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真空滅弧室單斷口和三斷口串聯時絕緣擊穿統計特性

類型：	【軟件】	上傳：	2012-12-10 14:32:58	大小：	1111KB
說明：	摘要：建立了由3個真空滅弧室串聯后組成的三斷口真空滅弧室模型。通過施加工頻交流高壓和沖擊高壓，重點研究在相同的總開距下，與單斷口真空滅弧室模型相比，三斷口真空滅弧室模型的靜態擊穿電壓增益特性和靜態擊穿統計特性，包括三斷口真空滅弧室在工頻交流電壓下的靜態電壓分布特性。試驗研究表明，不同的串聯布置方式表現出不同的斷口電壓分布特性。斷口電壓分布特性越均勻，則擊穿電壓增益倍數越高。擊穿統計特性試驗研究表明，三斷口真空滅弧室相比單斷口真空滅弧室具有更低的擊穿概率。試驗結果與理論分析相吻合，證明了理論模型的有效性。　　0 引言　　在110kv 及以上電壓等級電力系統中，sf6開關占有主導地位。然而，1997年的日本京都會議正式將sf6定為溫室效應氣體，一旦泄漏，它在空氣中存在的壽命將超過3000 年，其影響超過co2的25000 倍[1]。因此，必須對它的使用和排放進行限制。目前，有許多研究者一直在研究可以替代sf6介質的高電壓等級開關，但直到現在，還沒有找到更好的替代品，能在高壓和超高壓開關領域擁有和sf6 相近的優異特性。真空開關目前尚只能大量應用于110kv及以下電壓等級。由于真空開關的許多優點，許多研究者正致力于將真空開關推向更高電壓等級的應用領域。　　迄今為止，發展更高電壓等級的真空開關有2種途徑：一是繼續發展單斷口型真空開關；二是發展雙斷口及多斷口真空開關。所謂多斷口真空開關技術，其實質是采用多個小真空間隙串聯，使真空開關獲得更高的電壓耐受特性。多斷口真空開關技術的優越性就是充分利用真空短間隙的優良特性。　　目前，國內外多真空間隙串聯的靜態及動態絕緣特性研究主要集中在雙斷口真空間隙的特性研究方面，對于3個及以上串聯真空間隙的特性至今尚未見到比較深入的報道[2-7]。文[8]在分析了雙斷口真空開關的動態介質恢程基礎上，理論推導得到雙斷口及多斷口真空開關的擊穿電壓最大可能增益倍數，同時引入“擊穿弱點”概念和概率統計方法，分析建立了雙斷口及多斷口真空開關的靜態擊穿統計模型和弧后重擊穿統計模型，理論上取得了一定的突破，不足之處是尚缺乏實驗論證。　　本文在文[8]研究工作的基礎上，首先建立由3個真空滅弧室串聯后組成的三斷口真空滅弧室模型(vi)，通過施加工頻交流高壓和沖擊高壓，重點從實驗方面研究三斷口真空滅弧室模型的靜態擊穿電壓增益特性和靜態擊穿統計特性，為多斷口真空開關的發展提供實驗佐證。　　1 三斷口串聯真空滅弧室模型　　由3個真空滅弧室串聯后組成的三斷口真空滅弧室模型如圖1 所示。三斷口真空滅弧室模型所采用的被試品為一組具有典型代表意義的國產商用真空滅弧室，已經過充分老練，額定電壓為10kv，額定開斷電流為31.5ka，屏蔽罩為中封結構，陶瓷外殼，觸頭材料為cucr50，觸頭直徑為50mm，額定開距為8mm。為防止沿滅弧室外壁的閃絡影響測量結果的準確性，試驗時將單斷口滅弧室整個浸泡在變壓器油中。　　試驗電壓分為工頻交流電壓和1.2/50μs的標準雷電沖擊電壓(lightning impulse voltage，liv)。標準雷電沖擊電壓由一5 級marx 沖擊電壓發生器提供，最大工頻交流電壓可升至250kv(有效值)，沖擊電壓發生器最大輸出電壓可達500kv(峰值)。　　2 靜態擊穿電壓試驗方法　　試驗主要分為2 部分，包括工頻交流電壓和沖擊電壓實驗。電壓的測量可采用分壓器加示波器相配合的方法進行，試驗中所用示波器為美國泰克公司tds320 型數字存儲示波器，模擬帶寬300mhz，可滿足測量的需要。另外，為方便進行對比，對于單斷口模型和三斷口模型來說，本文試驗是在它們具有相同總開距d 下進行的。　　對于工頻交流電壓試驗，先以3~5kv/s的升壓速度來增加單斷口真空滅弧室上的試驗電壓，直到單個真空滅弧室發生全面擊穿，記錄此時的擊穿電壓值(有效值)。再以此升壓速度來增加三斷口真空滅弧室模型上的試驗電壓，直到三斷口真空滅弧室模型發生全面擊穿，記錄此時的擊穿電壓值(有效值)。在試驗過程中，同時測量并記錄斷口上的分配電壓。改變真空滅弧室的開距，重復以上的試驗過程，得到在不同開距下的擊穿電壓值(有效值)。改變三斷口真空滅弧室模型的不同布置方式，重復以上試驗。這樣，可得到單個和三斷口真空滅弧室模型在不同總開距下的擊穿電壓耐受曲線及各斷口電壓分配關系。圖2 為三斷口真空滅弧室模型各斷口的電壓分布特性。　　對于沖擊電壓試驗，將單個真空滅弧室拉開到一定開距d，在每一試驗電壓等級下，各進行50次以上的測試，每次測試之間的時間間隔在30s以上，根據測量結果，可求得與該試驗電壓u 相對應的擊穿頻度，并進而得到與之相對應的累積擊穿概率f。記錄所有的擊穿電壓值(峰值)。對于3 種三斷口真空滅弧室模型，采用同樣的試驗方法。改變真空滅弧室的總開距d，重復以上的試驗過程，得到在不同總開距下的沖擊擊穿電壓值以及相對應的累積擊穿概率f。這樣就可獲得單個及三斷口真空滅弧室模型在不同沖擊電壓下的靜態擊穿統計特性。　　3 靜態擊穿電壓增益特性　　3.1 三斷口真空滅弧室模型的電壓分布特性　　圖2所示為三斷口真空滅弧室模型各斷口的電壓分布特性。圖中三斷口真空滅弧室模型的各斷口編號順序為從左至右。可見，3種三斷口真空滅弧室模型各斷口的電壓分布基本上與總開距無關。對于模型1，其各斷口電壓分布百分數平均值依次約為58%、23%、19%。對于模型2，其各斷口電壓分布百分數平均值約依次為55%、23%、22%。對于模型3，其各斷口電壓分布百分數平均值約依次為66%、15%、19%。由此可見，其各斷口電壓分布均勻程度以模型2為最高，模型1次之，以模型3 分布最不均勻。　　3.2 工頻電壓下的擊穿電壓特性　　圖4 為單斷口及三斷口真空滅弧室模型的工頻擊穿電壓特性。由圖4 可見，在不同的總開距下，單斷口及三斷口真空滅弧室模型的工頻擊穿電壓值(有效值)隨總開距增大而增大。在相同總開距下，三斷口真空滅弧室模型2 的工頻擊穿電壓值最高，而模型1 工頻擊穿電壓值次之，模型3的工頻擊穿電壓值基本和單個真空滅弧室相同，增加不多。總體來說，在相同總開距下，外施工頻高壓時，三斷口真空滅弧室模型的工頻擊穿電壓值相比單個真空滅弧室都有所增加，但增益效果并不十分明顯。www.whtlhgdq.com

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