為分析雙斷口真空斷路器的開(kāi)斷特性，建立了雙斷口真空斷路器的合成開(kāi)斷試驗(yàn)平臺(tái)和基于一種改進(jìn)真空電弧模型的電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)。對(duì)開(kāi)斷電流、電弧電壓、燃弧時(shí)間和瞬態(tài)恢復(fù)電壓(transient recovery voltage, TRV)分配比例等參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)量，通過(guò)仿真診斷等離子體參數(shù)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了機(jī)理分析。結(jié)果表明：過(guò)長(zhǎng)的燃弧時(shí)間會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的燃弧能量和轉(zhuǎn)移電荷，可能使電弧發(fā)生集聚；高壓斷口的延遲分閘會(huì)造成弧后殘余等離子體特性的差異，從而加劇雙斷口真空斷路器TRV 分配的不均勻性；這2 種情況均不利于開(kāi)斷。此外，雙斷口真空斷路器均壓電容的取值除了考慮TRV 均勻分布外，還應(yīng)兼顧弧后陰極表面電場(chǎng)分布的一致性，過(guò)大的均壓電容反而不利于開(kāi)斷。因此，燃弧時(shí)間及其同步控制和合理均壓電容值的選取是雙斷口真空斷路器成功開(kāi)斷的關(guān)鍵。

　　引言

　　目前，在110 kV 及以上電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)中，SF6 斷路器占主導(dǎo)地位。然而，SF6 氣體是主要的溫室效應(yīng)氣體之一，已被《京都議定書(shū)》限制使用，故研究可替代SF6 斷路器的環(huán)保型高壓斷路器日益緊迫。真空斷路器采用真空作為絕緣和滅弧介質(zhì)，具有熄弧能力強(qiáng)、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)、不污染環(huán)境等許多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于10~35 kV 配電系統(tǒng)中。然而，由于真空間隙的擊穿電壓和間距之間的飽和效應(yīng)，開(kāi)發(fā)更高電壓等級(jí)的單斷口真空斷路器十分困難。為此，雙斷口或多斷口技術(shù)被證實(shí)是一種將真空斷路器推向更高電壓等級(jí)的有效途徑。

　　大電流開(kāi)斷特性是雙斷口及多斷口真空斷路器的核心研究?jī)?nèi)容。由雜散電容造成的雙斷口及多斷口真空斷路器的瞬態(tài)恢復(fù)電壓(transient recovery voltage，TRV)分配不均勻給其開(kāi)斷性能帶來(lái)了不利的影響。參文的研究表明，雙斷口真空斷路器開(kāi)斷大電流后，高壓斷口承擔(dān)的TRV 可高達(dá)總TRV 的70%左右，3 斷口真空斷路器則能達(dá)到60%左右。提高雙斷口及多斷口真空斷路器TRV 分配均勻性的主要措施是并聯(lián)均壓電容。參文采用2 種不同觸頭結(jié)構(gòu)的真空滅弧室進(jìn)行串聯(lián)，發(fā)現(xiàn)即使并聯(lián)了均壓電容，大電流開(kāi)斷后的TRV 分配仍可能不夠均勻，并指出這可能是流過(guò)2 個(gè)真空滅弧室的弧后電流不同導(dǎo)致的。參文的研究表明，均壓電容>1 500 pF 后，反而會(huì)降低雙斷口真空斷路器的開(kāi)斷性能。參文的研究表明，高壓斷口延遲2 ms 開(kāi)斷時(shí)，均壓電容反而降低了雙斷口真空斷路器的開(kāi)斷性能。

　　雖然國(guó)內(nèi)外在雙斷口及多斷口真空斷路器的開(kāi)斷特性方面取得了一些研究成果，但仍有許多問(wèn)題待解決，例如：非同期開(kāi)斷導(dǎo)致TRV 分布不均勻的機(jī)理，均壓電容的取值等。為此，本文采用2 個(gè)40.5 kV 真空滅弧室進(jìn)行串聯(lián)構(gòu)建了雙斷口真空斷路器模型。首先，在高壓大容量合成試驗(yàn)回路上開(kāi)展了雙斷口真空斷路器的開(kāi)斷試驗(yàn)，對(duì)開(kāi)斷電流、電弧電壓、燃弧時(shí)間和TRV 分配比例等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量；然后，基于前期提出的一種改進(jìn)真空電弧開(kāi)斷模型，對(duì)某些弧后等離子體參數(shù)進(jìn)行了仿真，進(jìn)而對(duì)相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了解釋?zhuān)蛔詈�，討論了燃弧時(shí)間對(duì)真空斷路器開(kāi)斷性能的影響，并綜合TRV 均勻分布、降低重燃后的暫態(tài)過(guò)程以及弧后陰極表面電場(chǎng)均勻分布等依據(jù)對(duì)均壓電容的取值進(jìn)行了分析。

　　1、開(kāi)斷試驗(yàn)

　　1.1、試驗(yàn)條件

　　1.1.1、試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

　　雙斷口真空斷路器的試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀? 個(gè)額定電壓為40.5 kV、額定短路開(kāi)斷電流為31.5 kA 的商用真空滅弧室采用平行直立布置方式串聯(lián)組成。采用武漢大學(xué)的110 kV、63 kA 振蕩型合成試驗(yàn)系統(tǒng)，建立了雙斷口真空斷路器的合成開(kāi)斷試驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)回路如圖1 所示。由于要討論燃弧時(shí)間及其差異對(duì)雙斷口真空斷路器開(kāi)斷特性的影響，所以要求燃弧時(shí)間能夠精確控制。為此，真空滅弧室采用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制，獨(dú)立動(dòng)作，并由光纖傳輸控制信號(hào)，保證動(dòng)作分散性在±0.5 ms 以?xún)?nèi)。

圖1 雙斷口真空斷路器的合成開(kāi)斷試驗(yàn)回路

　　4、結(jié)論

　　1)過(guò)長(zhǎng)的燃弧時(shí)間會(huì)導(dǎo)致燃弧期間的轉(zhuǎn)移電荷和燃弧能量過(guò)大，使真空電弧發(fā)生集聚，降低真空斷路器的開(kāi)斷性能；在保證電流過(guò)零時(shí)開(kāi)距能足夠耐受TRV 的前提下，應(yīng)盡量縮短燃弧時(shí)間。

　　2)雙斷口真空斷路器開(kāi)斷大電流后的TRV 分配特性由電弧控制階段逐漸向介質(zhì)控制階段過(guò)渡。高壓斷口的延遲分閘會(huì)導(dǎo)致2 個(gè)串聯(lián)真空滅弧室弧后等離子體特性存在差異，進(jìn)一步加劇TRV 分配的不均勻性，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致2 個(gè)串聯(lián)真空滅弧室介質(zhì)恢復(fù)特性及電壽命存在差異，并最終降低整個(gè)雙斷口結(jié)構(gòu)的開(kāi)斷性能及使用壽命。

　　3)均壓電容的取值除了考慮TRV 均勻分布外，還應(yīng)兼顧弧后陰極表面電場(chǎng)分布的一致性。均壓電容值不宜過(guò)大，能足夠保證TRV 分配較均勻即可。因此，燃弧時(shí)間及其同步控制和合理均壓電容值的選取是雙斷口真空斷路器成功開(kāi)斷的關(guān)鍵。