摘要：为了对双断口真空断路器开特性进行研究，需要利用到仿真平台，从而获得相关参数，并在此基础上对其存有的问题进行相应优化。本文就双断口真空断路器开断特性的试验与仿真研究做简要阐述。
关键词：双断口真空断路器；开断特性试验；仿真研究
真空断路器特点体现在体积小，重量轻，使用寿命长以及对环境影响小等方面，但是从另一方面来看其不足之处在于饱和效应的存在，等级更高的单断口开发技术具有一定难度，而又断口技术则被看作是将真空断路器推向更高等级的途径。
一、开断试验
（一）试验条件
试验模型有两个真空灭弧室组成，二者布置采用串连方式，并对电压与电流作了相应设定。本试验使用的是振荡型合成实验系统，建立合成试验平台，试验的主要目的在于讨论燃弧时间以及其存在的差异对于开断器特性产生的影响。为达成上述试验目标就需要精确控制燃弧时间，而实现对时间精确控制，利用永磁操动机构进行控制，控制信号由光纤传输，独立动作，并严格控制动作分散性。
测量参数包括电压电弧，TRV分配比例。其中对前者进行测量利用的是电流源回路，对电流与电弧电压进行分析时，需要对燃弧时间进行设定，同时保持其不变，电容器组充电电压控制在0.6至2KV范围内。对燃弧时间与电弧电压进行分析时，设定电容器组电压不变，燃弧时设置为5至10ms,对高压端与低压端灭弧室电弧电压进行测量。
对后者进行测量时，需要对开断流有效值进行设。测量工作设计两组实验。一是准同期开断，高压端比低压端延迟分闸。二是非同期开断，高压端比低压端延迟开闸，并且与前者相比，延长时间更长。在分析非同期开断对真空断路器造成影响时，在高低压两端并联无均压电容，其目的在于消除杂散电容产生影响。之前试验中，对总体恢复电压与接地断口进行测量利用的都是分压器。双断口结构的瞬态分配特性会受到断口分压器影响，其影响程度与输入阻抗有一定关系。为降低阻抗产生的影响，分配特性试验中，通过隔离采样系统对电压输出信号传输进行隔离，从而实现了断口电压浮地测量。在某些情况下，高压探头可能与试验参数不相符，而解决此类问题可以通过均压电容支路串入云母电容，通过对云母电压进行测量并经光纤隔离进入到示波器，由于后者容值要大于前者容值，因此TRV分配特性不会受到影响。云母电容通过特殊措施实现抗干扰目的。
（二）试验结果
通过对试验结果进行分析，电流在图像中主要有三个拐点，分别是合成电流零点，电源引入点，主电流零点。电压源供电时间到合成电流零点有一定时间间隔，并且需要满足相关规定要求。电压电弧在一定时间内保持不变，峰值会随着电流有效值变化而相应变化。电弧电流在增大的同时，电弧电压也在增大，电弧电压幅值维持在一个稳定数值，结合到真空电弧理论，真空电弧电压包括两个组成部分，弧柱压降与阴极压降，阳极压降则不明显。将电弧电流数值维持在一个稳定范围内，燃弧时间增大，电弧电压也会相应增大。主电流出现后触头开始分离，结合到真空电弧理论，其原因在于电弧燃烧时间过长，触头热过载，电弧聚焦并同时产生了阳极斑点。燃弧时间在减小的同时，电弧电压波型也会变得平滑，峰值逐渐降低，电弧呈现出的是扩散状态。
从TRV分配比例方面来看，非同期与准同期在开断时TRV的峰值压比会存在差异，前者加剧了断路器分配不均匀性。同时并联均压电容的存在，差异体现的不是特别明显。结果则说明了在非同期开断的情况下，均压电容也能够确保TRV均匀分配。
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二、仿真分析
（一）双断口真空断路器静态等值电路
断路器弧后介质恢复期的TRV分配特性包括了介质控制与电弧控制，基于此可以建立暂态等值电路。针对已经建立的试验模型，通过有限元方法可以对电容分布参数进行计算，结合到电路理论可以对TRV差异数学模型进行分配。通过对相关关系式的分析可以看出，断路器TRV分配不均的主要原因就在于杂散电流的存在与弧后电流存在差异。并联均压电容存在的情况下，由于非同期开端导致弧后电流差异也会导致一定程度的TRV分配不均，并且不均匀程度与圴压电容值是成反比的。
（二）改进真空电弧开断模型
描述弧后鞘层发展连续过渡模型在真空电弧开断仿真中应用也十分广泛，该模型认为阴极斑点是离子源，慢速离子成分被忽略了，因此其应用范围有限。大电流开断，触头会由于较高的燃弧能量从而产生熔化，这一过程并伴有金属蒸气喷出。蒸气原子运动速度非常慢，与阴极斑点快速离子产生碰撞，从而产生了慢速离子与蒸气原子。快速离子消散所需要的时间非常短，而慢速离子则需要更长的时间完成衰减过程。弧后电流停止，带电粒子消失，介质强度恢复金属蒸气发挥了十分重要的作用。
（三）燃弧时间与差异性对开断性能造成的影响
断路器开断性能与电荷转移与燃弧能量存在密切关系，电量与燃弧能量分离相位可以通过计算得出，计算需要结合不同燃弧时间电流测量结果与电弧电压。能量与电荷与燃弧时间成正比，后者在增大时，前者也会增大，开断性能就会持续降低。燃弧时间过短，电流过零时，触头开距不足，无法有效承担快速上升的TRV，可能会导致电弧重燃。从真空开断的必要性方面来考虑，电流在过零前，电弧已经处于扩散状态，而电弧变为扩散状态需要一定时间，因此燃弧时间就需要大于状态变化时间。燃弧时间缩短能够有效减少触头系统被输入的能量与电荷，从而利于提升断路器开断能力。将断路器刚分速度提升也利于燃弧时间缩短，确定最短燃弧时间是选相技术应用于断路器故障时需要解决的问题。双口真空断路器，燃弧时间存在的差异性针对TRV分配均匀产生一定影响，同时也会对电寿命与介质恢复特性产生一定影响，最终对整体结构性能与使用寿命造成不利影响。
（四）均压电容取值
多断口或者是双断口断路器加装均压电容能够降低TRV上升率同时提升其分配均匀性，在断路器开断过程中，由于杂散电容存在，VI2承担的TRV通常会较高，因此会先发生重燃。总TRV峰值低于某一极限值或者是上升率低于某一极限值。总的RTV可能会低于VI1介质强度，并且在较短时间内承担总TRV，当重燃介质恢复之后，断口共同完成开断过程，不会由于其中一个断口发生重燃而导致失败，这也是双口断路器比单口断路器开断能力增益的原因。均值电容值过大，重燃电流幅值以及其持续时间就会显著提升，触头局部过热以及材料熔化，从而会对断路器开断造成影响，而削弱重燃电流则可以通过串入无感阻尼电阻来达成目的。
结束语
燃弧时间过长会导致转移能量与电荷量过大，从而使真空电弧发生集聚，断路器开断性能会受到影响，因此需要采用一定方法使燃弧时间缩短，断路器在断开后其分配特性会发生变化，受到多个因素影响会影响到其结构与使用寿命，因此对燃弧时间进行控制，以及合理选择均容电压是断路器成功开断的关键。
参考文献
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[4]陈莎莎.双断口真空断路器电弧特性研究[D].大连理工大学,2014(5).
论文作者:黄振华
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/22
标签：电弧论文; 断口论文; 电流论文; 时间论文; 电压论文; 断路器论文; 特性论文; 《电力设备》2017年第19期论文;