高海拔环境下大容量直流空气断路器灭弧性能研究.pdf

2024年2月电工技术学报Vol.39No.3

第39卷第3期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYFeb.2024

DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.222072

高海拔环境下大容量直流空气断路器

灭弧性能研究

11112

李静易晨曦彭世东曹云东于龙滨

（1.沈阳工业大学特种电机与高压电器重点实验室沈阳110870

2.辽宁省电力有限公司电力科学研究院沈阳110006）

摘要高原轨道交通和电工产业转型对起关键保护作用的大容量直流空气断路器（LC-DCCB）

提出了更高要求，但现有产品在高海拔地区的开断仍存在一定问题。该文以轨道交通用LC-DCCB

为研究对象，首先基于磁流体动力学（MHD）理论，考虑湍流效应的影响，对其在高海拔环境下

开断18kA短路电流进行仿真；然后对电弧形态及灭弧室内温度场、电磁场、气流场进行分析，

得出高海拔地区空气电弧开断困难的主要原因；最后根据仿真与理论分析，考虑采用合理数量和

布局的间插式U型栅片改善电弧开断特性。结果表明：随着海拔的升高，电弧前期运动速度加快，

但断路器的灭弧性能降低；在高海拔环境下电弧存在严重的弧根粘滞和弧根拖尾现象，弧根拖尾

畸变空间电场，不利于熄弧；同时，在不同海拔环境下，电弧会产生不同程度的反向运动现象，

易导致弧后重燃。该研究深入揭示了高海拔环境下LC-DCCB电弧演变过程及复杂开断现象背后

的物理本质，可为该类产品研发提供理论指导。

关键词：高海拔大容量直流空气断路器弧根拖尾电弧反向弧后重燃

中图分类号：TM561.1;TM85

0引言直流空气断路器的开断过程可通过电弧动态演

化过程表征，因此建立电器电弧数值仿真模型，模

大容量直流空气断路器（Large-CapacityDirect

拟电弧演变过程中相互耦合的多物理场，获得影响

CurrentairCircuitBreaker,LC-DCCB）灭弧室与大

开断的关键因素及调控措施，提升开断能力，是当

气连通，抗震能力强，无漏气风险，作为车载断路

器广泛应用于城市轨道交通领域[1]。由于城市化进前直流空气断路器的研究重点[4-5]。国内外学者对直

流空气断路器灭弧性能进行了大量研究，Huo

程加快，机车编组增长、功率增加，车载直流空气

断路器逐步向大电流、大容量方向发展[2]。近年来，Jindong等研究了材料产气作用下断路器灭弧特性，

并考虑了Stefan流的影响，结果表明使用产气材料

我国中西部高海拔城市大力推进城市轨道交通建

可为直流快速开断提供新的解决思路[6]。彭世东等

设，直流空气断路器工作环境也转向高海拔地区。

使用耦合永磁体磁场的磁流体动力学（Magneto-

海拔每升高1km气压约下降10kPa，当直流空气

HydroDynamics,MHD）模型研究了栅片材料与结

断路器在高海拔地区开断短路电流时