40.5kv真空灭弧室电场优化及磁场分析

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1、40.5kV真空灭弧室电场优化及磁场分析ElectricFieldOptimizationandAnalysisonMagneticFieldofthe40.5kVVacuumInterrupter康凯大连交通大学DALIANJIA0T0NGUNIVERSITY大连交通大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得大连交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做

2、的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任。学位论文作者签名：曰期：年Z月p3大连交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解大连交通大学有关保护知识产权及保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属大连交通大学，本人保证毕业离校后，发表或使用i仑文工作成杲时署名单位仍然为大连交通大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连交通大学可以将本学位论女的全部或部分内寇蕴入学校有关

3、数据库和收录到《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》进行信息服务，也可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存或汇编本学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）学位论文作者签名：f爲导师签名:曰期：V丨f年6月曰期：7^^年<月W曰分类号：TM561学校代号：10150UDC：621密级：学号：20122180硕士学位论文40.5kV真空灭弧室电场优化及磁场分析ElectricFieldOptimizationandAnalysisonMagneticFieldofthe40.5kVVacuumInterrupter学生姓名：康凯导师

4、及职称：董华军副教授学科门类：工学专业名称：机械工程研究方向：机械电子工程申请学位级别：硕士论文答辩日期：2015年6月日学位授予单位：大连交通大学摘要摘要真空断路器已被广泛应用于电力系统，与传统SF6断路器相比，真空断路器是一种环境友好型和安全可靠的新型断路器。真空灭弧室作为真空断路器的核心部件，其绝缘性及承载最大电流的能力直接影响真空断路器的质量。当前，高电压、大电流、小型化已成为真空灭弧室的发展趋势。本课题是以型号为TD-40.5/2500-31.5UA的产品进行改进和验证作为研究内容，计算分析了其电场和电位分布且深入研究了影响触头表面有效面积的各种因素，继

5、而对真空灭弧室内部电场进行了优化，最后分析了该真空灭弧室内部的杯状纵磁触头结构瞬态磁场的三维分布并给出了磁场滞后时间曲线。真空灭弧室内部电场和电位的均匀分布及降低最大电场强度有利于提高其绝缘性能。利用有限元方法计算分析了40.5kV真空灭弧室在X-型和Y-型两种不同主屏蔽罩结构下的电场和电位分布，并分析了主屏蔽罩内表面的电场变化曲线；深入研究了不同主屏蔽罩结构、不同半径及触头在不同开距情况下对触头表面有效面积的影响。研究结果表明：(1)当采用X-型主屏蔽罩结构时，该真空灭弧室内部的电场分布更加均匀且场强更小，(2)主屏蔽罩半径和触头开距对触头表面有效面积会产生一定

6、的影响，而主屏蔽罩结构则对有效面积无影响。真空灭弧室内部电场的均匀分布用数学方式表达即希望其内部电场强度的方差值达到最小。利用ANSYS软件自带的优化设计功能，生成分析文件，设置优化变量和目标函数及循环步数并采用一阶优化方法进行循环计算，最终优化得到真空灭弧室电场的最小方差值为0.405，小于优化之前的方差值，且优化后的电场分布更为均匀，最大电场强度亦有明显降低。真空灭弧室的触头结构对控制磁场的分布起着决定性作用。建立了该真空灭弧室内部带有铁芯的杯状纵磁触头结构三维模型，并利用有限元方法对其完全断开时的三维瞬态磁场进行了计算；得到了电流峰值及电流过零时刻动、静触头

7、片表面和电弧中心面处的磁场三维分布图；给出了剩余磁场的滞后时间曲线。结果表明：(1)该杯状纵磁触头结构在电流峰值时，磁场在触头表面以及电弧中心面处分布均匀；(2)当电流过零时，触头表面以及电弧中心面处剩余磁场较小；(3)该触头结构受涡流影响较小，且剩余磁场滞后时间较短。关键词：真空灭弧室；电场计算；有效面积；优化设计；磁场仿真I大连交通大学工学硕士学位论文AbstractComparingtothetraditionalSF6circuitbreakers,VCBshaveseveraladvantages,suchasenvironment,performssa

8、felya