《輸電等級真空斷路器真空電弧陽極斑點形成規律》是依託西安交通大學，由劉志遠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：輸電等級真空斷路器真空電弧陽極斑點形成規律
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉志遠
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
中國政府已莊嚴承諾應對全球氣候變化控制溫室氣體排放，然而具有強溫室效應的SF6氣體目前在輸電等級電力開關設備中廣泛使用，因此發展環境友好型輸電等級真空斷路器，限制SF6氣體的使用，成為當前電力開關領域的研究熱點問題。真空斷路器大電流開斷的臨界電流值與真空電弧的陽極斑點現象有密切的關係。目前在3.6kV～40.5kV的中壓配電等級真空斷路器領域，真空電弧陽極斑點的研究已經非常深入。然而真空斷路器向72.5kV及以上的輸電等級的發展中，還缺乏系統地針對大開距、大觸頭直徑和縱向磁場條件下的大電流真空電弧陽極斑點現象相關研究。而輸電等級真空斷路器更易於產生真空電弧陽極斑點，顯著降低成功開斷的可能性。本項目的研究目標是在統一的實驗條件下，系統地得到輸電等級真空斷路器大電流真空電弧陽極斑點的形成規律及縱向磁場對陽極斑點形成的影響。研究成果可為開發大容量輸電等級真空斷路器提供理論依據和技術支撐。
結題摘要
大電流真空電弧陽極斑點的出現，意味著真空開斷極限到來。真空開斷極限電流與真空電弧陽極斑點現象有著密切的聯繫。過去有關真空電弧陽極斑點研究存在一定的局限性，主要表現為研究條件不夠系統和統一，研究結果集中在3.6～40.5 kV的中壓領域，未曾涉及72.5 kV及以上輸電等級領域（觸頭直徑≥60mm、觸頭開距≥40 mm）。本項目在統一的實驗條件下，系統地得到了輸電等級真空斷路器大電流真空電弧陽極斑點形成規律及縱向磁場對陽極斑點形成的影響。首先，實驗發現陽極斑點臨界電流隨觸頭立體角的增加而線性遞增，陽極斑點臨界電流與統一觸頭立體角和外施縱向磁場之間滿足二元函式關係I=1.68(D/l)+0.11B+6.32，避免陽極斑點形成所需的單位電流下臨界縱向磁場係數隨觸頭直徑呈冪函式形式衰減，滿足關係式B/I = 5516.4 D^-1.63，該結果可為真空滅弧室的小型化提供理論依據；其次，採用分裂陽極-杯狀縱磁陰極觸頭系統實驗獲得了陽極斑點電流密度為31.9 -37.7 A/mm^2，這為陽極斑點理論提供了一個重要的物理參數，還獲得了均勻縱向磁場中電流峰值時刻陽極中心區域電流密度與電弧電流和縱向磁感應強度之間的關係為J = (2.20 I + 0.069 I^2)B^-0.22，該結果有助於確定避免陽極斑點形成所需的縱向磁場；第三，實驗和仿真研究了集聚態真空電弧對陽極表面燒蝕過程以及弧後擊穿過程，獲得了陽極表面燒蝕熔化層分布特性和弧後最低擊穿電壓對應的弧後陰極（燃弧陽極）表面溫度為2030 K。最後，在上述實驗結果基礎上提出了輸電等級真空斷路器真空電弧陽極斑點的形成機理和物理模型，並利用所得到的陽極斑點形成規律指導了126 kV輸電等級真空斷路器產品的設計和開發，使其成功地通過型式試驗考核。本項目研究成果為開發大容量輸電等級真空斷路器提供了理論依據和技術支撐。
