【摘 要】
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真空断路器以其灭弧介质环保的优点成为构建新型电力系统、实现“双碳”目标的重要开关电器设备之一,其弧后介质恢复能力是标志着断路器能否成功开断故障电流,特别是大电流短路故障开断能力的关键。本文以额定电流2500A,额定短路开断电流31.5k A的72.5k V单断口真空断路器为研究对象,构建110k V双断口串联的真空断路器整机系统,采用等效线路仿真与有限元数值分析相结合的手段分析电力系统故障开断下双
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“高压直流真空断路器耐烧蚀与介质快速恢复机理研究（No.52177139）”； 中央引导地方科技发展专项“现代电工装备电磁综合效应与智能化（No.20ZYJDJC00060）”； 河北省省级科技计划资助项目“直流供用电系统串联电弧故障机理与保护研究（No.E2021202186）”；
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真空断路器以其灭弧介质环保的优点成为构建新型电力系统、实现“双碳”目标的重要开关电器设备之一,其弧后介质恢复能力是标志着断路器能否成功开断故障电流,特别是大电流短路故障开断能力的关键。本文以额定电流2500A,额定短路开断电流31.5k A的72.5k V单断口真空断路器为研究对象,构建110k V双断口串联的真空断路器整机系统,采用等效线路仿真与有限元数值分析相结合的手段分析电力系统故障开断下双断口真空断路器鞘层发展过程与内部电场分布变化规律,研究电力系统故障开断时弧后介质恢复过程影响因素与演化机理。主要研究工作包括:以110k V输电系统短路故障开断为对象,基于Matlab/Simulink建立110k V系统短路故障条件下的等效电路模型,模拟分析断路器开断过程,研究不同故障限流器（FCL）参数、系统侧参数以及故障距离对出线端短路故障与近区故障开断下的断口瞬态恢复电压上升率（Rate-of-Rise of Restriking Voltage,RRRV）的影响;探究电力系统中各元件与断路器的配合机制。基于Boltzman方程组的气体动力学模型,以110k V/2500A/31.5k A双断口真空断路器为对象,分析其近区故障开断下的弧后鞘层发展过程,对比分析不同故障距离开断下的电子密度、离子密度、电势电场、电子温度与离子速度等参数演变规律以及不同额定参数、故障类型开断下弧后鞘层发展特性。通过可视化描述,研究鞘层发展过程的演变机制,并从弧后介质恢复角度分析限制RRRV的措施对真空断路器开断能力的提高。对110k V/2500A/31.5k A双断口真空断路器典型故障开断下的静态电场进行有限元数值仿真,分析双断口真空断路器断口分压均匀度对绝缘性能的影响。通过对双断口承受电压情况进行仿真计算,计算各断口相关电容参数,分析开断不同电力系统故障下双断口真空断路器内部屏蔽罩、动静触头表面等关键部件电场分布以及屏蔽罩表面残余粒子对电场分布的作用机理。
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