算方法的方式，确保所获取电场分布数据的可靠。通过仿真计算的方式分析可知：对于带有底部支架的串联样机单臂模型而言，与之相对应的真空灭弧室内电场分布计算示意图如下图所示（见图2）。
图2 真空灭弧室内电场分布计算示意图
结合图1中的数据信息不难发现：在以1.0V为单位的运行电压条件作用之下，高压段断口、中间段断口、以及低压段断口触头表面所对应的场强计算max数值分别取值为73.71，23.85，13.98（单位：V/m）。在此基础之上，对于屏蔽罩而言，与上述运行工况相对应的场强计算max数值分别取值为69.81，22.56，13.24（单位：V/m）。结合以上数据可知：对于所假定的具有串并联结构模块化多断口真空断路器而言，单元所对应场强max数值均出现在触头表面的圆弧位置，其次为屏蔽罩梁端圆弧与直线呈相切关系的区域内。这一研究结果提示：在有关具有串并联结构模块化多断口真空断路器所对应的电场分布计算过程当中，灭弧室设计期间，需要特别注意触头表面圆弧区域以及屏蔽罩圆弧区域的安全处理工作。
4 结语
本文针对具有串并联结构模块化多断口真空断路器静动态电压分布特性展开了详细分析与探讨，通过对电位分布的计算以及对真空灭弧室内电场分布的计算分析得出如下结论：第一，杂散电容会对本区范围内的静态分压以及瞬态恢复电压的分布情况产生关键性的影响，有关此工况下静态、动态分压的差异需要相关人员展开进一步的分析与探讨；第二，灭弧室设计期间，需要特别注意触头表面圆弧区域以及屏蔽罩圆弧区域的安全处理工作；第三，在有关具有串并联结构模块化多断口真空断路器所对应电位分布计算的实施过程当中，不需要安装支架，可保障计算数据的可靠，有关上述问题的分析与研究希望能够作用于实践，为后续有关环保型高压真空断路器相关问题的研究提供一定程度上的指导与
参考。
参考文献
[1] 张华赢，杨兰均，李良书，等.投切电容器组专用真空断路器性能研究[J].电力电容器与无功补偿，2011，（3）.
[2] 吴高波，阮江军，黄道春，等.126kV模块化三断口真空断路器静、动态均压设计[J].中国电机工程学报，2013，（19）.
[3] 舒胜文，阮江军，黄道春，等.双断口真空断路器的瞬态恢复电压分配机理与均压电容研究[J].电网技术，2012，（11）.
作者简介：胡群荣（1957—），男，浙江杭州人，浙宝开关（杭州）有限公司工程师，研究方向：真空电力开关技术。
摘要：文章首先给出了基于串并联结构模块化三断口真空断路器对应的有限元分析模型标准概念，进而通过对电位分布的计算以及对真空灭弧室内电场分布的计算分析，就多断口真空断路器所对应的静动态电压分布特性展开了分析与探讨。
关键词：多断口真空断路器；静动态电压分布；模块化
中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0059-02
在我国当前电力系统的运行过程当中，针对110kV电压等级以上的电力系统运行而言，多以SF6型断路器为主。基于电力系统环保要求的进一步严格与具体，未来期间SF6型断路器的应用将受到很大程度上的限制。积极展开对可替代SF6型断路器的环保型高压断路器研究工作备受各方关注与重视，本文即围绕该问题展开分析与探讨。
1 模块化三断口真空断路器模型
在构建具有串并联结构模块化多断口真空断路器单元有限元分析模型的过程当中，需要考虑的计算对象包括环氧绝缘筒部件、瓷套部件、屏蔽罩部件、外绝缘伞群部件、以及动静触头部件等多个方面。对于具有串并联结构模块化多断口真空断路器而言，触头涉及到动式触头、以及静式触头这两种类型，所对应的材料主要为铜铬合金，而具有串并联结构模块化多断口真空断路器屏蔽罩所对应的材料则主要为钢铁。在该模块化三断口真空断路器单元有限元分析模型当中，介电常数的取值均为1.0。
同时，在基于对串联结构样机单臂试验以及三相样机基本情况分析的基础之上，该计算模型包括以下几种工况：A模型，指不带底部支架条件下所对应的串联结构样机单臂模型；B模型，指带底部支架条件下所对应的串联结构样机单臂模型；C模型，指带底部支架条件下所对应的串联结构样机双臂模型；D模型，指带底部支架条件下所对应的三项样机模型。
2 电位分布计算
建立在该分析模型的基础之上，通过仿真计算的方式分析可知：对于带有底部支架的串联样机单臂模型而言，与之相对应的断路器电位分布计算示意图如下图所示（见图1）。
图1 断路器电位分布计算示意
结合图1中的数据信息不难发现：对于按照前文所述方式所布置的模块化三断口真空的管路器而言，在按照“U”字型形态布置的情况下，上侧触头/下侧触头，触头/屏蔽罩间隔区间内的电压水平呈现出了较为显著的变化趋势。且图1中还显示，断口变化最为显著的区域表现为：上侧触头/下侧触头。该研究结果提示：上侧触头/下侧触头对应区域范围内具有较大的场强特性。根据图1中所反映的电位分布特征，可得到如下表（见表1）所示的断口分压比数据示意表。
结合表1中所提示的数据信息可知：三断口真空断路器所对应的断口表现出了严重比例失调的电压分布特征。其中，高压端断口所对应的分压水平达到了67.18%比例（占总分压比比例）以上，该数据主要提示：杂散电容会对本区范围内的静态分压产生极为严重的影响。不但如此，此区段内所生成的杂散电容也有可能对瞬态恢复电压的分布情况产生关键性的影响。从这一角度上来说，为了能够最大限度的保障电压分布的合理与可靠，就需要通过引入均压处理措施的方式，改善断口对应电压分布水平。同时，根据表1中对四类模型断口分压比数据的分析：串并联结构模块化多断口真空断路器断口区段对应电位分布相互之间的影响水平并不显著。与此同时，相对于整体模型而言，不带底部支架的串联样机单臂模型差异较小，所计算数据精确可靠。综合上述分析可知：在有关具有串并联结构模块化多断口真空断路器所对应电位分布计算的实施过程当中，不需要安装支架，可保障计算数据的可靠。
3 真空灭弧室内电场分布计算
在本文所假定的具有串并联结构模块化多断口真空断路器计算模型当中，所对应的外边界尺寸量级标准为10.0m，而屏蔽罩厚度对应的尺寸量级标准为mm。由此可知，整个具有串并联结构模块化多断口真空断路器计算模型结构实体尺寸存在比较大的差异性。为避免因真空灭弧室内结构过于复杂因素影响而对电场分布计算结果产生不良的影响，就需要通过引入基于子模型计算方法的方式，确保所获取电场分布数据的可靠。通过仿真计算的方式分析可知：对于带有底部支架的串联样机单臂模型而言，与之相对应的真空灭弧室内电场分布计算示意图如下图所示（见图2）。
图2 真空灭弧室内电场分布计算示意图
结合图1中的数据信息不难发现：在以1.0V为单位的运行电压条件作用之下，高压段断口、中间段断口、以及低压段断口触头表面所对应的场强计算max数值分别取值为73.71，23.85，13.98（单位：V/m）。在此基础之上，对于屏蔽罩而言，与上述运行工况相对应的场强计算max数值分别取值为69.81，22.56，13.24（单位：V/m）。结合以上数据可知：对于所假定的具有串并联结构模块化多断口真空断路器而言，单元所对应场强max数值均出现在触头表面的圆弧位置，其次为屏蔽罩梁端圆弧与直线呈相切关系的区域内。这一研究结果提示：在有关具有串并联结构模块化多断口真空断路器所对应的电场分布计算过程当中，灭弧室设计期间，需要特别注意触头表面圆弧区域以及屏蔽罩圆弧区域的安全处理工作。
4 结语
本文针对具有串并联结构模块化多断口真空断路器静动态电压分布特性展开了详细分析与探讨，通过对电位分布的计算以及对真空灭弧室内电场分布的计算分析得出如下结论：第一，杂散电容会对本区范围内的静态分压以及瞬态恢复电压的分布情况产生关键性的影响，有关此工况下静态、动态分压的差异需要相关人员展开进一步的分析与探讨；第二，灭弧室设计期间，需要特别注意触头表面圆弧区域以及屏蔽罩圆弧区域的安全处理工作；第三，在有关具有串并联结构模块化多断口真空断路器所对应电位分布计算的实施过程当中，不需要安装支架，可保障计算数据的可靠，有关上述问题的分析与研究希望能够作用于实践，为后续有关环保型高压真空断路器相关问题的研究提供一定程度上的指导与
参考。
参考文献
[1] 张华赢，杨兰均，李良书，等.投切电容器组专用真空断路器性能研究[J].电力电容器与无功补偿，2011，（3）.
[2] 吴高波，阮江军，黄道春，等.126kV模块化三断口真空断路器静、动态均压设计[J].中国电机工程学报，2013，（19）.
[3] 舒胜文，阮江军，黄道春，等.双断口真空断路器的瞬态恢复电压分配机理与均压电容研究[J].电网技术，2012，（11）.
作者简介：胡群荣（1957—），男，浙江杭州人，浙宝开关（杭州）有限公司工程师，研究方向：真空电力开关技术。
