北京双杰电气股份有限公司 孔国威 魏杰 梁吉省

　　中国电力科学研究院 王昊晴 李向阳

　　目前中国10kV~35kV等级的金属封闭开关设备采用真空作为灭弧介质已成定局，采用固体绝缘材料作为绝缘介质的环保型产品正在快速推广中，并已经得到广泛的认可与应用[1-4]。

　　中压固体绝缘开关柜、环网柜目前主要的发展方向一是小型化；二是大容量，包括高额定电流和大开断电流[3,5]。然而固体柜的小型化要求势必制约着内部母线与真空灭弧室的浇注距离[6-8]。这将不仅影响固体柜的电绝缘与局放特性[9-10]，同时还将对固体柜的开断能力造成影响。真空灭弧室旁侧母线导体产生的磁场同时也作用在灭弧室触头间隙中，真空电弧受到母线电动力作用横向磁吹使屏蔽罩侧烧[11-13]，降低真空灭弧室的耐压水平，对开断性能会产生严重影响，而且开断电流容量越大，这种影响就越显著导致开断失败[14-17]。典型的大容量开断电弧侧烧后的触头和屏蔽罩状况见图1。这一现象在固体绝缘及其它类型的开关设备中普遍存在。

　　为提高小型化固体柜的大容量开断能力，文中将针对固体柜大容量开断过程中的触头屏蔽罩侧烧问题展开研究，并提供一种切实可靠的解决办法。结果可为目前12kV~40.5kV固体柜产品的开发提供技术参考。

　　1 研究方案

　　为实现上述研究目标，本文以目前市场占有率最高、已经成熟运行多年的成型系列固体柜产品为例展开研究，产品见图2所示。文中研究内容包括两部分：一是对母线磁场在触头间隙电弧中产生的电动力进行计算；二是对磁屏蔽罩影响下母线磁场在触头间隙的分布特征进行仿真。

　　2 母线磁场作用于触头间隙电弧上的电动力

　　本文选用的成型系列固体柜的开关本体和“真空灭弧室—母线”局部固封单元见图3。母线套管与开关本体浇注一体。

　　首先分析单相回路时自身母线磁场在触头间隙中产生的电动力，对此展开计算。不考虑横截面的影响，可将母线导体近似看作两段有限长导线AB和BC，分别垂直和平行于电弧间隙DE，同时将真空电弧看作一良导体，则上述回路对应的简化主电路和结构参数见图4。触头间隙电弧所受电动力Ft包括两部分FAB和FBC，分别受到AB段母线和BC段母线在触头间隙产生的法向磁场的作用，Ft方向垂直于触头间隙电弧和母线磁场并远离于母线侧。

　　通过磁场仿真发现，在固体绝缘开关设备真空灭弧室中设置导磁屏蔽罩，可有效降低母线及回路其他导体在触头间隙中产生的外磁场，减小电流开断过程中电弧受到磁场电动力，使触头烧蚀均匀，避免因电弧侧烧屏蔽罩而导致的开断能力降低乃至失败。因此，设置导磁屏蔽罩是解决上述问题的一项有力可行措施，可用来提高固体绝缘及其他开关设备的大容量开断能力。