一种多断口真空断路器动态电荷补偿的自均压控制方法

摘要

一种多断口真空断路器动态电荷补偿的自均压控制方法，通过真空灭弧室主屏蔽罩中封环处上下连接均压电容，实现真空灭弧室主屏蔽罩吸附电荷参与抵消触头间隙的弧后不平衡电荷，进而补偿触头间隙弧后不平衡电荷引起的动态电压分布不均，实现对暂态恢复电压(TRV)稳定阶段的动态自均压。引入控制开关S1和S2，通过实时检测判断，控制S1和S2间断导通实现TRV不同阶段实时动态电荷补偿的动态自均压控制，获得实时动态自均压效果，可大幅改善多断口真空断路器的动态电压分布均匀性，进而最大程度发挥各个断口的开断能力，提升多断口真空断路器整体开断能力。

说明书

技术领域

本发明属于真空断路器领域，具体涉及一种多断口真空断路器动态电荷补偿的自均压控制方法。

背景技术

目前真空断路器在中压领域广泛应用，单断口真空断路器由于真空间隙击穿电压与间隙距离之间存在饱和效应的限制，其电压等级一般低于145kV，为实现363kV及以上电压等级需采用多个单断口真空灭弧室进行串联构成多断口真空断路器，但多断口真空断路器由于杂散电容的存在造成各个串联断口电压分布不均匀，静态电压分布一般采用等效电容参数构成的等值电路分析，传统的方式是在各个断口间并联电容或阻容作为均压元件实现各个断口静态均压。

多断口真空断路器开断过程中的动态电压分布除了受上述等值电路影响外，由于各个断口非同期型和电弧发展的随机性，触头间隙零区及弧后特性不一致引起弧后电荷不相等，而断口间的不平衡弧后电荷注入均压电容引起动态电压差，造成动态电压分布不均匀，传统方式通过非同期协同控制方式和磁场调控方法由于电弧发展的随机性无法精确控制和消除不平衡弧后电荷引起的动态电压差。目前大连理工大学的双断口真空断路器最佳间隙配合控制方法(CN 104465210 A)专利，通过控制各个断口的真空间隙大小实现弧后电荷的控制，进而实现动态电压分布与介质恢复的协同配合。该方式对控制精度要求高、且各个断口异步操动、无法从根本上消除不平衡电荷。由于存在此不平衡电荷造成多断口真空断路器动态电压分布不均匀，尤其在暂态恢复电压作用下容易造成承受电压高的真空灭弧室先击穿导致多断口真空断路器开断失败。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提出一种多断口真空断路器动态电荷补偿的自均压控制方法，在真空灭弧室中封环处上下连接均压电容，进而可以通过真空灭弧室主屏蔽罩吸附电荷参与抵消触头间隙弧后不平衡电荷，消除或抵消不平衡电荷引起的动态电压分布不均，实现TRV不同阶段实时动态自均压，提升多断口真空断路器的开断能力。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于40.5kV以上电压等级的商用真空灭弧室VI1为开断部件，在真空灭弧室VI1的主屏蔽罩中封环12处串联连接均压电容11和13，真空灭弧室内部静触头4和动触头6构成真空触头间隙，中封环与真空灭弧室主屏蔽罩5相连接，两个均压电容11和13串联整体并联于真空灭弧室VI1两端，这样可以为主屏蔽罩电荷通过均压电容13输入或输出到真空触头间隙，上述构成的单元为M1。

进一步，真空灭弧室VI2均压电容14和16与上述配置方式相同，构成单元M2，依次类推可以获得M3、M4……。为实现更高电压等级，采用多个单元串联串联可以构成多断口真空断路器。

进一步，上述单元M1的均压电容11和13可以为主屏蔽罩实现均压，同时串联在一起可以作为真空灭弧室VI1断口的均压电容，获得传统并联均压电容的静态均压效果，但动态自均压需要考虑引入触头间隙弧后不平衡电荷和主屏蔽罩12吸附电荷的影响。

以采用上述两个单元串联构成的双断口真空断路器为例，上下端真空灭弧室静动触头间等效自电容由C

进一步，由于上下端单元M1和M2的电流相等，即流入上下端的电荷守恒，满足：

Q

进一步，由于各个断口燃弧阶段非同期和电弧发展随机性，真空触头间弧后电流不一致进而导致弧后电荷不相等，即存在弧后不平衡电荷ΔQ

Q

进一步，由式(1)和(2)可知主屏蔽罩吸附电荷满足：

Q

进一步，由于并联的均压电容C

进一步，在主屏蔽罩上下端均压电容相同时，即C

进一步，基于上述结构和动态电荷补偿原理，可以实现TRV稳定阶段动态电压差ΔU(表)的补偿或抵消，为了实现控制TRV不同阶段的实时动态电压差Δu(表示瞬态值)

本发明在真空灭弧室VI1中封环12和均压电容11、13串联连接的中间位置增加控制开关S1，可以在真空灭弧室VI2中封环15和均压电容14、16串联连接的中间位置增加控制开关S2，通过高精度电流传感器CT1、CT3分别获得主屏蔽罩注入均压电容C

进一步，控制S1和S2导通和断开，可以实时控制Q

与现有技术相比，本发明有如下优点：

本发明可以将主屏蔽罩电荷用于补偿弧后不平衡电荷，在主屏蔽罩中封环上下端均压电容相同的情况下可以完全补偿，TRV稳定阶段动态电压差ΔU为零，即TRV稳定阶段动态电压分布均匀。也可以上下采用不同的均压电容，进而调控补偿深度，控制TRV稳定阶段动态电压差和动态电压分布。

在引入控制开关S1和S2后可以实现TRV不同阶段实时补偿动态不平衡电荷，进而在TRV不同阶段都获得动态不平衡电荷的完全补偿，获得各个阶段实时动态自均压控制。该发明实现了多断口真空断路器实时动态自均压控制效果，可大幅提升多断口真空断路器的开断能力。

附图说明

图1为本发明的动态自均压结构配置示意图

图2为本发明的引入动态电荷补偿的动态电压分布等值电路。

图3为本发明的实时动态电荷补偿的硬件结构示意图

图4为本发明的实时动态电荷补偿控制流程图。

具体实施方式

本发明的实施方式主要有两种：一种为附图1所示的动态自均压结构配置，附图3和4是实时动态电荷补偿硬件和软件控制流程图，若只考虑TRV稳定阶段的动态电压差ΔU＝0，则只采用附图1方案即可。若要求实现TRV不同阶段的实时动态电压差Δu＝0，则需要采用附图2方案。

如附图1所示，上端真空灭弧室两端并联均压电容11和13，均压电容11和13串联连接，中间连接位置与真空灭弧室外露的主屏蔽罩中封环相连，采用此方式，均压电容11和13可以作为主屏蔽罩的均压措施，控制主屏蔽罩悬浮电位为中间电位，进而提供真空灭弧室内部绝缘强度。同时均压电容11和13串联组件作为真空灭弧室的均压电容，为多断口真空断路器实现断口间的静态均压，上述VI1、11、12、13及相关电气连接构成单元M1。采用相同的配置可以获得M2、M3、M4……。

在开断过程的弧后阶段，由于单元M1和M2的电流相等，故注入单元M1和M2的电荷相等，触头间隙由于电弧发展随机性，阴极斑点熄灭位置不同，被触头和主屏蔽罩吸附的电荷不同，造成各个断口真空触头间隙的弧后电荷差异ΔQ

附图2是引入动态电荷补偿后的动态电压分布等值电路，通过电路分析可知动态电荷补偿的基本原理是建立其触头间隙弧后电荷和主屏蔽罩吸附电荷互联通道，实现主屏蔽罩电荷参与弧后不平衡电荷的补偿或抵消。

上述动态电荷补偿最终效果可以实现抵消不平衡电荷引起TRV稳定阶段电压差ΔU，但对TRV不同阶段可能无法实现实时的动态电荷补偿，为此，在上述基础上如附图3所示的，在附图1基础上，增加控制开关S1和S2，以便实时控制主屏蔽罩电荷注入均压电容的电荷量。FTS是无线传输控制模块，实时动态电荷补偿的自均压控制器采用FPGA作为处理器，可以并行获得多通道的数据采集和多通道的无线传输控制。同时通过高精度电流传感器CT1、CT2、CT3、CT4检测单元M1和M2的主屏蔽罩电流、均压电容C

附图4实时动态电荷补偿控制流程图，首先检测CT1、CT3和PACME的电流i

以上所述为本发明的较佳的实施方式，不局限于上述实施方式，本领域技术人员对本发明的具体实施的修改或补充或替换，均应包含在本发明的保护范围。