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        電容器組投切用SF6斷路器介質(zhì)恢復(fù)特性數(shù)值計算與試驗研究

        2015-04-06 08:10:13夏亞龍劉衛(wèi)東王飛鳴徐建源李志兵
        電工技術(shù)學(xué)報 2015年17期
        關(guān)鍵詞:滅弧分閘合閘

        林 莘 夏亞龍 劉衛(wèi)東 王飛鳴 徐建源 李志兵

        (1.沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院 沈陽 110870 2.清華大學(xué)電機(jī)系 北京 100084 3.中國電力科學(xué)研究院 北京 100192)

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        電容器組投切用SF6斷路器介質(zhì)恢復(fù)特性數(shù)值計算與試驗研究

        林 莘1夏亞龍1劉衛(wèi)東2王飛鳴1徐建源1李志兵3

        (1.沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院 沈陽 110870 2.清華大學(xué)電機(jī)系 北京 100084 3.中國電力科學(xué)研究院 北京 100192)

        針對126 kV電容器組專用SF6斷路器介質(zhì)恢復(fù)特性進(jìn)行數(shù)值計算與試驗研究。對斷路器滅弧室電場和氣流場進(jìn)行數(shù)值計算,依據(jù)流注理論,得到斷路器觸頭間擊穿電壓曲線;搭建試驗回路對斷路器觸頭間隙動態(tài)擊穿特性進(jìn)行試驗,測量斷路器合閘和分閘過程中的擊穿電壓;結(jié)合數(shù)值計算與試驗結(jié)果,分析不同壓強(qiáng)對斷路器合、分閘過程擊穿電壓的影響,給出高壓SF6斷路器介質(zhì)恢復(fù)特性的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:對于同樣的觸頭間隙,合閘過程(平均速度4.7 m/s)擊穿電壓大于分閘過程(平均速度9.6 m/s)。

        SF6斷路器 氣流場 動態(tài)擊穿 介質(zhì)恢復(fù)

        0 引言

        隨著特高壓電網(wǎng)的快速發(fā)展,對特高壓工程無功補(bǔ)償中投切電容器組用SF6斷路器的要求較高,由于投切頻繁,SF6斷路器電氣壽命不足的問題十分突出[1-4]。電容器組SF6斷路器開斷過程恢復(fù)電壓高,易發(fā)生重?fù)舸?,關(guān)合過程涌流幅值大(可達(dá)額定電流的十幾倍)、頻率高(可達(dá)幾千赫茲),易造成觸頭嚴(yán)重?zé)龘p,是制約電容器組SF6斷路器電氣壽命不能大幅提高的主要原因[5-9]。為降低斷路器開斷過程弧后重?fù)舸茁?,提高電容器組專用SF6斷路器電氣壽命,研究開斷和關(guān)合過程介質(zhì)恢復(fù)特性非常重要[10-13]。

        SF6斷路器合閘和分閘過程是一個十分復(fù)雜的物理、化學(xué)過程,是一個多場耦合問題,計算斷路器介質(zhì)恢復(fù)特性曲線是一項非常龐大的任務(wù)[11-17]。目前國內(nèi)外學(xué)者利用流體力學(xué)計算軟件對斷路器介質(zhì)恢復(fù)特性及其相關(guān)理論研究有了很大進(jìn)步。文獻(xiàn)[18,19]測量了電弧電流過零后弧隙介質(zhì)強(qiáng)度隨時間的變化特性,同時建立相應(yīng)的二維非定常電弧數(shù)學(xué)模型,通過求解數(shù)學(xué)模型中質(zhì)量守恒、動量守恒及能量守恒方程組,獲得弧柱內(nèi)氣流速度分布和溫度分布關(guān)于時間的函數(shù)特性,得到介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性的理論計算結(jié)果。文獻(xiàn)[20,21]開展了SF6斷路器小電流開斷過程研究,建立了非平衡態(tài)等離子體電弧數(shù)學(xué)模型,并將數(shù)學(xué)模型應(yīng)用到氣流場計算結(jié)果中,采用流注理論擊穿判據(jù)計算得到斷路器觸頭間擊穿電壓曲線,同時分析了觸頭燒損對介質(zhì)恢復(fù)特性的影響。

        斷路器進(jìn)行分、合閘操作時,隨著觸頭的運(yùn)動,一方面,觸頭間不均勻程度的改變引起電場分布發(fā)生非線性變化;另一方面,斷路器內(nèi)氣體流動具有跨音速、可壓縮、有粘性及流路復(fù)雜等特點,觸頭間SF6氣體密度分布是一個動態(tài)變化過程[22-27],目前在SF6斷路器觸頭間擊穿電壓的數(shù)值計算過程中,電場與氣流場數(shù)學(xué)模型仍建立在大量假設(shè)基礎(chǔ)上,存在較大的近似性,很難保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確度,而開展相應(yīng)的試驗研究卻很少。為了獲得一條準(zhǔn)確度較高的觸頭間擊穿電壓曲線,指導(dǎo)人們進(jìn)行斷路器的設(shè)計與優(yōu)化,同時為理論研究提供參考依據(jù),中國電力科學(xué)研究院、清華大學(xué)和沈陽工業(yè)大學(xué)等多家單位合作,開展了高壓SF6斷路器觸頭間隙動態(tài)擊穿特性試驗,得到觸頭間擊穿電壓動態(tài)變化曲線。

        通過電場與氣流場計算得到斷路器觸頭間隙擊穿電壓數(shù)值計算曲線,搭建斷路器觸頭間隙動態(tài)擊穿特性試驗回路,測量合閘和分閘過程中觸頭間擊穿電壓值,得到擊穿電壓隨開距變化的分布曲線,結(jié)合數(shù)值計算與試驗曲線,分析不同壓強(qiáng)對擊穿電壓的影響,給出高壓SF6斷路器介質(zhì)恢復(fù)規(guī)律。

        1 計算模型

        1.1 雙動機(jī)構(gòu)高壓SF6斷路器

        圖1為126 kV電容器組SF6斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)示意圖。斷路器采用雙動機(jī)構(gòu),關(guān)合過程中,靜主觸頭保持不動,動主觸頭、動弧觸頭、大噴口及小噴口等結(jié)構(gòu)整體向左運(yùn)動,靜弧觸頭由于撥叉的杠桿轉(zhuǎn)向向右運(yùn)動,實現(xiàn)動、靜弧觸頭雙向運(yùn)動。同理,開斷過程中,靜主觸頭保持不動,動主觸頭、動弧觸頭、大噴口及小噴口等結(jié)構(gòu)整體向右運(yùn)動,靜弧觸頭向左運(yùn)動。斷路器弧觸頭間的行程為200 mm,超程為50 mm,圖2給出了斷路器主觸頭間與弧觸頭間相對運(yùn)動速度與行程曲線。

        圖1 滅弧室結(jié)構(gòu)示意圖1—SF6;2—靜主觸頭;3—大噴口;4—動主觸頭;5—壓氣室;6—靜弧觸頭;7—屏蔽罩;8—小噴口;9—動弧觸頭;10—活塞Fig.1 The structure diagram of arc extinguish chamber

        圖2 斷路器速度和行程曲線Fig.2 The speed and stroke curve of circuit breaker

        斷路器合閘和分閘過程中,隨著觸頭的運(yùn)動,觸頭間的電場分布和氣流場流動狀況都會發(fā)生變化,引起SF6氣體介質(zhì)強(qiáng)度的變化。目前可通過對觸頭運(yùn)動過程中氣流場和電場的計算得到不同時刻滅弧室內(nèi)氣體密度和電場強(qiáng)度分布,運(yùn)用流注理論預(yù)測觸頭間隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度。文獻(xiàn)[21]給出了SF6氣體的臨界擊穿電壓Ub與觸頭間密度ρ和電場強(qiáng)度E之間的關(guān)系

        (1)

        式中:Ub為臨界擊穿電壓,kV;ρ為觸頭間密度,kg/m3;E為單位電壓1 V下的電場強(qiáng)度,V/mm。

        1.2 氣流場數(shù)學(xué)模型

        斷路器滅弧室內(nèi)SF6氣體流動遵守流體力學(xué)基本控制方程,包括質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程及能量守恒方程[28]。

        質(zhì)量守恒方程為

        (2)

        動量守恒方程為

        (3)

        式中:u、v、w分別為SF6氣體流速在x、y、z軸方向的分量,m/s;p、f分別為作用在SF6氣體微團(tuán)上的表面力和體積力,Pa;τ為SF6氣體流動過程中受到的切應(yīng)力,Pa。斯托格斯給出了牛頓流體中切應(yīng)力τ與分子粘性系數(shù)μ與第二粘性系數(shù)λ之間的關(guān)系

        (4)

        能量守恒方程為

        (5)

        式中:q為單位質(zhì)量SF6的體積加熱率,W/m3;k為熱導(dǎo)率,W/(m·K);T為SF6氣體微團(tuán)的溫度,K;e為 SF6分子流動過程中單位質(zhì)量上的內(nèi)能,J/m3。

        假設(shè)SF6氣體在流動過程中滿足理想氣體狀態(tài)方程

        P=ρRT

        (6)

        式中:P為SF6氣體壓強(qiáng),Pa;R為氣體常數(shù)。

        1.3 電場數(shù)學(xué)模型

        滅弧室內(nèi)電場計算,求解區(qū)域D內(nèi)滿足拉氏方程,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為[21]

        (7)

        式中:D為求解區(qū)域;S1為一類邊界條件;S2為二類邊界條件;φ為電位,V。電場強(qiáng)度E與電位φ的關(guān)系為E=-gradφ,大小為

        (8)

        2 斷路器介質(zhì)恢復(fù)特性數(shù)值計算

        2.1 氣流場計算結(jié)果

        開斷過程中,觸頭分開后,高速流動的SF6氣體使得弧觸頭間形成一個低壓區(qū)域,引起弧觸頭間密度下降。當(dāng)開距為17.7 mm時,觸頭間隙密度最小值下降到最低值24.6 kg/m3(0.7 MPa)、17.41 kg/m3(0.5 MPa)。合閘過程氣吹作用較小,觸頭間隙密度變化不大,一直保持在41.97 kg/m3(0.7 MPa)、29.98 kg/m3(0.5 MPa)附近。圖3為不同壓強(qiáng)下斷路器合閘和分閘過程中觸頭間隙密度最小值隨開距變化曲線。圖4和圖5是壓強(qiáng)分別為0.7 MPa及0.5 MPa,斷路器開距為17.7 mm時密度和壓強(qiáng)分布云圖。

        圖3 觸頭間隙密度最小值計算曲線Fig.3 The numerical curve of minimum density between arc contact

        圖4 壓強(qiáng)0.7 MPa、開距17.7 mm密度和壓強(qiáng)分布云圖Fig.4 Density and pressure contours when pressure is 0.7 MPa and clearance is 17.7 mm

        圖5 壓強(qiáng)0.5 MPa、開距17.7 mm密度和壓強(qiáng)分布云圖Fig.5 Density and pressure contours when pressure is 0.5 MPa and clearance is 17.7 mm

        2.2 電場計算結(jié)果

        電場數(shù)值計算時,動弧觸頭和動主觸頭施加第一類邊界條件為:φ1=0V;靜主觸頭、靜弧觸頭及屏蔽罩施加第一類邊界條件為:φ2=1V。圖6為不同開距下滅弧室電場強(qiáng)度分布云圖。當(dāng)斷路器開距小于15mm時,觸頭間場強(qiáng)最大值下降速度較快,15mm后場強(qiáng)最大值下降速度趨于緩慢。圖7為弧觸頭間場強(qiáng)最大值隨開距的分布曲線。

        圖6 不同開距下滅弧室場強(qiáng)分布云圖Fig.6 Electric field strength contours of arc extinguish chamber under different clearances

        圖7 觸頭間場強(qiáng)最大值計算曲線Fig.7 The numerical curve of maximum electric field strength between arc contact

        2.3 擊穿電壓計算結(jié)果

        將氣流場計算密度結(jié)果與電場計算場強(qiáng)結(jié)果帶入式(1),得到如圖8所示斷路器觸頭間擊穿電壓曲線。分閘過程SF6氣體的高速流動,使得觸頭間密度最小值小于合閘過程,導(dǎo)致同樣的觸頭間隙下,分閘過程擊穿電壓值低于合閘過程。滅弧室壓強(qiáng)降低也使得斷路器觸頭間最小密度下降,引起觸頭間擊穿電壓值降低。

        圖8 觸頭間擊穿電壓分布曲線Fig.8 Breakdown voltage curve between contacts

        3 斷路器動態(tài)擊穿特性的試驗

        3.1 試驗回路設(shè)計

        為獲得斷路器觸頭間動態(tài)擊穿電壓曲線,作為判斷斷路器開斷過程弧后是否發(fā)生重?fù)舸┮约瓣P(guān)合過程關(guān)合相角確定和控制的依據(jù),搭建如圖9所示斷路器觸頭間隙動態(tài)擊穿特性試驗電路,完成觸頭間擊穿電壓的測量。

        圖9 斷路器觸頭間隙動態(tài)擊穿特性試驗電路Fig.9 The experimental circuit of dynamic breakdown characteristics of gap between arc contacts

        IEC62271-100∶2008中規(guī)定額定電壓126kV的電容器組斷路器,瞬態(tài)恢復(fù)電壓(TRV)的要求為

        t=8.7 ms

        (9)

        因此,試驗過程中,斷路器整個關(guān)合和開斷過程中C5的電壓應(yīng)不低于281 kV,考慮試驗中C5電荷不斷釋放,電壓不斷降低,選擇電壓降低系數(shù)為0.8,則C5上的起始電壓應(yīng)不低于281/0.8=351 kV,電容C5=0.5 μF,C6=200 pF,C7=4 μF。據(jù)此,選擇高壓試驗變壓器VT的額定輸出電壓100 kV,構(gòu)成直流倍壓回路的電容C1、C2、C3、C4的額定工作電壓為200 kV,高壓硅堆VD1、VD2、VD3、VD4的反向耐受電壓為300 kV,高壓電容C5和C6的額定電壓為400 kV。

        斷路器關(guān)合過程中:

        1)隨著斷路器觸頭間隙減小,弧觸頭間SF6介質(zhì)在C6兩端的電壓下?lián)舸?/p>

        2)擊穿過程產(chǎn)生電弧,使得C6內(nèi)的電荷迅速釋放,C6兩端電壓快速下降,當(dāng)C6兩端電壓不足以維持?jǐn)嗦菲饔|頭間電弧燃弧時,電弧熄滅。

        3)熄弧后,C5通過R對C6充電,C5?C6,C5兩端電壓下降較低,C6電壓迅速上升。

        4)當(dāng)C6電壓上升到一定數(shù)值時,再次導(dǎo)致觸頭間隙擊穿。

        5)上述充電、擊穿、放電、熄弧、再充電過程的重復(fù),形成斷路器關(guān)合過程重復(fù)擊穿過程。

        6)隨著觸頭開距的不斷減小,擊穿電壓減小,直至斷路器完成關(guān)合過程。

        7)測量觸頭間隙擊穿電壓隨時間的變化,得到斷路器關(guān)合過程的觸頭間隙動態(tài)擊穿特性。

        同理可測得斷路器開斷過程觸頭間隙擊穿電壓隨時間的變化特性。斷路器觸頭間隙動態(tài)擊穿特性試驗現(xiàn)場及試驗斷路器如圖10所示。試驗過程中,調(diào)整VD1、VD2、VD3和VD4方向,使試驗回路中產(chǎn)生正電壓施加在斷路器靜弧觸頭側(cè)為試驗正極性,反之,則為試驗負(fù)極性。

        圖10 斷路器觸頭間隙動態(tài)擊穿特性試驗現(xiàn)場Fig.10 The experimental field of dynamic breakdown characteristics of gap between arc contact

        3.2 擊穿特性試驗結(jié)果

        壓強(qiáng)分別為0.7 MPa及0.5 MPa時,正、負(fù)極性各進(jìn)行12組試驗。圖11a為正極性第1組試驗測量結(jié)果,試驗測量結(jié)果與分壓比相乘并進(jìn)行降噪處理,得到降噪后斷路器合閘和分閘過程中行程與擊穿電壓曲線如圖11b所示,圖11c、圖11d分別為斷路器合閘、分閘擊穿過程中行程與擊穿電壓曲線。圖12為負(fù)極性第1組試驗行程與擊穿電壓曲線。圖13、圖14分別為壓強(qiáng)0.5 MPa時,斷路器觸頭間行程與擊穿電壓試驗曲線。

        圖11 壓強(qiáng)0.7 MPa正極性擊穿電壓與行程試驗曲線Fig.11 Breakdown voltage and stroke curve when pressure is 0.7 MPa under positive polarity

        圖12 壓強(qiáng)0.7 MPa負(fù)極性行程與擊穿電壓試驗曲線Fig.12 Breakdown voltage and stroke curve when pressure is 0.7 MPa under negative polarity

        圖13 壓強(qiáng)0.5 MPa正極性行程與擊穿電壓試驗曲線Fig.13 Breakdown voltage and stroke curve when pressure is 0.5 MPa under positive polarity

        圖14 壓強(qiáng)0.5 MPa負(fù)極性擊穿電壓與行程試驗曲線Fig.14 Breakdown voltage and stroke curve when pressure is 0.5 MPa under negative polarity

        4 結(jié)果與分析

        4.1 數(shù)值計算與試驗結(jié)果

        圖15和圖16是壓強(qiáng)分別為0.7 MPa和0.5 MPa時弧觸頭間擊穿電壓的數(shù)值計算曲線與試驗擬合曲線。開距在15~22 mm時,由于觸頭間隙密度最小值先下降后上升,擊穿電壓數(shù)值計算結(jié)果也隨之出現(xiàn)先下降后上升的現(xiàn)象。對比數(shù)值計算與試驗結(jié)果可知,分閘過程擊穿電壓數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好,合閘過程數(shù)值計算結(jié)果整體低于試驗結(jié)果。在相同的觸頭開距,開距較小時正、負(fù)極性擊穿電壓相差不大,達(dá)到一定開距后,正極性擊穿電壓值大于負(fù)極性,斷路器滅弧室內(nèi)SF6氣體表現(xiàn)出“反極性”效應(yīng)。

        圖15 壓強(qiáng)0.7 MPa數(shù)值計算與試驗結(jié)果Fig.15 The numerical and experimental results when pressure is 0.7 MPa

        圖16 壓強(qiáng)0.5 MPa數(shù)值計算與試驗結(jié)果Fig.16 The numerical and experimental results when pressure is 0.5 MPa

        關(guān)于計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)有偏差以及滅弧室內(nèi)出現(xiàn)“反極性”效應(yīng),現(xiàn)有的流注理論不夠完善也不能很好地解釋。研究斷路器合閘和分閘過程SF6氣體動態(tài)過程擊穿機(jī)理,完善數(shù)值計算方法將是下一步工作的重要內(nèi)容。

        圖17為斷路器在開斷過程中介質(zhì)恢復(fù)特性曲線。壓強(qiáng)分別為0.7 MPa和0.5 MPa時,觸頭間擊穿電壓值大于TRV值,擊穿電壓上升率(平均97.8 kV/ms)也高于TRV上升率(32.3 kV/ms),斷路器具有優(yōu)良的空載開斷特性。

        圖17 開斷過程介質(zhì)恢復(fù)特性曲線1—0.7 MPa正極性試驗擊穿電壓;2—0.7 MPa負(fù)極性試驗擊穿電壓;3—0.5 MPa正極性試驗擊穿電壓;4—0.5 MPa負(fù)極性試驗擊穿電壓;5—0.7 MPa計算擊穿電壓;6—0.5 MPa計算擊穿電壓;7—TRV。Fig.17 Dielectric recovery curve of breaking process

        4.2 合閘和分閘過程對介質(zhì)恢復(fù)特性的影響

        針對不同壓強(qiáng)下的試驗結(jié)果,分別提取12組試驗測量擊穿點的電壓值及對應(yīng)開距,采用分段樣條平滑方法對各擊穿點數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到觸頭間隙擊穿電壓值隨開距動態(tài)變化擬合曲線。斷路器開斷過程中,平均速度為9.6 m/s,由氣流場計算結(jié)果可知,觸頭剛分不久后,觸頭間SF6氣體密度下降,而關(guān)合過程平均速度僅為4.7 m/s,觸頭間SF6氣體密度變化不大。當(dāng)開距一定時,觸頭間電場分布相差不大,因此,SF6氣體密度以及合、分閘速度的不同使得合閘過程擊穿電壓Uh明顯高于分閘過程擊穿電壓Uf,滅弧室內(nèi)氣體壓強(qiáng)越大,現(xiàn)象越明顯,圖18、圖19分別為合、分閘過程擊穿電壓試驗結(jié)果。當(dāng)斷路器開距為10 mm時:①P=0.7 MPa、正極性,Uh=256.1 kV,Uf=143.7 kV;②P=0.7 MPa、負(fù)極性,Uh=224.9 kV,Uf=133.5 kV;③P=0.5 MPa、正極性,Uh=141.1 kV,Uf=130.8 kV;④P=0.5 MPa、負(fù)極性,Uh=173.1 kV,Uf=110.8 kV。

        圖18 壓強(qiáng)0.7 MPa擊穿電壓試驗曲線Fig.18 Breakdown voltage curve when pressure is 0.7 MPa

        圖19 壓強(qiáng)0.5 MPa擊穿電壓試驗曲線Fig.19 Breakdown voltage curve when pressure is 0.5 MPa

        4.3 不同壓強(qiáng)對介質(zhì)恢復(fù)特性的影響

        圖20 正極性擊穿電壓試驗曲線Fig.20 Breakdown voltage curve of positive polarity

        圖21 負(fù)極性擊穿電壓試驗曲線Fig.21 Breakdown voltage curve of negative polarity

        斷路器滅弧室壓強(qiáng)由0.5 MPa升高到0.7 MPa時,觸頭間隙SF6氣體介質(zhì)密度平均值上升12 kg/m3,觸頭間隙擊穿電壓值增大。圖20、圖21為壓強(qiáng)分別0.5 MPa和 0.7 MPa時擊穿電壓隨開距變化曲線。當(dāng)斷路器開距達(dá)到10 mm時,滅弧室壓強(qiáng)從0.5 MPa升高到0.7 MPa,正極性合閘過程擊穿電壓值由141.0 kV上升到271.1 kV,分閘過程由129.6 kV上升到152.3 kV;負(fù)極性合閘過程擊穿電壓值由173.1 kV上升到233.5 kV,分閘過程由111.0 kV上升到138.1 kV。

        5 結(jié)論

        針對高壓SF6斷路器介質(zhì)恢復(fù)特性,完成斷路器觸頭間隙動態(tài)擊穿電壓的數(shù)值計算與試驗測量。結(jié)合數(shù)值計算與試驗結(jié)果,得到高壓SF6斷路器動態(tài)介質(zhì)恢復(fù)特性規(guī)律。

        1)對比數(shù)值計算與試驗結(jié)果,分閘過程數(shù)值計算與試驗結(jié)果吻合度較高,合閘過程數(shù)值計算結(jié)果整體低于試驗結(jié)果。研究斷路器合閘和分閘過程SF6氣體動態(tài)過程擊穿機(jī)理,完善數(shù)值計算方法將是下一步工作的重要內(nèi)容。

        2)SF6介質(zhì)恢復(fù)過程中,當(dāng)斷路器開距較小時,正、負(fù)極性擊穿電壓相差不大,達(dá)到一定開距后,相同開距下正極性擊穿電壓大于負(fù)極性,表現(xiàn)出“反極性”效應(yīng)。

        3)斷路器在相同的開距下,合閘過程(平均速度9.6 m/s)擊穿電壓值大于分閘過程(平均速度4.7 m/s)。工程實踐中,往往認(rèn)為合閘過程與分閘過程擊穿電壓相差不大,研究結(jié)果可為以后斷路器設(shè)計與優(yōu)化及相應(yīng)試驗工作提供參考。

        4)斷路器滅弧室壓強(qiáng)增大,觸頭間的擊穿電壓上升,合閘過程擊穿電壓上升幅度大于分閘過程。當(dāng)斷路器壓強(qiáng)由0.5 MPa增加到0.7 MPa,開距為10 mm時,正極性合閘過程擊穿電壓上升130.1 kV(92.27%),分閘過程上升22.7 kV(17.52%);負(fù)極性合閘過程擊穿電壓上升60.4 kV(34.89%),分閘過程上升27.1 kV(24.41%)。

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        The Numerical Computation and Experiment Research on Dielectric Recovery Characteristics of SF6Circuit Breaker for Switching Capacitor Bank

        LinXin1XiaYalong1LiuWeidong2WangFeiming1XuJianyuan1LiZhibing3

        (1.School of Electrical Engineering Shenyang University of Technology Shenyang 110870 China 2.Department of Electrical Engineering Tsinghua University Beijing 100084 China 3.China Electric Power Research Institute Beijing 100192 China)

        The dielectric recovery characteristics of the capacitor bank SF6circuit breaker is studied through numerical computation and experiment.The electric field and the flow field of the arc quenching chamber is calculated,and then the breakdown voltage curve between contacts can be obtained based on the stream theory.The experimental circuit is set up for the experiment of gap dynamic breakdown characteristics between arc contacts,and the breakdown voltage is measured during the closing and breaking process of the circuit breaker.The numerical and experimental results are then combined to acquire the dielectric recovery characteristics of the SF6circuit breaker by analyzing the influence of different pressure on the breakdown voltage between contacts.The results show that the breakdown voltage of the closing process (with 4.7 m/s average speed) is greater than that of the breaking process (with 9.6 m/s average speed) for the same contact gap.

        SF6circuit breaker,gas flow field,dynamic breakdown,dielectric recovery

        國家自然科學(xué)基金(51277123、51177104)和國家電網(wǎng)公司科技項目(GY17201200063)資助。

        2015-02-05 改稿日期2015-06-20

        TM561

        林 莘 女,1961年生,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向為高壓電器、高電壓與絕緣技術(shù)、智能電器。

        夏亞龍 男,1989年生,博士研究生,研究方向為高壓電器理論及電工裝備的設(shè)計。(通信作者)

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