马骁 张良 任华

摘要：断路器是保证电力系统安全运行的重要组成部分，该设备凭借自身良好安全性、使用寿命时间长等优势在中压领域得以广泛应用。为了进一步推动真空断撸起向高级电压方向发展，文章采用将间隙长度分割多个短间隙并串联的方式来实现，并设置相关实验对改变真空灭弧室电压的分布情况和提升多断口真空断路器的开断性能进行验证。

关键词：多断口真空断路器;电压分布关系;均压措施;样机设计

中图分类号：TM561.2 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）01-0136-05

0引言

伴随着社会经济的飞速发展，电力行业也得到飞跃式进步，此时，高压电器设备所面临的工作难度也逐渐加大。真空开关、油开关、压缩空气开关均是高压设备电气设备的重要组成部分，由于压缩空气开关断容量大小无法适应电力系统发展，油开关也存在易爆危害，所以真空开关是目前市面上普遍使用的开关类型。真空断路器利用自身在开断过程中吸收回路能量的优势，在中压、低压领域占据大部分市场份额。本文为了推动真空断路器向高压等级发展，故对该断路器真空间隙的饱和特性进行研究，并对其结果进行分析得知该设备的开断能力与电压分布有密切关系。

1多断口真空断路器等值电路的理论现状

电压的开断动作是影响多口真空断路开断能力的因素之一。多断口真空断路器为实现真空灭弧室开断高压等级电流，可保证不改变真空断路技术总长度状态下，将其分割为多个短间隙并串联，极大程度运用短真空间隙性能。

1.1双断口暂态恢复电压分配机理

为了有效对真空断路器电压分布情况提供理论基础，需对地杂散电容和等效电容在真空灭弧室的分布情况进行分析，如图1所示。

1.2三断口断路器模型等值电路

在电压分布方面三断口语双断口分析方法一致，三断口模型等着电路图较为复杂。图2所示为三断口真空断路器等值电路图，真空灭弧室1和2中静触头电极、悬浮屏蔽罩电极均以不同序号所标记。

2多断口电场仿真计算

多断口真空断路器的结构与布置方式均会受到静电场仿真计算工作的影响。因此，利用计算机的计算功能对该设备布置方式、结构设计提供理论分析，为了使多断口真空断路器开断能力得以有效提升，需对各真空灭弧室电压分布情况进行计算，并选择电压分布均匀性较好的布置方式。

2.1双断口真空断路器静电场仿真计算

除地杂散电容对双断口真空断路器电压的影响外，其排列方式也会对分压结果产生影响。该设备的排列结果大致可分为L型、Ⅱ型，水平及竖直4种，利用模型分压计算方式对这4种排列方式进行计算，详情如表1所示，并根据计算结果选择最优排列方式，以此来实现双断口真空断路器电压分布的优化。

仿真计算方式除计算各真空灭弧室电压分布关系外，也可对各部分电容大小进行计算，主要是对地杂散电容和等效电容的计算。图3为单断口真空灭弧室等效电容计算等值路图，其中悬浮屏蔽罩、动触头、静触头等电容值均与真空灭弧室等效电容有直接关系，公式（1）是对真空灭弧室等效电容的计算，其中电极1、2、3分别为静触头、动触头、悬浮屏蔽罩。

2.2三断口静电场仿真计算

三断口仿真计算方式与双断口一致。各灭弧室中对地杂散电容和布置方式是影响电压分布情况的重要参数。因此，选择均压效果最合理的布置方式，需针对其设计进行优化，并选擇大小合适的补偿电容值，如图4所示，公式（2）则为补偿电容的计算方式。

3双断口分压特性实验

该试验通过将均压电容与不同开距子均压两方面来验证优化思路的合理性。以仿真计算为实验前提，其目的是为了验证该计算方式的准确性，两者均是为真空断路器向更高电压等级研发和应用奠定基础。

3.1工频分压特性

实验所采用的真空灭弧室型号为12Kvbd-24/1250-25（20），数量为2台。操作步骤是利用两个20kV的高压探头测量Ⅱ型排列方式下的近高压和近地侧两个真空灭弧室所承受的电压，并对其添加不同容量的均匀电容来查看该实验中真空灭弧室触头开距的电压分布情况。

3.1.1无均压电容电压分布情况

灭弧室电压两侧在无均压电容情况下电压分布情况可通过实验不断改变触头开距测得各种开距条件下分压关系，详细数据如表2所示，其中GVll、GVl2分别为真空灭弧室两侧开距，单位为mm。

3.1.2添加不同大小均压电容的电压分布关系

利用两个20kV高压探头对两端并联不同大小均压电容后的真空灭弧室进行测量，同时将两侧触头拉开一定距离，以此方式测量出两个真空灭弧室所承受的电压。通过重复上述操作，改变两侧触头拉开距离进行统计电压分布百分比变化趋势。以下表3、表示4分别为添加不同容量的均匀电容在触头开距不同情况下对百分比的统计数据。

通过以上表格百分比数据显示，真空灭弧室近高压侧在不添加均压电容时，触头开距与仿真计算得到的分压百分比一致。据表3和表4百分比数据可充分体现均压电容的添加与近侧灭弧室存在密切联系。虽然均压电容添加达不到要求，但真空灭弧室触头间隙距离度电压分布影响已明显减小。在双断口真空断路器中均匀细数在0.9-1.1之间则表示满足其电压均匀性分布要求。

3.2暂态恢复电压分布特性实验研究

双断口真空断路器中暂态恢复电压是否均匀也是影响其开断能力的因素之一。为了促使电力企业对灭弧室触头开距电压布置进行深人了解，对其不同开距配合自均匀效果进行验证，主要目的是为了多断口真空断路器分压均匀性优化设计提供有力指导，同时，也是提高开断性能和完善绝缘的重要步骤。

3.2.1实验回路介绍

图5为合成回路系统主电路图，该合成回路系统是x理工大学电力电子研究所研究发明的。该系统可以提供110kV的回路电压和50kA的断路电流，其中电流、电压源均为振荡电路LC。

cu在电压源回路中为电容，Lu为电感，而测量电压电阻分压器则用RVDT，期间是1000：1的分压比，暂态恢复电压阻容分压器为RCVDT;Ro、co为改变试品TB两端的调频电容、电阻;SG为点火球系。在左侧电压源回路中Lu和cu不同值的相互配合，可振荡产生不同频率的恢复电压。本次实验设置主要是通过合同回路电压源产生周期表，在频率53kHz的恢复电压来模拟断路器开断过程中暂态恢复电压情况。

图6为电压源放电电路，电压源控制开关为J1，T1为AC220V输人电压，调压器40A、输出AC0-250V。在该回路中水电阻分别为R1、R2、R3;放电为R2、R3、充电则为R1;而整流硅堆为2T、电压源的放电开关、充电开关分别为J2、J3。通过实验验证该型号真空灭弧室，为消除暂态恢复电压对分压的影响，可利用绝缘木支撑，并用高压探头测量灭弧室两侧暂态恢复电压值。

3.2.2实验结果

在保证真空灭弧室电压源电量充足的情况下，将触头开距拉开一定距离，并将电压源中暂态恢复电压引人至串联真空灭弧室，记录电压分布状态。重复以上操作，对不断拉开触头开距所产生变化的电压分布进行记录。表5百分比数据所示则为触头不同开距下近高压侧灭弧室分压百分比，充分体现了触头开距与分压分布关系不大。

通过以上表内数据可见当真空灭弧室触头开距与仿真技术近高压侧百分比变化趋势相同时，均是不添加任何均匀电容的情况下。当真空灭弧室均压效果达到最优时，其灭弧室近高压侧与近地侧触头拉开距离或是越大、或是越小。通过实验充分验证了不同触头开距配合自均匀是正确的，而且该方式也作为双断口真空断路器的均压措施。

4结语

文章通过串联多个真空灭弧室多断口断路器将真空断路器逐渐推向更高电压等级的最优、最合理的解决方案，有效解决了多断口真空断路器在各灭弧室中电压分布均匀性的问题，在实际应用中作用至关重要。为了有效提升各灭弧室电压均匀性的分布，可在灭弧室电压承受范围内逐步添加均压电容，相关实验数据表明均压电容添加越大，均压效果愈加明显，为了避免对该设备性能产生负面影响，所以选择大小均匀电容值也逐渐成为分压均匀性优化设计的重要环节。