铁心式双极纵磁触头纵向磁场测量及磁场饱和特性研究

铁心式双极纵磁触头是高压真空灭弧室中常用的触头类型之一。为探究铁心式双极纵磁触头真空灭弧室燃弧过程中真空电弧不可控模式出现的成因,对铁心式双极纵磁触头的纵向磁场特性进行了实验与仿真研究。采用霍尔效应传感器阵列搭建了触头磁场测量平台,对1~15 kA下铁心式双极纵磁触头的纵向磁场分布进行了测量,基于实测结果验证了铁心式双极纵磁触头磁场仿真模型的准确性,并利用该仿真模型进一步仿真分析了1~40 kA电流下的触头磁场饱和特性及40 kA电流等级下燃弧过程中触头间纵向磁场的动态变化规律。结果显示,铁心式双极纵磁触头的纵向磁场在电流大于10 kA后开始呈现出显著的饱和趋势,由于磁场饱和现象的存在,大电流燃弧过程中触头磁场随时间的变化曲线在电流峰值附近将出现数毫秒的畸变。铁心式双极纵磁触头的纵向磁场饱和现象及纵向磁场随触头开距增大的衰减共同导致了该触头大电流燃弧过程中电流峰值附近真空电弧不可控模式的出现。文中的研究加深了对铁心式双极纵磁触头控弧过程的理解,并对该触头的设计具有指导价值。

126kV真空灭弧室1/3线圈纵磁触头三维涡流场仿真

建立了126kV、1/3线圈纵磁触头三维电极结构模型,并利用有限元法对考虑了电弧影响的模型进行了三维涡流场仿真.在电流分别处于峰值和过零时,得到了纵向磁场分别在触头片表面和触头间隙中心平面上的分布,以及纵向磁场滞后时间沿径向路径的分布规律.

采用4种不同纵磁触头结构的126kV单断口真空断路器温升性能对比研究

为进一步提升126 kV单断口真空断路器额定通流能力,文中针对4种采用不同纵磁触头结构的126 kV真空断路器的温升特性通过仿真进行了对比研究。4种纵磁触头分别为2/3、3/4匝线圈型、马蹄铁型和开槽马蹄铁型纵磁触头。有限元仿真结果表明在通流3150 A时4种触头的热态交流电阻分别为30.2、36.9、24.0、16.3μΩ。4种断路器整机的温度分布采用有限体积法计算得到,温升仿真模型由通流2500 A下的实验结果验证。结果表明,仿真模型在灭弧室周围的5个测温点内计算误差小于10%,最大的计算误差由于未考虑外部接线的影响,出现在断路器端部,为36%。通过对4种纵磁触头在3150 A下的温升特性进行仿真,发现开槽马蹄铁型纵磁触头在上述4种触头结构中具有最好的温升表现,并且其3150 A温升特性符合国标要求,其中温升最高的测温点温升为66 K。

126kV真空灭弧室3/4匝线圈型纵磁触头大电流电弧特性研究

文中针对一种126 kV真空灭弧室3/4匝线圈型纵磁触头,采用拉弧试验的方法对其在大电流下的真空电弧扩散态模式持续时间、强电弧模式持续时间以及真空电弧形态等电弧特性进行试验研究。选取3种不同线圈结构的触头进行试验,触头结构1、2、3的线圈宽度分别为12、14、16 mm。试验电流为36 kA(rms)和40 kA(rms),第1个电流半波内的燃弧时间分别为3.5、9 ms。试验结果表明,触头结构2的真空电弧扩散态模式持续时间最长,强电弧模式持续时间最短。随着电弧电流的增加,3种触头结构在电流过零前的扩散态模式持续时间随之减小。通过对2种触头结构大电流真空电弧特性进行分析比较,126 kV真空灭弧室3/4匝线圈型触头选择触头结构2,线圈宽度为14 mm。

大开距条件下杯状纵磁触头间隙磁场特性

“碳达峰、碳中和”目标的提出使得高压真空灭弧室的研制与发展受到广泛的关注与重视。为此,通过增大杯壁开槽旋转角的方式探究了6槽杯状纵磁触头在高压真空灭弧室中应用的可能性。研究结果表明:增大开槽旋转角是大开距下增强6槽杯状纵磁触头间隙纵向磁场的有效手段;适当地增大触头杯高和杯壁厚度不仅会使得触头电阻明显下降,也使得开槽旋转角进一步增大,从而使得纵向磁场得以继续增强;支撑件的添加可以使具有较大开槽旋转角的触头结构强度明显增加,而间隙纵向磁场的下降并不明显。论文研究结果可以为杯状纵磁触头在高压真空灭弧室中的实际应用提供借鉴与参考。

嵌合型杯状横-纵磁触头结构磁场分析

以高压直流真空断路器(HVDC-VCB)灭弧系统触头结构为研究对象,基于杯状横磁(TMF)与杯状纵磁(AMF)触头结构与磁场特性分析,建立了嵌合型杯状横-纵磁触头模型,并对其稳态磁场与剩余磁场进行有限元仿真模拟。分析表明,在稳态磁场下触头中部区域的横向磁场增强,中心区域纵向磁场提升;而当电流过零时,剩余磁场值远小于传统杯状触头,有利于金属蒸气的扩散以及电弧能量的有效逸散。

新型126 kV真空灭弧室触头结构的研究及试验验证

提出一种新型126 kV真空灭弧室用触头结构,并对其进行仿真分析,在此基础上,测量这种触头结构的磁场感应强度,与仿真计算的结果进行分析对比,验证了仿真结果的正确性,通过电弧试验,对触头结构进行了电弧形态研究,验证磁场对电弧的控制特性。采用这种触头结构制成126 kV真空灭弧室,进行40 kA短路电流开断试验,经过试验验证,能够开断20次40 kA的短路电流,并分析试验后的真空灭弧室触头状态,触头无明显变形。通过一系列的研究验证,这种真空灭弧室触头结构能够完成126 kV真空灭弧室的开断性能要求。