2.7 總結分析

由于發展環境友好型輸電等級真空開關的需求，長真空間隙的絕緣特性成為一項亟待解決的課題。本章介紹了本課題組采用實驗和理論計算相結合的方法定量研究輸電等級真空滅弧室觸頭間在不同觸頭間隙距離下的真空絕緣特性及相關因素的影響規律，并對真空間隙的擊穿機理進行了研究。在觸頭間隙距離6～60mm范圍內，研究了126kV真空滅弧室模型的工頻絕緣特性，得到了工頻擊穿電壓與觸頭間隙距離之間的關系，建立了工頻擊穿場強與觸頭間隙距離之間的關系模型；研究了高電壓等級真空滅弧室在均勻場和非均勻場中不同觸頭有效面積下的雷電沖擊絕緣特性，得到了不同的電場分布下觸頭有效面積與雷電沖擊絕緣特性之間的關系；研究了不同觸頭表面粗糙度和觸頭直徑下輸電等級真空滅弧室的雷電沖擊絕緣特性；研究了輸電等級真空滅弧室中空載分合、直流老煉和大電流開斷等開關操作對雷電沖擊絕緣特性的影響；建立了輸電等級真空滅弧室在不同觸頭間隙距離范圍內雷電沖擊電壓作用下的理論擊穿模型。上述實驗研究工作大多是首次開展。

主要結論如下：

1）真空滅弧室模型在不同觸頭間隙距離下的雷電沖擊擊穿電壓進入飽和段后其概率分布仍符合Weibull分布，其擊穿概率為50%的擊穿電壓U50與觸頭間隙距離的關系滿足U50=kdα，其中k為常數，冪指數α在0.6～0.8范圍內。該發現超出了以前的真空絕緣理論對高電壓等級真空滅弧室真空絕緣特性飽和區的預期，為輸電等級單斷口真空滅弧室的研制提供了理論依據。

2）126kV真空滅弧室模型的工頻擊穿電壓UB與觸頭間隙距離d之間的關系滿足關系式：UB=89d0.25。

3）實驗研究了6mm觸頭間距下均勻場中有效面積與擊穿電壓滿足關系式：UB∝S-0.12eff，該發現與以前真空絕緣理論中關于有效面積的認識不同，其中在10～50mm觸頭間距范圍內考慮有效面積的宏觀效應以及微觀效應兩方面有效面積對絕緣特性的影響，發現通過減少有效面積擊穿電壓U50可提高約10%。研究結果為高電壓等級真空滅弧室絕緣特性的提高提供了有效途徑。

4）根據實驗研究，在126kV真空滅弧室模型中不同觸頭表面粗糙度的真空滅弧室經過老煉處于飽和區的真空絕緣特性U50的差異在3%以內，不同觸頭直徑的真空絕緣特性U50的差異在10%以內。

5）實驗研究了“空載合分”“空載關合-開斷電流5kA”以及“空載關合-開斷直流”三種不同的開關操作對真空滅弧室雷電沖擊絕緣特性的影響，表明經過這三種開關操作后雷電沖擊擊穿實驗的老煉過程均變緩，擊穿電壓U50分別可以上升6%、16%和14%。

6）根據以上實驗研究的結果建立了高電壓等級真空滅弧室在均勻場和非均勻場中沖擊電壓作用下的理論擊穿模型，得到了高電壓等級真空滅弧室沖擊電壓作用下均勻場中擊穿電壓UB與觸頭間隙距離d之間的關系為UB∝d0.8，在此基礎上得到了高電壓等級真空滅弧室在沖擊電壓作用下非均勻場中擊穿電壓UB與觸頭間隙距離d之間的關系為UB∝d0.74，而通過實驗得到了擊穿電壓UB與觸頭間隙距離d的關系為UB∝d0.70～0.79，這一結果證明了高電壓等級真空滅弧室雷電沖擊電壓下非均勻場中的擊穿模型的正確性，為高電壓等級真空滅弧室的絕緣設計提供了科學依據。