高壓真空滅弧室結(jié)構(gòu)與工藝的設計與實驗研究.pdf

1、本文首先簡要回顧了國內(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計理論和工藝方法，以高電壓等級真空滅弧室為對象，根據(jù)目前的發(fā)展水平與研究現(xiàn)狀、存在的幾個主要問題，引出本文的研究內(nèi)容與目標。高電壓等級真空滅弧室的設計關(guān)鍵是其結(jié)構(gòu)電場的優(yōu)化。本文以動態(tài)絕緣為設計目標，提出高電壓真空滅弧室的全程優(yōu)化設計方法。根據(jù)擊穿弱點理論，確定把主電場引入均壓屏蔽罩的多間隙高電壓真空滅弧室結(jié)構(gòu)，然后應用有限元法和最優(yōu)化理論，對真空滅弧室的電場進

2、行數(shù)學建模和優(yōu)化，即通過求解滅弧室內(nèi)部的靜電場定解問題，優(yōu)化其內(nèi)部元件的幾何參數(shù)，使滅弧室內(nèi)部電場均勻化，并使靜態(tài)電場強度的峰值出現(xiàn)在“第二輔助間隙”中。 電真空陶瓷的封接強度是高電壓等級真空滅弧室的結(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度的主要原因，應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；對比傳統(tǒng)的平封焊縫結(jié)構(gòu)下的應力，并通過標準抗拉件試驗證明，立封結(jié)構(gòu)比平封結(jié)構(gòu)的

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

4、小時。標準抗拉件試驗驗證了這種工藝的效果。在工藝方面，作者還解決了實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的中間屏蔽罩固定環(huán)斷裂問題。 高電壓等級真空滅弧室工作過程中的動態(tài)絕緣水平是我國目前高電壓等級真空滅弧室產(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理，建立了“擊穿弱點”分布模型，提出老煉是針對擊穿弱點的電子逸出與離子轟擊的復合過程，提出了高電壓等級下保證動態(tài)絕緣水平的老煉方法和老煉參數(shù)，用以指

5、導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。 合成回路試驗是檢測開關(guān)開斷性能重要的手段之一。本研究對用于高壓真空滅弧室試驗的合成回路進行了改進性設計，包括硬件電路的參數(shù)計算、合成回路的PLC控制系統(tǒng)設計等。系統(tǒng)建成后，經(jīng)測試完全能達到72.5kV電壓等級真空開關(guān)電參數(shù)摸底試驗的目的。本文以72.5kV高壓真空滅弧室的設計與實現(xiàn)為背景，作為國家自然科學基金重點項目“金屬蒸