真空滅弧室與SF6滅弧室串聯(lián)的混合斷路器開(kāi)斷容量增益特性分析
基于真空和SF6氣體兩種不同滅弧介質(zhì)的滅弧特點(diǎn),分析真空滅弧室與SF6滅弧室串聯(lián)組成的混合斷路器可獲得更大開(kāi)斷能力的機(jī)理。根據(jù)混合斷路器開(kāi)斷能力提高機(jī)理提出對(duì)其操動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的要求,并將額定電壓12 kV,開(kāi)斷電流20kA的真空斷路器與額定電壓12 kV,開(kāi)斷電流6.3 kA的SF6斷路器串聯(lián)搭建光控模塊式混合斷路器實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行短路電流開(kāi)斷測(cè)試,并對(duì)比單個(gè)SF6斷路器與基于相同SF6斷路器串聯(lián)真空斷路器的混合斷路器的短路電流開(kāi)斷能力。得出SF6斷路器與混合斷路器的開(kāi)斷容量曲線,混合斷路器相比SF6斷路器開(kāi)斷容量增益倍數(shù)在1.4以上。證明混合斷路器可在不增加SF6氣體使用量的前提下提高短路電流開(kāi)斷容量。
A novel type of hybrid,light-controlled circuit-breaker was developed by combining the vacuum interrupter and the SF6 interrupter in series to improve the breaking capacity.To characterize its breaking capacity gain,a prototyped hybrid circuit breaker was designed and constructed,consisting of a vacuum interrupter (a rated voltage of 12 kV and a breaking current of 20 kA),a SF6 interrupter(a rated voltage of 12 kV and a break current of 6.3 kA) and a light-control module.The preliminary test results show that the breaking-capacity gain of the newly-developed hybrid circuit breaker is 1.4 times higher than that of the SF6 interrupter,without increasing the amount of SF6 gas.The operating mechanisms and possible improvements of the hybrid circuit-breaker were also tentatively discussed.
目前超高壓大容量領(lǐng)域開(kāi)關(guān)介質(zhì)由SF6 氣體一統(tǒng)天下, 而SF6 廢氣的毒性以及泄漏后對(duì)環(huán)境的危害近年來(lái)受到廣泛關(guān)注, 因此一種新型的大容量開(kāi)關(guān)設(shè)備亟需開(kāi)發(fā)�；谡婵諟缁∈遗cSF6 滅弧室串聯(lián)的混合斷路器是新型大容量開(kāi)關(guān)研究的一個(gè)方向�；旌鲜綌嗦菲骷夹g(shù)實(shí)質(zhì)是在不增加SF6 氣體使用量的前提下, 利用真空斷路器和SF6 斷路器各自的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)完成更大短路電流的開(kāi)斷。在現(xiàn)代電子操動(dòng)技術(shù)和光電控制技術(shù)日趨成熟的條件下, 把混合式斷路器應(yīng)用到超高壓大容量開(kāi)關(guān)領(lǐng)域已成為可能。
基于真空滅弧室與SF6 滅弧室串聯(lián)的混合斷路器(HCB) 研究始于上世紀(jì)60 年代 。各國(guó)研究者經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 具有完全不同物理性質(zhì)的兩個(gè)滅弧室串聯(lián)在開(kāi)斷短路電流時(shí)有著積極作用: 在電流過(guò)零前瞬間, SF6 電弧幫助真空電弧熄滅, 而當(dāng)電流過(guò)零后, 真空電弧幫助SF6 電弧抑制恢復(fù)電壓的上升過(guò)程。這是因?yàn)樵陂_(kāi)斷過(guò)程中真空滅弧室處理瞬態(tài)初始恢復(fù)電壓(TRV) 陡峭上升部分時(shí)具有卓越性能, 而SF6 滅弧室能夠很好地承受瞬態(tài)恢復(fù)電壓峰值。然而目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于HCB 相對(duì)于SF6斷路器的開(kāi)斷容量增益特性尚未見(jiàn)報(bào)道, 兩滅弧室間的最優(yōu)協(xié)同動(dòng)作時(shí)刻仍未量化確定, HCB 的工業(yè)化應(yīng)用與推廣還有待進(jìn)一步研究。
本文在討論HCB 獲得更高電流開(kāi)斷能力的機(jī)理、分析其瞬態(tài)電壓恢復(fù)過(guò)程的基礎(chǔ)上搭建了光控模塊式HCB 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭姓婵諟缁∈遗cSF6 滅弧室協(xié)同動(dòng)作時(shí)間分散性小, 可滿足分析其在不同協(xié)同動(dòng)作時(shí)刻開(kāi)斷容量增益特性的要求。過(guò)短路電流開(kāi)斷實(shí)驗(yàn)比較了SF6 斷路器與相同SF6斷路器串聯(lián)真空斷路器的HCB 開(kāi)斷能力, 并得出SF6 斷路器與HCB 的開(kāi)斷容量曲線及HCB 對(duì)于SF6斷路器的容量增益曲線, 證明真空斷路器可以部分承擔(dān)SF6 斷路器開(kāi)斷電流的責(zé)任, HCB 具有比SF6斷路器更加優(yōu)越的開(kāi)斷能力。
結(jié)論
在介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程中, 真空斷路器快速的介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)特性利于SF6 斷路器介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù); 如承受恢復(fù)電壓較早的真空滅弧室發(fā)生重?fù)舸? 只要恢復(fù)電壓的峰值和上升速度低于SF6 滅弧室介質(zhì)強(qiáng)度的極限值, 整個(gè)HCB 并不會(huì)因?yàn)檎婵諟缁∈野l(fā)生重?fù)舸┒鴮?dǎo)致開(kāi)斷失敗;
基于真空斷路器與SF6 斷路器串聯(lián)的光控模塊式混合斷路器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)、動(dòng)作分散性小, 能滿足真空斷路器與SF6 斷路器在不同時(shí)刻協(xié)調(diào)動(dòng)作研究其開(kāi)斷容量增益特性的需要;
實(shí)驗(yàn)證明, 真空滅弧室首先開(kāi)斷短路電流并承擔(dān)瞬態(tài)起始恢復(fù)電壓, 替SF6 滅弧室承擔(dān)部分開(kāi)斷短路電流的責(zé)任有助于SF6 斷路器介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)。HCB 短路電流開(kāi)斷容量明顯高于SF6 斷路器,開(kāi)斷容量增益倍數(shù)在1.4 以上, 證明了HCB 可在不增加SF6 氣體使用量的前提下提高短路電流開(kāi)斷容量。
