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《沈阳工业大学》 2010年
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1100kV GIS中SF6断路器关键技术研究

韩书谟  
【摘要】:随着国民经济的持续快速发展,电力需求持续增长,为在全国范围内优化能源配置,实现大规模的西电东送、北电南送和南北水火互济,我国亟需在现有电网装备和运行水平的基础上,加快建设以百万伏级交流和±800kV级直流系统特高压电网为核心的坚强国家电网,百万伏特高压交流试验示范工程应运而生。百万伏电压等级的示范工程及运行经验极其有限,对这一电压等级的设备尚无国际标准,因此对这一电压等级的设备的研究与开发对整个工业界也具有重大意义。所以研制出百万伏级交流输电系统的1100kV SF6特高压断路器,是百万伏特高压交流试验示范工程中的关键科研攻关项目之一,也是国内高压电器制造业的重点研究项目。本文采用软件和自编程相结合的方法,对1100kV SF6特高压灭弧室电场、气流场进行了计算分析,并进行了模型样机的试验测量和产品型式试验验证。在首个特高压交流示范工程项目的依托下,成功研究开发出1100kV SF6特高压断路器,并在世界首条特高压交流试验示范工程中成功带电运行。 本文的主要研究内容和成果有: (1)首先在结构设计上针对1100kV GIS中对地电容大,波阻抗小,行波速度高,易产生高频的操作过电压的特点,本文研发了带有分、合闸共用电阻的1100kV SF6断路器,对分合闸共用电阻的结构布置形式进行了优化,使得灭弧室的所有零部件均被紧凑地封装在金属壳体内,取得了合闸电阻和分闸电阻共用并成功抑制操作过电压的技术突破。对结构复杂的断路器灭弧室的三维电场仿真计算及结构优化使得灭弧室结构具有独特性,并保证了断路器具有充分的绝缘耐冲击性能,且得到了绝缘试验的验证。 (2)结合特高压GIS运行条件的要求,本文突破了传统的动端运动,静端静置的灭弧室结构设计,采用动静两端同时运动可以提高断路器绝对速度的原理,设计出1100kV SF6特高压断路器双动灭弧室结构,实现了动静两端同时运动的功能,在提高断路器绝对开断速度的同时有效地节省了操动机构的操作功,降低了对机构输出功的要求,从而保证了1100kV SF6特高压断路器双断口条件下的机械寿命和电气寿命性能。 (3)在理论研究方面,根据气体质量、动量、能量守恒定律建立了断路器开断过程中灭弧室气流场仿真数学模型;利用移动网格技术解决了复杂流场及其变场域问题;对模型灭弧室在空载以及负载条件下气流场进行了多点实验测量,对比了开断电流、关键结构参数对压气室内气体压力特性的影响。在验证本仿真分析方法适用性的基础上,建立了一套实验与计算仿真相结合的灭弧室优化设计的理论体系和方法。 (4)基于本文理论研制的1100kV SF6高压断路器样机于2008年6月在国家高压电器质量监督检验中心顺利通过了全部型式试验;所有试验参数均属于世界最高技术水平。这些试验的成功,是在本文理论计算分析以及试验测试结果的指导下完成的,这一分析方法不仅可以应用于特高压产品的研发设计中,而且可以推广应用于其他电压等级的断路器的研制中。
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