高壓真空滅弧室結(jié)構(gòu)與工藝的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文首先簡(jiǎn)要回顧了國內(nèi)外真空滅弧室的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，綜述了真空滅弧室的基本設(shè)計(jì)理論和工藝方法，以高電壓等級(jí)真空滅弧室為對(duì)象，根據(jù)目前的發(fā)展水平與研究現(xiàn)狀、存在的幾個(gè)主要問題，引出本文的研究內(nèi)容與目標(biāo)。高電壓等級(jí)真空滅弧室的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是其結(jié)構(gòu)電場(chǎng)的優(yōu)化。本文以動(dòng)態(tài)絕緣為設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出高電壓真空滅弧室的全程優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。根據(jù)擊穿弱點(diǎn)理論，確定把主電場(chǎng)引入均壓屏蔽罩的多間隙高電壓真空滅弧室結(jié)構(gòu)，然后應(yīng)用有限元法和最優(yōu)化理論，對(duì)真空滅弧室的電場(chǎng)進(jìn)

2、行數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化，即通過求解滅弧室內(nèi)部的靜電場(chǎng)定解問題，優(yōu)化其內(nèi)部元件的幾何參數(shù)，使滅弧室內(nèi)部電場(chǎng)均勻化，并使靜態(tài)電場(chǎng)強(qiáng)度的峰值出現(xiàn)在“第二輔助間隙”中。 電真空陶瓷的封接強(qiáng)度是高電壓等級(jí)真空滅弧室的結(jié)構(gòu)與制造工藝中的關(guān)鍵問題之一。本文首先分析了影響封接強(qiáng)度的主要原因，應(yīng)用液體焊料的能量約束方程，確定立封結(jié)構(gòu)的焊料凝固輪廓線，得到立封焊縫的有限元模型；對(duì)比傳統(tǒng)的平封焊縫結(jié)構(gòu)下的應(yīng)力，并通過標(biāo)準(zhǔn)抗拉件試驗(yàn)證明，立封結(jié)構(gòu)比平封結(jié)構(gòu)的

3、封接應(yīng)力小，總拉斷載荷和單位面積上的抗拉強(qiáng)度都比平封的高。大直徑的高壓陶瓷真空滅弧室應(yīng)選擇立封結(jié)構(gòu)形式。針對(duì)高電壓等級(jí)真空滅弧室尺度大、結(jié)構(gòu)可靠性受到威脅的問題，對(duì)封接過程的工藝參數(shù)進(jìn)行了理論分析、優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究。通過SurfaceEvolver軟件得到焊縫的有限元模型，進(jìn)而用ANSYS軟件計(jì)算不同釬焊降溫工藝條件下的封接應(yīng)力。通過應(yīng)力分析，得到了一種新的降溫工藝，在不增加封接應(yīng)力、不降低封接強(qiáng)度的前提下，降溫時(shí)間比傳統(tǒng)降溫工藝縮短了3

4、小時(shí)。標(biāo)準(zhǔn)抗拉件試驗(yàn)驗(yàn)證了這種工藝的效果。在工藝方面，作者還解決了實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的中間屏蔽罩固定環(huán)斷裂問題。 高電壓等級(jí)真空滅弧室工作過程中的動(dòng)態(tài)絕緣水平是我國目前高電壓等級(jí)真空滅弧室產(chǎn)品開發(fā)的“瓶頸”問題，目前主要靠出廠前的各種老煉工藝來穩(wěn)定絕緣水平。本文根據(jù)中壓真空滅弧室的老煉機(jī)理，建立了“擊穿弱點(diǎn)”分布模型，提出老煉是針對(duì)擊穿弱點(diǎn)的電子逸出與離子轟擊的復(fù)合過程，提出了高電壓等級(jí)下保證動(dòng)態(tài)絕緣水平的老煉方法和老煉參數(shù)，用以指

5、導(dǎo)高電壓真空滅弧室絕緣的穩(wěn)定化處理。在工藝方面，作者還分析老煉后出現(xiàn)的瓷殼黃斑現(xiàn)象，并給出了解決的方法。 合成回路試驗(yàn)是檢測(cè)開關(guān)開斷性能重要的手段之一。本研究對(duì)用于高壓真空滅弧室試驗(yàn)的合成回路進(jìn)行了改進(jìn)性設(shè)計(jì)，包括硬件電路的參數(shù)計(jì)算、合成回路的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。系統(tǒng)建成后，經(jīng)測(cè)試完全能達(dá)到72.5kV電壓等級(jí)真空開關(guān)電參數(shù)摸底試驗(yàn)的目的。本文以72.5kV高壓真空滅弧室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為背景，作為國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“金屬蒸