[发明专利]一种高压真空灭弧室接触电阻及等效热分析方法

说明书

本发明公开了一种高压真空灭弧室接触电阻及等效热分析方法，包括：对高压真空灭弧室进行三维等效建模；确定触头片接触点数量及位置；实验测量高压真空灭弧室回路电阻，计算接触半径；建立导电桥，由电磁仿真软件计算得到仿真回路电阻；调整接触半径，以使仿真回路电阻与实验测量结果相吻合，获得调整后的导电桥；基于导电桥调整后的高压真空灭弧室等效模型进行电磁场‑热场‑气流场双向耦合仿真分析，得到高压真空灭弧室温升分布。本发明能够较准确地模拟大尺寸高压真空触头片上的电流收缩效应，较准确地模拟高压真空触头片接触电阻。

技术领域

本发明涉及电力设备接触电阻仿真分析的技术领域，尤其涉及到一种高压真空灭弧室接触电阻及等效热分析方法。

背景技术

真空灭弧室也被称为真空泡或真空开关管，是真空开关的核心器件，具有安全、防爆、低碳环保、寿命长、绝缘水平高、开断短路电流大、易操作、便于检修等优点，在中低压领域真空灭弧室得到了广泛的应用。而随着真空灭弧技术的不断发展和《京都议定书》对高压开关设备中SF₆绝缘气体的使用限制，向高电压，大开断电流方向发展逐渐成为真空灭弧室的热门研究方向。通流状态下的发热是制约真空灭弧室向高电压等级发展的瓶颈之一。真空灭弧室内部真空环境决定了其内部零件仅存在热传导与热辐射两种散热方式，而稳态通流发热的温度较低，辐射散热极为微弱，灭弧室内部的热量只能通过动静导电杆通过热传递传到灭弧室之外，而高电压等级真空灭弧室因为绝缘水平要求更高灭弧室真空中导体的长度更长，导致真空中热传导路径更长。与传统SF₆绝缘灭弧室相比，高压真空灭弧室内部环境更为恶劣，大电流通流下发热引起温度过高灭弧室内部导体机械强度降低的风险更大。因此，对真空灭弧室内部温度分布的研究在高电压真空灭弧室领域中具有重要意义。

触头片表面的接触电阻是引起触头发热的重要因素。真空环境下接触电阻仅存在收缩电阻，高电压大电流真空触头直径往往较大，电流路径改变对收缩电阻的影响更为显著。不同结构的触头其接触点数量及位置不同，进而会影响电流路径，产生不同大小的电流收缩效应。现有的接触电阻建模分析方法如导电桥法、增大电阻率法等往往不能准确考虑触头片接触点数量、位置及电流实际路径的影响，小触头接触电阻的计算方法因为忽略了触头宏观尺寸在高压真空灭弧室中并不适用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高压真空灭弧室接触电阻及等效热分析方法，能够较准确地模拟大尺寸高压真空触头上接触点的位置与大小，较准确地模拟高压真空触头片上的电流收缩效应，可以使触头系统温度场仿真更贴合实际，为高压真空触头的结构设计提供参考。

一种高压真空灭弧室接触电阻及等效热分析方法，包括：

对高压真空灭弧室进行三维等效建模，得到初始的高压真空灭弧室等效模型；

根据触头结构及合闸应力分析确定触头片接触点数量及位置；

实验测量高压真空灭弧室回路电阻，并计算接触半径；

根据接触点数量、位置及计算得到的接触半径建立导电桥，并由电磁仿真软件计算得到仿真回路电阻；

调整接触半径，以使仿真回路电阻与实验测量结果相吻合，从而获得用于相同结构的高压真空灭弧室接触电阻计算的调整后的导电桥；

基于导电桥调整后的高压真空灭弧室等效模型进行电磁场-热场-气流场双向耦合仿真分析，得到高压真空灭弧室温升分布。

进一步地，对高压真空灭弧室进行三维等效建模时，完整保留真空高压触头、导电杆及灭弧室外壳，删除与温升没关系的结构。

进一步地，进行应力分析时，静导电杆末端固定，动导电杆末端施加触头终压力，基于应力有限元仿真软件进行应力分析，得到合闸状态下触头片接触面应力集中位置，触头片接触面应力集中位置即触头片接触点位置。

进一步地，通过回路电阻仪或电桥法得到合闸状态下的高压真空灭弧室回路电阻。