35KV真空断路器切空变过电压研究

真空断路器的灭弧室是密封的,工作状态与外界的大气环境条件无关,灭弧室的开断性能也不受外部环境的影响,而且真空断路器的灭弧室在使用期间不需要检修,开断路过程中灭弧室内压力不高,几乎没有爆炸的危险。比如,SF6断路器在开断短路电流时,电弧的高温会使SF6气体分解产生有毒物质,需要另外处理。因此真空断路器在10KV及35KV的中压等级中的使用非常广泛。众所周知,开断空载变压器(小感性电流)时会产生操作过电压,理论上可以用金属氧化锌避雷器加以限制。但是对35KV系统,避雷器一般是装设在变电站进线与断路器之间的,主要是为防止雷电过电压进入变电压而设置的,且断路器与变压器之间仅用几米长的架空线连接,无长的电缆,如图l所示。进线断路器!}接变压器加卜白一器雷避图135Kv变电站次进线简图1过电压形成原理变压器可以简单地看作激磁电感与对地电容并联组成的回路,图2为系统集中参数等值电路,变压器联接方式为Y/。在工频下空载电流主要流经激磁电感。电源内电感,Cs:电源侧对地电容,Ll:连接线电感,VCB:真空开关,ct:变压器等值对地电容对地电容)图2系统等值电路图的真空度很高,触头分离后产生真空电弧,而真空电弧在小电流情况下具有不稳定性,电弧在电流接近零时会突然熄灭,特别是对几个安培的空载电流,电流非零时被截断,造成在变压器的电感上储存磁场能量。这个能量在变压器的激磁电感与对地电容之间转换,或则说形成振荡,在变压器上形成过电压,叫做截流过电压。另外,变压器上形成的过电压也会造成真空断路器触头的击穿,即电弧的重燃,由于变压器激磁电感具有阻碍高频电流的作用,重燃电流便在电源一一断路器一一变压器对地电容回路流过,而且这个电流的频率很高,约为数兆赫兹,它足以在变压器对地电容上形成高频过电压,这就是重燃过电压。2计算方法计算变压器过电压的电路图是非常清楚的,我们假设电弧在燃烧时电阻很小,而在熄弧时电阻很大。关键在于判断灭弧室电弧的状态,在何时是燃弧,而何时又是熄弧的,简单地说,就是比较触头两端的暂态电压与弧隙间恢复电压的大小。所以计算要分两个方面同时进行,暂态电压可由电路的计算等到,而弧隙间恢复电压上升特性,则是本文要解决的一个核心问题。图3分断电流为1.SKA时真空间隙实测恢复特性第6卷第2期安昌平等:35KV真空断路器切空变过电压研究电弧熄灭后,弧隙间恢复电压是按照怎样的规律上升的呢?图3是西安交通大学王季梅老师测行的真空间隙恢复特性曲线,可见,恢复电压在熄弧IOpS左右缓慢上升,以后加快,再经过缓速上升直至稳定,表明恢复电压与时间不是线形的关系。本文结合了真空灭弧室开断的物理过程来导出弧隙的耐压强度。当断路器动静触头分离后,电弧点燃,山部分电离的金属蒸气组成的扩散等离子体很快充满触头之间的空间。当电流小于触头的截流值时,电弧骤然熄灭,电流过零。弧隙的耐压强度分为三个阶段描述:鞘层民展阶段、中性粒子扩散阶段和静态特性阶段。通过建立每个阶段介质耐压强度的计算模型,利用Saber仿真软件计算真空断路器切空变过程。计算的流程图为图4所示。掷姗肉成图4计算程序框图整个计算用Saber仿真软件来完成的,saber是美国Analogy公司开发的面向混合信号的仿真软件,它的优点是只要将电路的模型、参数以及需要计算的式子用MAST语言的形式描述好了,就可以直接得到计算结果,而不必去考虑它的运算过程及方法。