针对12 kV双速真空断路器超高速分闸过程中末端弹跳明显及真空灭弧室波纹管潜在损伤风险增大的问题,采用COMSOL进行仿真,建立了斥力机构电路-电磁场-机构动力学耦合仿真模型。首先,分析了双速真空断路器中斥力机构的结构组成及超高速分闸工作机理;其次,研究了斥力盘外径、斥力盘厚度及线圈匝数等关键参数对分闸位移与速度特性的影响规律;进一步,结合末端碰撞过程,讨论了高速分闸条件下分闸弹跳的形成机理,并从能量转换角度分析了末速度对弹跳位移的约束关系;最后,将真空灭弧室波纹管纳入分析框架,评估了高分闸速度条件下波纹管的等效应力分布及潜在疲劳损伤风险。研究结果表明:斥力盘外径和厚度对机构加速能力及分闸时间具有显著影响,在以行程建立时间、速度响应、运动部件质量和末端冲击风险为综合约束时,斥力盘外半径为75 mm、厚度为8 mm时综合性能较优;线圈匝数变化会同时影响回路电阻、电流建立过程及电磁斥力输出特性,其中180~200匝区间能够较好兼顾分闸速度与运动平稳性;高速分闸虽有利于缩短动作时间,但会导致末端剩余动能增加,从而加剧分闸弹跳,并提高波纹管局部应力水平。研究结果可为12 kV双速真空断路器斥力机构参数优化、分闸弹跳抑制及真空灭弧室可靠性设计提供参考。
