【摘 要】
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随着我国用电需求、发电机装机容量不断上升和电力设备绿色化的发展趋势,对发电机断路器（Generator Circuit Breaker,GCB）的容量要求、环保清洁和开断性能等方面提出了更高的要求。本文选择对环境友好、介质恢复能力强的真空发电机断路器（Vacuum Generator Circuit Breaker,VGCB）为研究对象,针对三相短路故障存在的短路电流零点延迟、瞬态恢复电压（Tra
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随着我国用电需求、发电机装机容量不断上升和电力设备绿色化的发展趋势,对发电机断路器（Generator Circuit Breaker,GCB）的容量要求、环保清洁和开断性能等方面提出了更高的要求。本文选择对环境友好、介质恢复能力强的真空发电机断路器（Vacuum Generator Circuit Breaker,VGCB）为研究对象,针对三相短路故障存在的短路电流零点延迟、瞬态恢复电压（Transient Recovery Voltage,TRV）幅值和瞬态恢复电压上升率（Rate-ofRise of Restriking Voltage,RRRV）高等问题,进行了VGCB拓扑结构设计和参数优化,引入真空电弧零区特性模型,搭建合成试验回路进行模拟测试。首先,本文结合GB/T 14824—2008附录案例对588MVA大容量发电机组发生的不同三相短路故障类型进行电气应力计算和比较,选择开断条件苛刻的系统源短路故障搭建电路模拟和分析,为VGCB拓扑结构的设计和研究提供参考依据。其次,针对短路电流延迟过零现象,提出VGCB并联LC换流回路的拓扑结构,基于开断性能高和经济成本低双目标,通过数值分析与对照分析法相结合求得换流回路参数最优解。针对RRRV高的现象,提出VGCB并联电容方案,仿真计算得到有效降低RRRV的电容值。然后,VGCB开断过程中,触头间微观粒子的运动会直接影响VGCB能否承受住TRV进而决定成功开断与否。本文对真空电弧燃烧到弧后介质恢复过程进行理论分析,建立真空电弧零区模型,通过对比仿真结果验证了真空电弧零区模型准确性。最后,引入真空电弧零区模型,改进合成回路仿真电路,结合重击穿判据对VGCB拓扑结构优化参数进行测试,分析宏观电流电压变化与真空电弧零区阶段微观特性,验证拓扑结构设计和参数优化的有效性。改变RRRV与真空间隙离子浓度消散情况探究VGCB开断性能的影响因素,得到介质强度恢复最优参数选取范围。通过断路器模拟测试,结果表明,本文所设计的VGCB拓扑结构经参数优化后能够成功开断含直流分量的短路电流和承受弧后高RRRV,实现开断性能提升。
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