郑州大学研究人员在罐式多断口真空断路器研究方面取得新进展

        环保型罐式多断口真空断路器是未来高压真空断路器的发展趋势之一，但目前对罐式多断口真空断路器的均压配置研究不足。郑州大学电气工程学院和河南省输配电设备与电气绝缘工程技术研究中心的研究人员程贤、杜帅在2021年第15期《电工学报》上撰文。结果表明，不同均压配置的裂缝间均压效果从优到差依次为圆柱形、单边、三边和双边，圆柱形均压配置的金属接头处最大电场强度为3kV/mm，远小于其他方式的15~20kV/mm。该研究为箱式多断口真空断路器的均压配置提供了参考。

        真空SF6在断路器领域广泛用作灭弧和绝缘介质，而京都议定书和欧盟的禁氟令对SF6的使用提出了严格的限制。但真空断路器长间隙存在绝缘饱和问题，难以向高压和超高压领域发展。寻求环境友好的SF6作为替代气体，开发高压真空断路器是高压开关领域亟待解决的热点问题。

        将多个真空短间隙串联成多断口真空断路器是将真空断路器推向更高电压等级的有效手段。柜式结构的多断口真空断路器满足了模块化变电站建设的要求，是未来替代SF6断路器的发展方向之一。多断口真空断路器广泛应用于交流输电、机械高压DC分断等领域。目前，T形、U形、立式等多断口真空断路器已在204kV以下的工程中得到应用。

        大连理工大学开发了基于40.5kV光控模块化真空开关单元串联的126kV智能多断口真空断路器技术方案，并在武汉汤山变电站投入运行。华中科技大学与南方电网公司合作研制的机械式高压直流断路器应用于广东电网160kV南澳多端柔性DC输电系统。Xi交大研发了40.5kV双断口真空投切电容器组专用密封极，解决了电容器组投切时再次击穿概率高的问题。

        上述多断口断路器多为柱式结构，存在占地面积大、集成度低的问题。UHV/UHV组合电器(GIS/HGIS)的发展是未来行业发展的趋势。

        由于杂散电容的存在，多断口断路器的分压不均匀，直接影响断路器的分断能力。为了消除杂散电容的影响，一般采用外部均压电容来保证断口间的电压分布均匀，而过大的均压电容不利于断路器重新点火后灭弧室内的介质恢复过程。

        有学者研究了模块化多断口真空断路器的电位和电场分布特性，得出三断口真空断路器高压端子耐压超过60%的结论。有学者计算了模块化三断口真空断路器的等效电容参数，并通过分压特性实验验证了计算结果的正确性。一些学者从静态均压和动态均压两方面对均压电容器的选择进行了理论和实验研究。

        有学者提出了一种新型363kV气体绝缘真空断路器，采用40.5kV真空灭弧室串并联结构，并进行了电场仿真分析。一些学者控制双断口真空断路器的开断速度，德力西改善断路器的电压分布。有学者提出，不同灭弧室的组合影响双断口灭弧室的电压分布，合理的组合可以达到一定的自均压效果。

        现有的研究主要是针对传统户外柱式结构，对罐式结构均压配置的研究主要集中在超高压SF6罐式断路器，而罐式多断口真空断路器的均压配置有待深入探索。全环保型罐式多断口真空断路器集环保型气体绝缘、3~5个真空灭弧室、兼容HGIS/GIS的罐式结构于一体，能更好地满足开关设备环保化、模块化的技术要求。

        郑州大学电气工程学院等单位的研究人员，前期对罐体结构的整体电场分布和优化进行了探讨。建立了126kV环保型罐式多断口真空断路器的电压和电场强度仿真模型，计算了其等效电容分布参数。针对断口间电压分布不均匀的问题，设计了不同的并联电容器配置结构，并对不同电容器配置结构的电场强度和电压分布进行了对比分析，得出了并联电容器的电容值和绝缘布置方案，为环保型罐式多断口真空断路器均压配置的设计提供了参考。

分析结果后，研究人员得出以下结论:

1)通过比较多断口真空断路器和户外瓷柱结构的电位分布可以看出，锅式结构的电压分布比瓷柱断路器更不均匀，各断口间的电压分布分别为74%、19%和7%。由于罐体的结构缩短了电极与地的距离，断口和屏蔽对地的杂散电容明显增加，从瓷柱的1.6~2.6pF增加到6.1~7.5pF，这是造成两种断路器电压分布差异的主要原因。

2)不同并联电容配置的电容值对均压效果的影响基本相同。在单侧、双侧和三侧电容器布置下，电压均衡的电容值应至少为1000pF；由于圆柱形电容器电极的形状和布置，在一定程度上增强了电容器的均压效果。圆柱形电容可以布置在800pF，当电容值继续增大时，均压效果趋于饱和。

3)电场强度更大的常规单侧、双侧和三侧并联电容器配置位于金属连接器处并沿着灭弧室的表面。金属接头处的最大电场强度为15~20kV/mm，而圆柱形均衡电容器金属接头处的最大电场强度为3kV/mm，圆柱形电容器配置具有最均匀的电场强度分布，满足了罐式断路器的紧凑设计要求。在后续工作中，将进一步研究集成式串联自平衡真空灭弧室。

        上述研究成果发表在2021年第15期《电气技术杂志》上。论文题目为“环保型箱式多断口真空断路器均压配置的研究”，作者为程贤、杜帅等。