输电等级单断口真空断路器理论及其技术PDF电子书下载

第1章 绪论 2

1.1 真空断路器发展简介 2

1.2 输电等级真空断路器的发展 3

1.2.1 国外输电等级真空断路器的发展 4

1.2.2 国内输电等级真空断路器的发展 6

1.3 发展输电等级单断口真空断路器所面临的技术挑战 7

第2章 长触头间隙真空绝缘特性 14

2.1 概述 14

2.2 真空间隙击穿的基本理论 14

2.2.1 场致发射击穿 15

2.2.2 微粒击穿 16

2.3 实验研究的基本装置 17

2.4 真空灭弧室长真空间隙的工频绝缘特性 18

2.4.1 实验数据 18

2.4.2 工频击穿场强分析 19

2.5 长真空间隙雷电冲击绝缘特性 23

2.5.1 触头有效面积的影响 23

2.5.2 触头表面粗糙度和直径的影响 28

2.5.3 开关操作的影响 29

2.6 长真空间隙击穿模型 30

2.6.1 均匀场击穿模型 31

2.6.2 非均匀场击穿模型 33

2.7 总结分析 37

第3章 大开距真空电弧的阳极燃弧模式及控制 40

3.1 真空电弧的阳极过程 40

3.2 阳极模式图的实验观察与研究 45

3.2.1 实验概述 45

3.2.2 实验结果及分析 47

3.2.3 实验获得的阳极模式分布图 50

3.3 影响阳极斑点临界电流的主要因素 51

3.3.1 触头材料的影响 51

3.3.2 触头立体角的影响 52

3.3.3 纵向磁场对阳极斑点形成的影响 56

3.4 阳极斑点对电流过零后电极表面温度的影响 62

3.4.1 实验概述 62

3.4.2 电流过零后阳极表面温度 64

3.4.3 阳极斑点对电流过零后阳极表面温度衰减的影响 68

3.5 阳极燃弧模式的控制 71

3.5.1 根据阳极燃弧模式图优化分闸特性的方法 71

3.5.2 分闸相位对分闸曲线的影响 73

3.5.3 纵向磁场的影响 75

3.5.4 126kV真空断路器分闸特性与开断性能的关系 77

第4章 输电等级真空灭弧室的设计 82

4.1 真空灭弧室基本结构 82

4.2 绝缘结构设计 83

4.3 触头结构设计 85

4.3.1 纵向磁场线圈结构 85

4.3.2 纵向磁场杯状结构 87

4.3.3 纵向磁场马蹄铁结构 87

4.3.4 横向磁场螺旋线结构 87

4.3.5 横向磁场杯状结构 88

4.4 触头材料的选择 89

4.5 发热分析与设计 90

4.6 波纹管与套管 91

第5章 真空间隙弧后介质恢复过程理论研究 94

5.1 概述 94

5.1.1 残余等离子体 94

5.1.2 金属液滴 96

5.1.3 金属蒸气 97

5.1.4 触头表面状态 98

5.2 真空灭弧室弧后中性金属蒸气密度的理论计算与分析 100

5.2.1 阳极表面温度计算 101

5.2.2 阳极表面金属蒸气蒸发计算 113

5.3 真空灭弧室弧后鞘层仿真计算 116

5.3.1 电势分布及粒子分布随时间的变化 117

5.3.2 粒子密度对弧后鞘层的影响 119

5.3.3 粒子初始热运动情况对弧后鞘层的影响 121

5.3.4 瞬态恢复电压上升率对弧后鞘层的影响 123

5.3.5 不同开距下的弧后鞘层的发展过程 124

5.3.6 电子、离子能量分布的仿真结果 125

5.4 真空灭弧室弧后介质恢复过程的实验对比 126

5.4.1 小电流时的弧后介质恢复特性 127

5.4.2 大电流时弧后介质恢复特性 128

5.4.3 计算结果与实验结果的对比 129

5.5 真空灭弧室弧后金属蒸气的击穿 129

5.6 关于真空灭弧室弧后击穿的讨论 132

5.7 PIC-MCC方法介绍 135

5.7.1 PIC方法 136

5.7.2 MCC方法 139

5.7.3 PIC-MCC方法的计算流程 141

第6章 输电等级真空断路器的关合过程及其优化控制 146

6.1 输电等级真空断路器合闸速度的优化 146

6.1.1 触头间的动熔焊特性 146

6.1.2 减轻输电等级真空断路器动熔焊效应的合闸速度优化理论 147

6.2 输电等级真空断路器触头预击穿开距与弹跳的实验测量 149

6.2.1 预击穿实验 149

6.2.2 空载关合弹跳特性实验 151

6.3 126kV真空断路器合闸速度的优化 155

6.4 关于合闸过程优化设计的分析 155

6.4.1 预击穿距离的分散性与优化合闸速度 155

6.4.2 126kV真空断路器同步关合的合闸速度 156

6.4.3 合闸速度对触头冲击力的影响 158

6.4.4 关合电流对预击穿和弹跳燃弧时间的影响 159

第7章 输电等级真空断路器操动机构的设计方法 164

7.1 真空断路器操动机构概述 164

7.2 弹簧操动机构的分闸系统设计方法 166

7.2.1 弹簧操动机构分闸系统 166

7.2.2 油缓冲器的结构与设计方法 167

7.2.3 根据特定分闸速度曲线设计缓冲器的方法 168

7.3 弹簧操动机构的合闸系统设计方法 172

7.3.1 弹簧操动机构合闸系统 172

7.3.2 通过合闸特性曲线得到凸轮传动比的方法 174

7.3.3 凸轮廓线的计算与设计 177

7.4 永磁操动机构的设计方法 180

7.4.1 新型分离磁路式永磁操动机构 181

7.4.2 永磁操动机构特性计算与设计 185

7.4.3 126kV分离磁路式永磁机构的设计 193

7.5 永磁操动机构的控制 199

7.5.1 双线圈变电流控制方法 199

7.5.2 永磁操动机构时间分散性分析 208

第8章 真空灭弧室的纳秒连续脉冲老炼技术 216

8.1 纳秒连续脉冲老炼 216

8.1.1 纳秒连续脉冲老炼装置 216

8.1.2 纳秒连续脉冲老炼装置的控制和运行 217

8.2 纳秒连续脉冲老炼对真空灭弧室特性的影响 220

8.2.1 触头表面状态分析 221

8.2.2 耐压水平实验结果 221

8.2.3 对真空断路器击穿特性的影响效果 222

第9章 126kV单断口真空断路器试验研究 224

9.1 研究性试验主要设备 224

9.1.1 126kV合成回路 224

9.1.2 126kV可拆式真空灭弧室 226

9.2 耐压试验 227

9.2.1 短时工频耐压试验 227

9.2.2 标准雷电冲击耐压试验 227

9.3 温升试验 228

9.4 机械特性试验 230

9.4.1 机械特性试验目的 230

9.4.2 机械操作试验 231

9.4.3 机械寿命试验 231

9.5 开断试验 232

9.5.1 出线端故障试验 232

9.5.2 失步故障试验 241

9.5.3 异相接地故障试验 244

9.5.4 近区故障试验 246

第10章 输电等级真空开断技术发展展望 252

10.1 陶瓷外壳真空灭弧室 252

10.2 额定电流提升技术 252

10.3 采用环境友好型绝缘气体实现外绝缘 253

10.4 新型操动机构 254

10.5 “真空开关”组合电器 256

10.6 液氮绝缘“超导”组合电器 256

10.7 基于真空断路器的新型高压直流断路器 257

10.8 252kV真空灭弧室研究与开发 258

10.9 真空断路器同步控制技术 259

10.10 超特高压真空断路器 259

参考文献 261

后记 273