為進一步理解真空斷路器開斷過程中的電流零區(qū)現(xiàn)象，仿真分析了真空斷路器開斷短路故障和切除電容器組時瞬態(tài)恢復電壓(transient recovery voltage, TRV)和弧后電流的相互作用。在PSCAD/EMTDC 中建立了基于Langmuir 探針理論的真空斷路器弧后電流仿真模型，仿真結果和試驗結果相符，驗證了模型有效性。仿真結果表明：開斷短路故障時，是否考慮弧后電流對TRV 沒有明顯的影響，弧后電流大小則與TRV 上升率成正比;切除電容器組時，弧后電流對起始TRV 有顯著影響，但對工頻恢復電壓沒有影響。此外，短路類型、短路點位置、短路合閘相角、系統(tǒng)等效電感、電容等網絡參數對TRV 和弧后電流也有很大影響。研究成果有助于分析不同工況下真空斷路器面臨的開斷考驗。

　　引言

　　真空斷路器采用真空作為滅弧和絕緣介質，具有熄弧能力強、體積小、重量輕、使用壽命長、無火災爆炸危險、不污染環(huán)境等特點，廣泛應用于40.5 kV 及以下電壓等級的中壓配網中。

　　在真空斷路器的電流開斷過程中，由于真空電弧電壓很小，從電流即將過零到過零瞬間，真空間隙一直充滿著高電導率的電弧等離子體，從而與外電路之間沒有明顯的相互作用。電流過零時真空間隙中仍然存在許多殘余粒子，包括電子、離子、金屬蒸氣和金屬液滴等。電流過零后，觸頭間的殘余電荷將在瞬態(tài)恢復電壓(transient recovery voltage,TRV)的作用下發(fā)生定向移動，形成所謂的弧后電流。真空間隙隨著殘余粒子的不斷擴散從高導電狀態(tài)迅速轉變成高阻狀態(tài)。因此，真空電弧(如殘余粒子擴散、弧后電流等)與外電路(主要為TRV)的相互作用主要發(fā)生在電流過零后。而在SF6 斷路器中，氣體電弧與外電路的相互作用主要發(fā)生在電流過零以前。

　　由于電流零區(qū)(尤其是零后幾到幾十μs 內的間隙狀態(tài))是真空斷路器成功開斷的關鍵，故許多研究人員對其進行了試驗和仿真研究，試圖從中找到表征真空斷路器開斷性能的特征參數。如參文對真空斷路器大電流開斷過程的電流零區(qū)進行了高分辨率的參數測量。仿真方面，被采用最多的是Andrews 和Varey 提出的連續(xù)過渡模型。也有研究人員對該模型進行了一些改進，如引入二次電子發(fā)射、離子再生項等。參文根據真空斷路器電流零區(qū)特性與Langmuir 探針在電氣特性上的相似性建立了基于Langmuir 探針理論的弧后電流模型。該模型借助Langmuir 探針理論中的等離子體鞘、預鞘、Bohm 判據等理論，對電流零區(qū)中“TRV 起始點滯后電流零點”的現(xiàn)象進行了合理的解釋，這是連續(xù)過渡模型無法做到的。該模型相比連續(xù)過渡模型的另一個優(yōu)點是數值穩(wěn)定性更好，從而更易于編程實現(xiàn)和移植。此外，近年來隨著低溫等離子體數值模擬技術的不斷發(fā)展，粒子模擬、混合模擬等技術在真空斷路器弧后鞘層生長和弧后電流的數值仿真方面取得了較大的進展。參文分析了弧后剩余電荷差異對雙斷口真空斷路器TRV 分配的影響機理。

　　由于真空斷路器廣泛被應用于不同的開斷場合中，故有必要分析不同工況下真空斷路器中TRV與弧后電流的相互作用，由此進一步分析它所面臨的開斷考驗。本文首先在PSCAD/EMTDC 中對基于Langmuir 探針理論的弧后電流數學模型進行了Fortran 編程實現(xiàn)，并采用相關文獻的試驗結果對仿真結果進行了驗證。然后，將該模型植入到35 kV中性點不接地系統(tǒng)中，分析了弧后電流對TRV 的影響，以及短路故障類型、短路點位置、短路合閘相角系統(tǒng)等效電感、電容等網絡參數對TRV 和弧后電流的影響。最后，分析了真空斷路器切除電容器組時弧后電流對TRV 和工頻恢復電壓的影響。

　　4、結論

　　1)在PSCAD/EMTDC 中建立了基于Langmuir探針理論的弧后電流模型，試驗結果驗證了該仿真模型的有效性。

　　2)真空斷路器開斷短路故障時，弧后電流對TRV 幾乎沒有影響。對A 相斷路器而言，開斷三相短路(首開相)、CA 相短路和CA 相接地短路時，真空斷路器面臨的開斷考驗相對嚴峻。開斷近區(qū)故障時，起始TRV 上升率較高，且短路電流較大，從而弧后電流值較高，不利于真空斷路器的開斷。此外，短路合閘相角、系統(tǒng)等效電感、電容等網絡等值參數對TRV 和弧后電流有顯著影響。其他2 相可采用相同的方法進行分析，但結論可能有所不同。

　　3)真空斷路器切除電容器組時，弧后電流對初始恢復電壓有明顯影響，但對工頻恢復電壓沒有影響。故在計算重燃過電壓時可不考慮弧后電流的影響。