真空直流断路器介质恢复强度的测量及其研究

摘要

高压直流输电技术(HVDC)的发展使得直流断路器的研究也越来越深入。电压等级的不断提高，对直流断路器的性能也提出了更高的要求，直流真空断路器由于开断能力强得到了越来越广泛的应用。灭弧室的介质恢复强度与断路器的性能息息相关。因此，对介质恢复的研究也是真空开关领域中一个重要的研究方向。本论文采用有源辅助电路的方法，制造人工过零点，从而开断直流断路器。
　　本论文利用Matlab软件建立了电弧的模型，对系统进行了仿真模拟，得到了高频和低频部分的电流波形，并仿真出断路器开关过程中的电弧电压和电流转移波形。本论文还对球隙触发电路和罗氏线圈、积分器进行了设计，试验电路的高频部分通过球隙触发电路导入。
　　测量介质恢复需要在直流断路器的过零点之后加上高压测量灭弧室真空间隙的击穿强度，本论文根据要求设计了一台电压可调(0-50kV)、脉冲个数可调和脉冲间隔可调的电源的主电路。在设计的过程中对降压斩波电路进行了仿真，得到相关参数。重点对逆变电路进行了仿真，逆变变压器的偏磁现象对逆变电路的输出波形有很大的影响。本论文采用不同的方法仿真计算出在变压器的一次侧加上隔直电容可以有效的减小偏磁现象。此外，本文还用labview软件设计了上位机程序，在PC机上可以方便控制脉冲电源的输出参数，提高了效率和安全性。
　　本文利用实验室现有设备搭建了试验平台，用LC振荡电路模拟直流故障电流，对介质恢复电路进行了改进，使断路器在过零点之后将试验电路中的有源器件与断路器隔离，在断路器两端只有高压脉冲电源，这样使测量结果更加精确。在直流断路器过零点，虽然电流为零，仍然存在大量的残留粒子。以过零点为基准时刻，在不同的时间在断路器两触头间施加高压脉冲电源，测量得到不同时刻对应的击穿电压，将实验数据记录下来，剔除大误差数据，并用Matlab软件进行拟合，得到此真空灭弧室的介质恢复强度曲线。此灭弧室的介质恢复时间大约为17μs，介质恢复上升速率为0.88kV/μs。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 背景介绍

1．3 介质恢复测量的常用方法

1．4 本论文的主要工作

2 测试系统的设计

2．1 合成回路试验

2．2 主电路原理

2．3 机构原理与分析

2．3．1 永磁机构

2．3．2 斥力机构

2．3．3 试品断路器分闸速度的仿真

2．4 点火电路

2．5 罗氏线圈和积分器

2．6 本章小结

3 基于Matlab的仿真分析

3．1 Matlab的应用

3．2 电弧模型的建立

3．3 Simulink仿真模型的建立和仿真

3．4 本章小结

4 高频高压电源的制作

4．1 高压脉冲电源简介

4．2 电源主电路选择

4．2．1 整流电路

4．2．2 降压斩波电路

4．2．3 逆变电路的选择

4．2．4 脉冲产生电路

4．3 脉冲电源的仿真

4．3．1 Pspice在电源仿真中的应用

4．3．2 BUCK电路参数计算

4．3．3 消除变压器偏磁现象的相关仿真

4．4 电源计算机控制系统的制作

4．4．1 PC机与下位机的通信

4．4．2 上位机系统和控制系统

4．5 本章小结

5 介质恢复测量试验和数据处理

5．1 试验电路和操作流程

5．2 断路器控制电路设计

5．3 实验结果分析和处理

5．3．1 实验结果分析

5．3．2 介质恢复曲线拟合

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢