具有串并聯結構的模塊化多斷口真空斷路器靜動態電壓分布特性

摘要：文章首先給出了基于串并聯結構模塊化三斷口真空斷路器對應的有限元分析模型標準概念，進而通過對電位分布的計算以及對真空滅弧室內電場分布的計算分析，就多斷口真空斷路器所對應的靜動態電壓分布特性展開了分析與探討。

關鍵詞：多斷口真空斷路器；靜動態電壓分布；模塊化

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0059-02

在我國當前電力系統的運行過程當中，針對110kV電壓等級以上的電力系統運行而言，多以SF6型斷路器為主。基于電力系統環保要求的進一步嚴格與具體，未來期間SF6型斷路器的應用將受到很大程度上的限制。積極展開對可替代SF6型斷路器的環保型高壓斷路器研究工作備受各方關注與重視，本文即圍繞該問題展開分析與探討。

1 模塊化三斷口真空斷路器模型

在構建具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器單元有限元分析模型的過程當中，需要考慮的計算對象包括環氧絕緣筒部件、瓷套部件、屏蔽罩部件、外絕緣傘群部件、以及動靜觸頭部件等多個方面。對于具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器而言，觸頭涉及到動式觸頭、以及靜式觸頭這兩種類型，所對應的材料主要為銅鉻合金，而具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器屏蔽罩所對應的材料則主要為鋼鐵。在該模塊化三斷口真空斷路器單元有限元分析模型當中，介電常數的取值均為1.0。

同時，在基于對串聯結構樣機單臂試驗以及三相樣機基本情況分析的基礎之上，該計算模型包括以下幾種工況：A模型，指不帶底部支架條件下所對應的串聯結構樣機單臂模型；B模型，指帶底部支架條件下所對應的串聯結構樣機單臂模型；C模型，指帶底部支架條件下所對應的串聯結構樣機雙臂模型；D模型，指帶底部支架條件下所對應的三項樣機模型。

2 電位分布計算

建立在該分析模型的基礎之上，通過仿真計算的方式分析可知：對于帶有底部支架的串聯樣機單臂模型而言，與之相對應的斷路器電位分布計算示意圖如下圖所示（見圖1）。

圖1 斷路器電位分布計算示意

結合圖1中的數據信息不難發現：對于按照前文所述方式所布置的模塊化三斷口真空的管路器而言，在按照“U”字型形態布置的情況下，上側觸頭/下側觸頭，觸頭/屏蔽罩間隔區間內的電壓水平呈現出了較為顯著的變化趨勢。且圖1中還顯示，斷口變化最為顯著的區域表現為：上側觸頭/下側觸頭。該研究結果提示：上側觸頭/下側觸頭對應區域范圍內具有較大的場強特性。根據圖1中所反映的電位分布特征，可得到如下表（見表1）所示的斷口分壓比數據示意表。

結合表1中所提示的數據信息可知：三斷口真空斷路器所對應的斷口表現出了嚴重比例失調的電壓分布特征。其中，高壓端斷口所對應的分壓水平達到了67.18%比例（占總分壓比比例）以上，該數據主要提示：雜散電容會對本區范圍內的靜態分壓產生極為嚴重的影響。不但如此，此區段內所生成的雜散電容也有可能對瞬態恢復電壓的分布情況產生關鍵性的影響。從這一角度上來說，為了能夠最大限度的保障電壓分布的合理與可靠，就需要通過引入均壓處理措施的方式，改善斷口對應電壓分布水平。同時，根據表1中對四類模型斷口分壓比數據的分析：串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器斷口區段對應電位分布相互之間的影響水平并不顯著。與此同時，相對于整體模型而言，不帶底部支架的串聯樣機單臂模型差異較小，所計算數據精確可靠。綜合上述分析可知：在有關具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器所對應電位分布計算的實施過程當中，不需要安裝支架，可保障計算數據的可靠。

3 真空滅弧室內電場分布計算

在本文所假定的具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器計算模型當中，所對應的外邊界尺寸量級標準為10.0m，而屏蔽罩厚度對應的尺寸量級標準為mm。由此可知，整個具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器計算模型結構實體尺寸存在比較大的差異性。為避免因真空滅弧室內結構過于復雜因素影響而對電場分布計算結果產生不良的影響，就需要通過引入基于子模型計算方法的方式，確保所獲取電場分布數據的可靠。通過仿真計算的方式分析可知：對于帶有底部支架的串聯樣機單臂模型而言，與之相對應的真空滅弧室內電場分布計算示意圖如下圖所示（見圖2）。

圖2 真空滅弧室內電場分布計算示意圖

結合圖1中的數據信息不難發現：在以1.0V為單位的運行電壓條件作用之下，高壓段斷口、中間段斷口、以及低壓段斷口觸頭表面所對應的場強計算max數值分別取值為73.71，23.85，13.98（單位：V/m）。在此基礎之上，對于屏蔽罩而言，與上述運行工況相對應的場強計算max數值分別取值為69.81，22.56，13.24（單位：V/m）。結合以上數據可知：對于所假定的具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器而言，單元所對應場強max數值均出現在觸頭表面的圓弧位置，其次為屏蔽罩梁端圓弧與直線呈相切關系的區域內。這一研究結果提示：在有關具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器所對應的電場分布計算過程當中，滅弧室設計期間，需要特別注意觸頭表面圓弧區域以及屏蔽罩圓弧區域的安全處理工作。

4 結語

本文針對具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器靜動態電壓分布特性展開了詳細分析與探討，通過對電位分布的計算以及對真空滅弧室內電場分布的計算分析得出如下結論：第一，雜散電容會對本區范圍內的靜態分壓以及瞬態恢復電壓的分布情況產生關鍵性的影響，有關此工況下靜態、動態分壓的差異需要相關人員展開進一步的分析與探討；第二，滅弧室設計期間，需要特別注意觸頭表面圓弧區域以及屏蔽罩圓弧區域的安全處理工作；第三，在有關具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器所對應電位分布計算的實施過程當中，不需要安裝支架，可保障計算數據的可靠，有關上述問題的分析與研究希望能夠作用于實踐，為后續有關環保型高壓真空斷路器相關問題的研究提供一定程度上的指導與

參考。

參考文獻

[1] 張華贏，楊蘭均，李良書，等.投切電容器組專用真空斷路器性能研究[J].電力電容器與無功補償，2011，（3）.

[2] 吳高波，阮江軍，黃道春，等.126kV模塊化三斷口真空斷路器靜、動態均壓設計[J].中國電機工程學報，2013，（19）.

[3] 舒勝文，阮江軍，黃道春，等.雙斷口真空斷路器的瞬態恢復電壓分配機理與均壓電容研究[J].電網技術，2012，（11）.

作者簡介：胡群榮（1957—），男，浙江杭州人，浙寶開關（杭州）有限公司工程師，研究方向：真空電力開關技術。

摘要：文章首先給出了基于串并聯結構模塊化三斷口真空斷路器對應的有限元分析模型標準概念，進而通過對電位分布的計算以及對真空滅弧室內電場分布的計算分析，就多斷口真空斷路器所對應的靜動態電壓分布特性展開了分析與探討。

關鍵詞：多斷口真空斷路器；靜動態電壓分布；模塊化

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0059-02

在我國當前電力系統的運行過程當中，針對110kV電壓等級以上的電力系統運行而言，多以SF6型斷路器為主。基于電力系統環保要求的進一步嚴格與具體，未來期間SF6型斷路器的應用將受到很大程度上的限制。積極展開對可替代SF6型斷路器的環保型高壓斷路器研究工作備受各方關注與重視，本文即圍繞該問題展開分析與探討。

1 模塊化三斷口真空斷路器模型

在構建具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器單元有限元分析模型的過程當中，需要考慮的計算對象包括環氧絕緣筒部件、瓷套部件、屏蔽罩部件、外絕緣傘群部件、以及動靜觸頭部件等多個方面。對于具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器而言，觸頭涉及到動式觸頭、以及靜式觸頭這兩種類型，所對應的材料主要為銅鉻合金，而具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器屏蔽罩所對應的材料則主要為鋼鐵。在該模塊化三斷口真空斷路器單元有限元分析模型當中，介電常數的取值均為1.0。

同時，在基于對串聯結構樣機單臂試驗以及三相樣機基本情況分析的基礎之上，該計算模型包括以下幾種工況：A模型，指不帶底部支架條件下所對應的串聯結構樣機單臂模型；B模型，指帶底部支架條件下所對應的串聯結構樣機單臂模型；C模型，指帶底部支架條件下所對應的串聯結構樣機雙臂模型；D模型，指帶底部支架條件下所對應的三項樣機模型。

2 電位分布計算

建立在該分析模型的基礎之上，通過仿真計算的方式分析可知：對于帶有底部支架的串聯樣機單臂模型而言，與之相對應的斷路器電位分布計算示意圖如下圖所示（見圖1）。

圖1 斷路器電位分布計算示意

結合圖1中的數據信息不難發現：對于按照前文所述方式所布置的模塊化三斷口真空的管路器而言，在按照“U”字型形態布置的情況下，上側觸頭/下側觸頭，觸頭/屏蔽罩間隔區間內的電壓水平呈現出了較為顯著的變化趨勢。且圖1中還顯示，斷口變化最為顯著的區域表現為：上側觸頭/下側觸頭。該研究結果提示：上側觸頭/下側觸頭對應區域范圍內具有較大的場強特性。根據圖1中所反映的電位分布特征，可得到如下表（見表1）所示的斷口分壓比數據示意表。

結合表1中所提示的數據信息可知：三斷口真空斷路器所對應的斷口表現出了嚴重比例失調的電壓分布特征。其中，高壓端斷口所對應的分壓水平達到了67.18%比例（占總分壓比比例）以上，該數據主要提示：雜散電容會對本區范圍內的靜態分壓產生極為嚴重的影響。不但如此，此區段內所生成的雜散電容也有可能對瞬態恢復電壓的分布情況產生關鍵性的影響。從這一角度上來說，為了能夠最大限度的保障電壓分布的合理與可靠，就需要通過引入均壓處理措施的方式，改善斷口對應電壓分布水平。同時，根據表1中對四類模型斷口分壓比數據的分析：串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器斷口區段對應電位分布相互之間的影響水平并不顯著。與此同時，相對于整體模型而言，不帶底部支架的串聯樣機單臂模型差異較小，所計算數據精確可靠。綜合上述分析可知：在有關具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器所對應電位分布計算的實施過程當中，不需要安裝支架，可保障計算數據的可靠。

3 真空滅弧室內電場分布計算

在本文所假定的具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器計算模型當中，所對應的外邊界尺寸量級標準為10.0m，而屏蔽罩厚度對應的尺寸量級標準為mm。由此可知，整個具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器計算模型結構實體尺寸存在比較大的差異性。為避免因真空滅弧室內結構過于復雜因素影響而對電場分布計算結果產生不良的影響，就需要通過引入基于子模型計算方法的方式，確保所獲取電場分布數據的可靠。通過仿真計算的方式分析可知：對于帶有底部支架的串聯樣機單臂模型而言，與之相對應的真空滅弧室內電場分布計算示意圖如下圖所示（見圖2）。

圖2 真空滅弧室內電場分布計算示意圖

結合圖1中的數據信息不難發現：在以1.0V為單位的運行電壓條件作用之下，高壓段斷口、中間段斷口、以及低壓段斷口觸頭表面所對應的場強計算max數值分別取值為73.71，23.85，13.98（單位：V/m）。在此基礎之上，對于屏蔽罩而言，與上述運行工況相對應的場強計算max數值分別取值為69.81，22.56，13.24（單位：V/m）。結合以上數據可知：對于所假定的具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器而言，單元所對應場強max數值均出現在觸頭表面的圓弧位置，其次為屏蔽罩梁端圓弧與直線呈相切關系的區域內。這一研究結果提示：在有關具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器所對應的電場分布計算過程當中，滅弧室設計期間，需要特別注意觸頭表面圓弧區域以及屏蔽罩圓弧區域的安全處理工作。

4 結語

本文針對具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器靜動態電壓分布特性展開了詳細分析與探討，通過對電位分布的計算以及對真空滅弧室內電場分布的計算分析得出如下結論：第一，雜散電容會對本區范圍內的靜態分壓以及瞬態恢復電壓的分布情況產生關鍵性的影響，有關此工況下靜態、動態分壓的差異需要相關人員展開進一步的分析與探討；第二，滅弧室設計期間，需要特別注意觸頭表面圓弧區域以及屏蔽罩圓弧區域的安全處理工作；第三，在有關具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器所對應電位分布計算的實施過程當中，不需要安裝支架，可保障計算數據的可靠，有關上述問題的分析與研究希望能夠作用于實踐，為后續有關環保型高壓真空斷路器相關問題的研究提供一定程度上的指導與

參考。

參考文獻

[1] 張華贏，楊蘭均，李良書，等.投切電容器組專用真空斷路器性能研究[J].電力電容器與無功補償，2011，（3）.

[2] 吳高波，阮江軍，黃道春，等.126kV模塊化三斷口真空斷路器靜、動態均壓設計[J].中國電機工程學報，2013，（19）.

[3] 舒勝文，阮江軍，黃道春，等.雙斷口真空斷路器的瞬態恢復電壓分配機理與均壓電容研究[J].電網技術，2012，（11）.

作者簡介：胡群榮（1957—），男，浙江杭州人，浙寶開關（杭州）有限公司工程師，研究方向：真空電力開關技術。

摘要：文章首先給出了基于串并聯結構模塊化三斷口真空斷路器對應的有限元分析模型標準概念，進而通過對電位分布的計算以及對真空滅弧室內電場分布的計算分析，就多斷口真空斷路器所對應的靜動態電壓分布特性展開了分析與探討。

關鍵詞：多斷口真空斷路器；靜動態電壓分布；模塊化

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0059-02

在我國當前電力系統的運行過程當中，針對110kV電壓等級以上的電力系統運行而言，多以SF6型斷路器為主。基于電力系統環保要求的進一步嚴格與具體，未來期間SF6型斷路器的應用將受到很大程度上的限制。積極展開對可替代SF6型斷路器的環保型高壓斷路器研究工作備受各方關注與重視，本文即圍繞該問題展開分析與探討。

1 模塊化三斷口真空斷路器模型

在構建具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器單元有限元分析模型的過程當中，需要考慮的計算對象包括環氧絕緣筒部件、瓷套部件、屏蔽罩部件、外絕緣傘群部件、以及動靜觸頭部件等多個方面。對于具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器而言，觸頭涉及到動式觸頭、以及靜式觸頭這兩種類型，所對應的材料主要為銅鉻合金，而具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器屏蔽罩所對應的材料則主要為鋼鐵。在該模塊化三斷口真空斷路器單元有限元分析模型當中，介電常數的取值均為1.0。

同時，在基于對串聯結構樣機單臂試驗以及三相樣機基本情況分析的基礎之上，該計算模型包括以下幾種工況：A模型，指不帶底部支架條件下所對應的串聯結構樣機單臂模型；B模型，指帶底部支架條件下所對應的串聯結構樣機單臂模型；C模型，指帶底部支架條件下所對應的串聯結構樣機雙臂模型；D模型，指帶底部支架條件下所對應的三項樣機模型。

2 電位分布計算

建立在該分析模型的基礎之上，通過仿真計算的方式分析可知：對于帶有底部支架的串聯樣機單臂模型而言，與之相對應的斷路器電位分布計算示意圖如下圖所示（見圖1）。

圖1 斷路器電位分布計算示意

結合圖1中的數據信息不難發現：對于按照前文所述方式所布置的模塊化三斷口真空的管路器而言，在按照“U”字型形態布置的情況下，上側觸頭/下側觸頭，觸頭/屏蔽罩間隔區間內的電壓水平呈現出了較為顯著的變化趨勢。且圖1中還顯示，斷口變化最為顯著的區域表現為：上側觸頭/下側觸頭。該研究結果提示：上側觸頭/下側觸頭對應區域范圍內具有較大的場強特性。根據圖1中所反映的電位分布特征，可得到如下表（見表1）所示的斷口分壓比數據示意表。

結合表1中所提示的數據信息可知：三斷口真空斷路器所對應的斷口表現出了嚴重比例失調的電壓分布特征。其中，高壓端斷口所對應的分壓水平達到了67.18%比例（占總分壓比比例）以上，該數據主要提示：雜散電容會對本區范圍內的靜態分壓產生極為嚴重的影響。不但如此，此區段內所生成的雜散電容也有可能對瞬態恢復電壓的分布情況產生關鍵性的影響。從這一角度上來說，為了能夠最大限度的保障電壓分布的合理與可靠，就需要通過引入均壓處理措施的方式，改善斷口對應電壓分布水平。同時，根據表1中對四類模型斷口分壓比數據的分析：串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器斷口區段對應電位分布相互之間的影響水平并不顯著。與此同時，相對于整體模型而言，不帶底部支架的串聯樣機單臂模型差異較小，所計算數據精確可靠。綜合上述分析可知：在有關具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器所對應電位分布計算的實施過程當中，不需要安裝支架，可保障計算數據的可靠。

3 真空滅弧室內電場分布計算

在本文所假定的具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器計算模型當中，所對應的外邊界尺寸量級標準為10.0m，而屏蔽罩厚度對應的尺寸量級標準為mm。由此可知，整個具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器計算模型結構實體尺寸存在比較大的差異性。為避免因真空滅弧室內結構過于復雜因素影響而對電場分布計算結果產生不良的影響，就需要通過引入基于子模型計算方法的方式，確保所獲取電場分布數據的可靠。通過仿真計算的方式分析可知：對于帶有底部支架的串聯樣機單臂模型而言，與之相對應的真空滅弧室內電場分布計算示意圖如下圖所示（見圖2）。

圖2 真空滅弧室內電場分布計算示意圖

結合圖1中的數據信息不難發現：在以1.0V為單位的運行電壓條件作用之下，高壓段斷口、中間段斷口、以及低壓段斷口觸頭表面所對應的場強計算max數值分別取值為73.71，23.85，13.98（單位：V/m）。在此基礎之上，對于屏蔽罩而言，與上述運行工況相對應的場強計算max數值分別取值為69.81，22.56，13.24（單位：V/m）。結合以上數據可知：對于所假定的具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器而言，單元所對應場強max數值均出現在觸頭表面的圓弧位置，其次為屏蔽罩梁端圓弧與直線呈相切關系的區域內。這一研究結果提示：在有關具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器所對應的電場分布計算過程當中，滅弧室設計期間，需要特別注意觸頭表面圓弧區域以及屏蔽罩圓弧區域的安全處理工作。

4 結語

本文針對具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器靜動態電壓分布特性展開了詳細分析與探討，通過對電位分布的計算以及對真空滅弧室內電場分布的計算分析得出如下結論：第一，雜散電容會對本區范圍內的靜態分壓以及瞬態恢復電壓的分布情況產生關鍵性的影響，有關此工況下靜態、動態分壓的差異需要相關人員展開進一步的分析與探討；第二，滅弧室設計期間，需要特別注意觸頭表面圓弧區域以及屏蔽罩圓弧區域的安全處理工作；第三，在有關具有串并聯結構模塊化多斷口真空斷路器所對應電位分布計算的實施過程當中，不需要安裝支架，可保障計算數據的可靠，有關上述問題的分析與研究希望能夠作用于實踐，為后續有關環保型高壓真空斷路器相關問題的研究提供一定程度上的指導與

參考。

參考文獻

[1] 張華贏，楊蘭均，李良書，等.投切電容器組專用真空斷路器性能研究[J].電力電容器與無功補償，2011，（3）.

[2] 吳高波，阮江軍，黃道春，等.126kV模塊化三斷口真空斷路器靜、動態均壓設計[J].中國電機工程學報，2013，（19）.

[3] 舒勝文，阮江軍，黃道春，等.雙斷口真空斷路器的瞬態恢復電壓分配機理與均壓電容研究[J].電網技術，2012，（11）.

作者簡介：胡群榮（1957—），男，浙江杭州人，浙寶開關（杭州）有限公司工程師，研究方向：真空電力開關技術。