真空断路器触头间的相间横向磁场测量方法、系统及介质

技术领域

本发明属于真空断路器磁场测量的技术领域，具体涉及一种真空断路器触头间的相间横向磁场测量方法、系统及介质。

背景技术

真空灭弧技术是电流开断过程中的重要技术，具有开断能力强，介质恢复速度快等特点，备受国内外研究人员的关注。在交流开断过程中，真空断路器通常是呈现一字布置或者品字布置。此外，组合封闭电器中，真空断路器还有可能被放置于封闭金属外壳内，其相间分布更加紧凑。当真空断路器某一相触头打开时，触头间的电弧还会受到另外两相产生的横向磁场的影响，同时还会受到该相连接导线产生的横向磁场影响，该磁场会影响触头之间的电弧运动并导致偏烧等现象，导致开断失败。

如何计算某相触头打开时受到的横向磁场，是设计和布置真空断路器的三相位置及触头结构时需要考虑的重要问题。目前，计算触头间所受到横向磁场的方法主要是直接对真空断路器三相进行建模并计算某一相受到的总横向磁场大小，并未考虑触头结构自身及触头打开时真空电弧的自生磁场影响，计算结果误差较大，不利于触头结构及真空断路器三相位置的布置及优化设计。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种真空断路器触头间的相间横向磁场测量方法、系统及介质，综合考虑触头结构及真空电弧的自生磁场，可以较为准确的分析触头之间受到的外加横向磁场。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一个方面，还提供了一种真空断路器触头间的相间横向磁场测量方法，包括下述步骤：

建立真空断路器三相模型；

计算施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布；

去除导电杆产生的横向磁场影响，计算仅在各个单相上施加电流时该单相的自生磁场分布；

利用施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布减去仅在各个单相上施加电流时该单相的自生磁场分布，得到该相的外加横向磁场。

作为优选的技术方案，所述建立真空断路器单相模型、三相模型，具体为：

根据真空断路器单相结构及连接线等，建立单相模型，包括导电杆、触头以及电弧，其中触头模型不做简化；

根据真空断路器的三相位置结构，建立三相模型，分别为A相、B相以及C相，若其在全封闭组合电器中，则还包含金属外壳；

将每一相的电弧设置为一个导电柱，其电导率根据真空电弧的电导率设置，其半径根据真空电弧直径确定。

作为优选的技术方案，所述计算施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布，具体为：

在三相模型的A相、B相以及C相分别施加相角差为120度的三相交流电流，其大小为真空断路器额定短路电流；

根据麦克斯韦方程组求解计算真空断路器的磁场时空分布；

提取A相的触头之间平面的磁场时空分布结果，所提取的磁场为平面内的二维矢量B

作为优选的技术方案，所述去除导电杆产生的横向磁场影响，具体为：

在三相模型的基础上，将待测相的上下两端导电杆去掉，其他模型参数保持不变。

作为优选的技术方案，所述计算仅在各个单相上施加电流时该单相的自生磁场分布，具体为：

在A相施加与计算施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布时施加于A相相同的交流电流，B相、C相不施加交流电流；

计算真空断路器A相的自生磁场分布，提取A相的触头之间平面的自生磁场时空分布结果，所提取的磁场为平面的二维矢量B

在B相施加与计算施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布时施加于B相相同的交流电流，A相、C相不施加交流电流；

计算真空断路器B相的自生磁场分布，提取B相的触头之间平面的自生磁场时空分布结果，所提取的磁场为平面的二维矢量B

在C相施加与计算施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布时施加于C相相同的交流电流，A相、B相不施加交流电流；

计算真空断路器C相的自生磁场分布，提取C相的触头之间平面的自生磁场时空分布结果，所提取的磁场为平面的二维矢量B

作为优选的技术方案，所述利用施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布减去仅在各个单相上施加电流时该单相的自生磁场分布，得到该相的外加横向磁场，具体为：

将施加电流时三相模型A相与触头间平面的磁场时空分布B

将施加电流时三相模型B相与触头间平面的磁场时空分布B

将施加电流时三相模型C相与触头间平面的磁场时空分布B

本发明的另一个方面，还提供了一种真空断路器触头间的相间横向磁场测量系统，应用于上述的真空断路器触头间的相间横向磁场测量方法，包括模型构建模块、整体磁场时空分布计算模块、自生磁场分布计算模块以及外加横向磁场计算模块；

所述模型构建模块用于建立真空断路器三相模型；

所述整体磁场时空分布计算模块用于计算施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布；

所述自生磁场分布计算模块用于去除导电杆产生的横向磁场影响，计算仅在各个单相上施加电流时该单相的自生磁场分布；

所述外加横向磁场计算模块用于利用施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布减去仅在各个单相上施加电流时该单相的自生磁场分布，得到该相的外加横向磁场。

本发明的另一个方面，还提供了一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的真空断路器触头间的相间横向磁场测量方法。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)通过本专利提出的方法，可以更加准确的获得真空断路器三相中某一相触头之间受到另外两相及该相导电杆施加的横向磁场，有利于进一步优化三相空间结构布置和触头磁场设计，同时还有利于进一步准确掌握真空断路器的电弧烧蚀特性及开断性能。

(2)通过本专利提出的方法获得外加横向磁场分布，有利于进一步优化真空断路器的灭弧策略及屏蔽方案。

附图说明

图1是本发明实施例真空断路器触头间的相间横向磁场测量方法的流程图；

图2是本发明实施例构建的三相模型的结构示意图；

图3是本发明实施例真空断路器触头间的相间横向磁场测量系统的结构示意图；

图4是本发明实施例的存储介质的结构示意图。

附图标号说明：

1、导电杆；2、触头；3、电弧；4、A相；5、B相；6、C相；7、B相的触头之间平面；8、A相的触头之间平面；9、C相的触头之间平面；11、B相的触头；12、C相的触头；13、B相的导电杆；14、C相的导电杆。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例

如图1所示，本实施例提供了一种真空断路器触头间的相间横向磁场测量方法，包括以下步骤：

步骤1：首先，根据真空断路器单相结构及连接线等，建立单相模型，主要包括导电杆1、触头2、电弧3几个部分，其中触头2是完整的触头模型，不做简化；

步骤2：接着，根据真空断路器的三相位置结构，建立三相模型，如图2所示，分别为A相4、B相5、C相6，如果是在全封闭组合电器中，则需要包含金属外壳；

步骤3：接着，将每一相的电弧3设置为一个导电柱，其电导率根据真空电弧的电导率设置，其半径参考真空电弧直径确定；

步骤4：接着，A相4、B相5、C相6分别施加相角差为120度的三相交流电流，其大小为真空断路器额定短路电流；

步骤5：接着，根据麦克斯韦方程组，利用电磁仿真软件包括不限于Maxwell等求解计算真空断路器的磁场时空分布。提取A相4的触头2之间平面8的磁场时空分布结果，所提取的磁场为平面8内的二维矢量B

步骤6：在三相模型的基础上，去掉A相4的上下两端导电杆1，其他模型参数保持不变，该步骤是去处导电杆产生的横向磁场影响；

步骤7：接着，A相4施加与步骤4中A相4相同的交流电流，B相5、C相6不施加交流电流；

步骤8：接着，计算真空断路器A相4的自生磁场分布，提取A相4的触头2之间平面8的自生磁场时空分布结果，所提取的磁场为平面8的二维矢量B

步骤9：接着，分别将步骤5获得的磁场时空分布矢量B

步骤10：在三相模型的基础上，去掉B相5的上下两端导电杆13，其他模型参数保持不变；

步骤11：接着，B相5施加与步骤4中B相5相同的交流电流，其他两相A相4、C相6不施加交流电流；

步骤12：接着，计算真空断路器B相5的自生磁场分布，提取B相5的触头11之间平面7的自生磁场时空分布结果，所提取的磁场为平面7的二维矢量B

步骤13：接着，分别将步骤5获得的磁场时空分布矢量B

步骤14：在三相模型的基础上，去掉C相6的上下两端导电杆14，其他模型参数保持不变；

步骤15：接着，C相6施加与步骤4中C相6相同的交流电流，其他两相A相4、B相5不施加交流电流；

步骤16：接着，计算真空断路器C相6的自生磁场分布，提取C相6的触头12之间平面9的自生磁场时空分布结果，所提取的磁场为平面7的二维矢量B

步骤17：接着，分别将步骤5获得的磁场时空分布矢量B

如图2所示，在本申请的另一个实施例中，提供了一种真空断路器触头间的相间横向磁场测量系统，该系统包括模型构建模块、整体磁场时空分布计算模块、自生磁场分布计算模块以及外加横向磁场计算模块；

所述模型构建模块用于建立真空断路器三相模型；

所述整体磁场时空分布计算模块用于计算施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布；

所述自生磁场分布计算模块用于去除导电杆产生的横向磁场影响，计算仅在各个单相上施加电流时该单相的自生磁场分布；

所述外加横向磁场计算模块用于利用施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布减去仅在各个单相上施加电流时该单相的自生磁场分布，得到该相的外加横向磁场。

在此需要说明的是，上述实施例提供的系统仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能，该系统是应用于上述实施例的真空断路器触头间的相间横向磁场测量方法。

如图3所示，在本申请的另一个实施例中，还提供了一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述实施例的真空断路器触头间的相间横向磁场测量方法，具体为：

建立真空断路器三相模型；

计算施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布；

去除导电杆产生的横向磁场影响，计算仅在各个单相上施加电流时该单相的自生磁场分布；

利用施加电流时三相模型各相与触头间平面的磁场时空分布减去仅在各个单相上施加电流时该单相的自生磁场分布，得到该相的外加横向磁场。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。