征稿｜第四屆軌道交通電氣與信息技術(shù)國際學術(shù)會議

招聘｜中國電工技術(shù)學會招聘學術(shù)期刊編輯

征稿｜中國電工技術(shù)學會電機與系統(tǒng)學報（英文季刊）

隨著真空開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，真空開關(guān)成套設(shè)備如固體絕緣開關(guān)柜,、氣體絕緣開關(guān)柜在配電網(wǎng)已廣泛應(yīng)用,，由于真空長間隙的飽和效應(yīng)限制了其在高壓領(lǐng)域的發(fā)展，而環(huán)保要求日益迫切,，目前很多研究者在尋求替代高壓領(lǐng)域SF6斷路器的措施,。多斷口真空開關(guān)具有動態(tài)介質(zhì)恢復速度快、靜態(tài)擊穿增益,、操動功小,、環(huán)保等優(yōu)勢，是未來高壓開關(guān)的發(fā)展趨勢之一,。

目前國內(nèi)外研究者已在多斷口真空斷路器靜動態(tài)絕緣特性,、開斷增益特性、動態(tài)均壓及操動機構(gòu)方面開展了較多的工作并取得了一定的成果,。在此基礎(chǔ)上,，北京開關(guān)廠和西安交通大學等研制了基于72.5 kV真空滅弧室串聯(lián)構(gòu)成的126 kV雙斷口真空斷路器；大連理工大學研制了用于串聯(lián)的光控模塊式真空開關(guān)單元（FCVIM）,，并基于40.5 kV真空開關(guān)單元串聯(lián)構(gòu)成126 kV智能多斷口真空斷路器,；日本AE帕瓦株式會社研制了168 kV/2 000 A/ 40 kA罐式氣體絕緣雙斷口真空開關(guān)。但針對多斷口真空開關(guān)磁場調(diào)控措施尚無深入,、細致的研究,。

目前常見的真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu)包括縱向磁場（Axial Magnetic Field, AMF）觸頭和徑向磁場（Radial Magnetic Field, RMF）觸頭。電弧電流流過上述觸頭時,，在真空間隙中產(chǎn)生AMF和RMF,，用于調(diào)控電弧。在燃弧階段,，RMF驅(qū)使真空電弧在觸頭表面高速旋轉(zhuǎn),，避免觸頭表面局部融化。AMF能夠降低電弧電壓,，抑制高頻振蕩,，避免陽極斑點的出現(xiàn)，防止集聚電弧的產(chǎn)生,。

P. G. Slade[11]分析了AMF和RMF對電弧不同發(fā)展階段的影響,。其中，AMF對擴散電弧的作用機理為：AMF可以束縛等離子體沿著磁場方向做螺旋上升運動,，進而減小了等離子體錐的重疊,。隨著AMF的增強等離子體錐直徑減小，重疊區(qū)域減小，電弧電壓隨著AMF的增加而減小,。進一步增加AMF，等離子體錐不再重疊,，分離成多個并聯(lián)的獨立等離子錐,，等離子體錐的直徑逐漸減小，等離子體錐內(nèi)的碰撞造成能量損耗,，進而造成電弧電壓的增加,。

在大電流真空電弧階段，AMF避免了真空電弧的集聚,，進而避免陽極斑點及液滴等,，并使得電弧轉(zhuǎn)變?yōu)閿U散電弧模式。A. M. Chaly和H. C. W. Gundlach等研究得到電弧電壓與AMF大小的關(guān)系,，隨著磁場的增加,，電弧電壓先減小后增大，并且存在電弧電壓最小值點對應(yīng)的磁場BA*,。AMF在燃弧階段,，驅(qū)使電弧等離子體沿著磁場方向螺旋上升運行，使得等離子體分布更加均勻,，減小了電弧過渡模式的時間,，進而進入擴散電弧模式，同時降低電弧電壓,。

M. B. Schulman等得到防止電弧集聚的臨界磁場Bcir,，Bcir>3.2(Ip-9)。在前人的基礎(chǔ)上,，劉志遠等[21]利用電弧圖像判斷陽極斑點,，得到避免陽極斑點出現(xiàn)的臨界磁場，所得到的臨界磁場加入了觸頭直徑參數(shù)的影響,。AMF比RMF觸頭真空滅弧室有更大的開斷能力,，RMF滅弧室的弧后電流較大且分散性大。

以上研究主要以單斷口真空斷路器為對象,，相關(guān)研究結(jié)果為多斷口真空斷路器的應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ),。然而，由于多斷口真空斷路器是多個真空間隙串聯(lián)而成,，其布置方式,、觸頭結(jié)構(gòu)和磁場等條件對各個斷口電弧形態(tài)演變規(guī)律、弧后動態(tài)電壓分布與介質(zhì)恢復過程也將產(chǎn)生較大的影響,。

目前針對多斷口真空開關(guān)磁場調(diào)控的需求與機理研究較少,，本文首先提出了多斷口真空開關(guān)協(xié)同效應(yīng)概念，基于協(xié)同效應(yīng)，分析了多斷口真空開關(guān)磁場調(diào)控目標與單斷口真空滅弧室的區(qū)別,。然后搭建了磁場調(diào)控試驗研究平臺,，研究了不同脈寬、不同時刻AMF和橫向磁場（Transverse Magnetic Field, TMF）對電弧發(fā)展及弧后特性的影響規(guī)律,，并研究不同組合磁場對動態(tài)電壓分布的影響,，得到了多斷口真空開關(guān)磁場調(diào)控的需求與機理，為多斷口真空開關(guān)磁場調(diào)控措施優(yōu)化設(shè)計奠定了基礎(chǔ),。

圖1  多斷口真空開關(guān)協(xié)同效應(yīng)概念

圖2  雙斷口真空開關(guān)試驗電路

圖3  磁場調(diào)控研究試驗樣機