电压互感器是连接电网一次系统与二次系统的重要电气设备,安装在电网的各个节点上,向二次系统提供一次系统的电压信息,供运行监视使用。10kV开关柜中电压互感器一次侧前端通常串联熔丝作为保护,但用于保护电压互感器的熔丝经常发生拒动或是熔丝异常熔断现象,严重时导致电压互感器烧毁,对系统经济可靠运行带来极大的威胁,尤其是工矿及冶金行业,发生故障的概率更高。熔丝虽然结构简单,但其单次熔断特性所带来的频繁更换问题将造成不同程度的停电事故,且熔断器熔丝更换非常麻烦,国内大部分熔丝都是从国外进口,价格昂贵,开断过程容易影响环境,严重时甚至发生爆炸。不利于配电网的安全、可靠、稳定、经济运行,急需改善。基于熔丝保护的缺陷,本文利用理论分析、数值仿真计算和实验相结合的方法,设计了一种利用某型号真空灭弧室配电磁机构与脱扣机构的一套保护装置代替现有电压互感器熔丝保护,实现对电压互感器一次侧故障电流的多次开断保护,可重复使用,并且结构简单,成本较低,保护范围广,开断过程对环境无影响。具体研究内容如下。第一,对电压互感器工作原理、故障类型以及不同故障下熔丝保护特性进行分析,并得出电压互感器保护的功能需求特性,如开断故障电流范围、真空灭弧室分闸弹簧力等设计参数,为分析脱扣机构所需预压弹簧分闸力提供理论基础。第二,使用SOLIEWORKS建模软件设计出4种脱扣机构方案,使用ADAMS软件对其分别进行机械动力学仿真,得出方案四是最佳方案,其具有最高的脱扣力矩放大比,即可以使用较小的力脱扣掉较大的弹簧预压力。进一步得出要使故障时锁闩可以顺利脱扣,转动式电磁铁至少提供7.6N的电磁铁击打力,而直动式则至少需要提供9.5N的电磁铁击打力,为电磁机构的选择与设计提供理论参考。第三,使用SOLIEWORKS建模软件设计出9种电磁机构方案、1种永磁机构方案、1种电磁斥力机构方案。使用有限元软件COMSOL5.1电磁场模块对9种电磁机构方案进行静态特性分析,在气隙值为2mm时,即磁势(安匝)一定时,得出电磁机构方案九输出的电磁力最大,并对其进行优化,计算线圈尺寸参数等。使用电磁场软件ANSYS ANSOFT MAXWELL软件对电磁机构方案9进行动态特性分析,得出闭合过程电磁吸力与时间的变化曲线。第四,确定10kV PT保护用真空灭弧室快速动作机构最终方案,使用SOLIEWORKS软件对某型号真空灭弧室、脱扣机构方案四、电磁机构方案九整体建模与配合,使用ADAMS软件对整体保护模型进行机械动力仿真,并将方案九电磁吸力与时间关系曲线作为动力源导入到ADAMS软件里,通过仿真分析来评估整套保护装置的机械特性;使用COMSOL5.1软件电流-温度场模块对电压互感器一次绕组与一次回路导线故障时的动热等电气特性进行仿真分析,仿真结果满足设计要求。第五,绘制模型二维工程图纸并加工与装配样机,通过改变锁闩拉伸初始伸长量、死点位置探究脱扣机构的最小脱扣力与力矩放大比值,并与仿真分析比较。通过改变碰撞位置气隙大小、电磁机构反力弹簧初始伸长量、分闸储能弹簧预压缩量的大小来探究所对应需要多大的磁势(安匝)才能使保护装置分闸动作,并与仿真分析进行对比。最后通过真空灭弧室分闸过程机械特性实验,得出线圈电流特性、行程-时间关系、分闸平均速度大小。虽然仿真结果与实验结果存在一定差距,但新型保护装置在保护电压互感器方面较熔丝保护更加可靠,保护范围更广,具有很好的市场前景与很高的工程研究价值。