多断口真空开关的有限异步分断与动态介质恢复补偿研究

Multiple-Break in series is the only way for high voltage circuit breaker to develop Ultra high voltage levels. The working conditions and operation performance of the break in series have great changes Compared with the conventional single break circuit breaker, and there are many unknown factors need to study. The project with Multiple-Break Vacuum Circuit Breakers as the background, research the limited asynchronous breaking and the dynamic dielectric recovery characteristics of the various break. And the main research contents include: the synchronous control precision and strategy of the break in series; the limited asynchronous control method based on the synchronization error assessment; the recovery voltage model of the series break based on the analysis of transient electric field of break node; the post-arc current of the vacuum circuit breakers system with multiple-break in series; the physical characteristics analysis of the synergistic effect between the dynamic dielectric recovery and the gap arc; the dynamic dielectric recovery process of series nodes considering the nodes' dynamic recovery voltage bandwidth; the dynamic dielectric recovery compensation of the series nodes based on the active asynchronous. The last is the experimental study of the 126kV triple breaks vacuum circuit breakers in series, and discusses the phase control of Multiple-Break vacuum switch in series. The research can remove the obstacles for developing the vacuum switch to higher voltage level, support the intelligent operation of switch equipment, and provide the theory reference for the series characteristic of SF6 circuit breaker in Ultra high voltage application.

多断口串联是高压断路器向特高压等级发展的必由之路。断路器各串联断口的工作条件与操作性能相比常规单断口断路器有很大的改变，并有很多未知因素需要研究。本课题以多断口真空开关为背景，研究有限异步分断与各断口的动态介质恢复特性，主要研究内容包括：串联断口的同步控制精度与策略、基于同步误差评估的有限异步控制方法；基于断口节点暂态电场分析的串联断口恢复电压模型；多断口串联真空断路器系统的弧后电流、动态介质强度恢复与各间隙电弧互相之间协同作用的物理特性分析；考虑节点的动态恢复电压带宽的串联节点动态介质恢复过程；基于主动异步的串联节点动态介质恢复补偿；最后是基于40.5kV真空灭弧室三断口串联的126kV真空断路器实验研究，并探讨多断口串联真空开关的相位控制。本研究可为真空开关向更高电压等级进军扫除障碍，支持开关设备的智能操作，也可为SF6断路器在特高压应用中的串联特性提供理论参考。

目前，发展更高电压等级的真空开关有两种途径：一是继续发展单断口型真空开关；二是发展多断口真空开关。从机理上和目前的技术水平看，最终实现高压和超高压甚至特高压真空断路器，必须依靠多断口真空开关技术，解决多真空间隙串联的一系列基础问题是我们的当务之急。.本课题以多断口真空开关为背景，研究有限异步分断与各断口的动态介质恢复补偿，主要研究内容包括：串联断口的同步控制精度与策略、同步误差函数建立以及同步控制系统的建立；多断口真空开关电弧弧后模型、各断口恢复电压特性以及寄生电感对于恢复电压的影响；多断口串联真空断路器动态介质强度恢复过程以及基于主动异步的串联节点动态介质恢复补偿；搭建三断口真空断路器的试验系统合成回路进行实验研究。.本课题的重要结果和关键数据有：.（1）建立了永磁操动机构动作时间的误差函数，并基于此设计了基于RBF神经网络的永磁机构分合闸时间预测算法，在MATLAB下进行仿真，仿真结果表明预测断路器合闸时间最大误差为0.3ms。同时，建立了多断口真空开关同步控制系统，能够保证各个断口在ms级内实现同步分闸。.（2）基于ATPDraw软件建立了三断口真空开关的恢复电压特性仿真系统。在考虑均压电容寄生电感时，三断口真空断路器在开断后前4μs的TRV上升率较无寄生电感小，其寄生电感值小于13μH时，三断口真空断路器的TRV呈正弦变化，当寄生电感值大于13μH时，三断口真空断路器的TRV将呈线性增加。.（3）建立了三断口串联真空开关的等值模型，通过控制时间的调整实现动态介质恢复的主动异步补偿。通过调整近高压侧断口开断时间，使其提前2ms开断，进而实现整个断路器开断，实现了动态介质恢复的主动异步补偿。.（4）搭建三断口真空断路器的试验系统合成回路。对三断口真空断路器进行T30和T60的开断试验。预期的工频恢复电压均为95kV，T30预期的TRV峰值为205kV，T60预期的TRV峰值为201kV，实测的T30的工频恢复电压为97kV，TRV峰值为208kV，T60的工频恢复电压为96kV，TRV峰值为205kV。.本课题对于真空开关串联过程中存在的问题进行了研究，对实现低压真空断路器串联实现真空断路器在高压和超高压领域的应用具有积极意义，也为多断口串联真空开关的相位控制及智能控制提供基础，同时能够为SF6断路器在特高压应用中的串联特性提供理论参考。