卡槽式支架在ZN5真空断路器中的应用

1存在的问题ZN5-10型断路器适用于三相交流50 Hz、额定电压10 kV及以下的户内电力设备中作为分配电能、线路保护、高压电动机保护、电容保护等频繁操作和故障较多的场合。该断路器ZN5真空断路器的本体和操动机构是连在一起的,机械寿命可达上万次,它克服了机构的连杆死区,分闸的可靠性大大提高。断路器外观如图1所示。作为变电站中重要的高压电气设备之一,ZN5真空断路器是每年电网检修维护的重点。

2/3匝线圈式纵磁触头大开距真空断路器分闸速度设计

合理设计纵磁触头真空断路器的分闸速度特性,可有效避免大电流开断过程中真空电弧阳极斑点的形成或缩短阳极斑点持续时间,显著提升断路器短路电流开断性能。然而,现阶段仍然缺乏线圈式纵磁触头真空断路器全行程分闸速度特性的量化设计方法。该文试验研究了电弧电流、分闸速度对2/3匝线圈式纵磁触头大电流真空电弧阳极放电模式演变的影响规律,获得了不同分闸速度下线圈式纵磁触头阳极放电模式图,据此提出线圈式纵磁触头分闸速度的量化设计方法:初始分闸速度v1应不小于其从强电弧模式演变为扩散态电弧模式的临界触头开距峰值所对应的分闸速度;平均分闸速度v2应不大于大开距活跃阳极放电模式形成的临界触头开距峰值所对应的分闸速度;同时,对比实际开断过程中触头间隙磁感应强度与阳极放电模式演变的临界纵向磁感应强度,可校验上述分闸速度特性设计的合理性,并能预测该纵磁触头以任一分闸速度开断任一短路电流时的阳极放电模式演变特性。应用上述方法,该文确定了126 kV单断口真空断路器的分闸速度特性设计值为v1=3.5 m/s、v2=3.0 m/s,并通过型式试验验证了断路器在上述分闸速度特性下的短路电流开断性能。

72.5 kV快速真空断路器技术研究及开发

短路故障的快速切除对提高电网输电线路的输电能力和提高电力系统暂态稳定性至关重要。快速真空断路器是实现短路故障快速切除的理想选择。文中目标是设计一款新型单断口72.5 kV快速真空断路器并对其短路电流开断性能进行验证。采用具有多重悬浮屏蔽罩与轻量化技术的72.5 kV真空灭弧室用作灭弧器件,电磁斥力机构用作操动机构,一款特殊设计的油阻尼器用作速度调节器。为满足短路电流开断要求,依据阳极放电模式将分闸速度特性定量化调控为:前15 mm行程内平均分闸速度v1为5 m/s,满开距30 mm内平均分闸速度v2为1.59 m/s。经测试,开发的72.5 kV快速真空断路器的分合时间分别为(1.2±0.04)ms和(18±0.20)ms;进行了T100s(b)方式下的40 kA(rms)和80 kA(rms)的短路开断性能验证。开断结果显示,研制的72.5 kV单断口快速真空断路器满足了国标GB 1984—2014全燃弧时间窗口开断要求。

基于两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室电场设计

输电等级真空灭弧室是迫切需要解决的行业级难题,为克服单断口真空灭弧室绝缘瓶颈和多断口串联结构复杂等问题,该文提出了一种基于两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室结构,该结构采用辅间隙与主间隙串联异步联动,辅间隙协助主间隙绝缘和灭弧,有望实现252kV及以上电压等级真空灭弧室的工程应用。建立了两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室电场仿真模型,分析了进出线方向、主辅间隙、屏蔽罩等对电场强度和电压分布关系的影响规律,并研究了屏蔽罩结构和环形陶瓷分压电容器等分压措施对电场提升的效果。研究表明:静端盖为出线端、动端盖为进线端时,主间隙开距为60 mm、辅助间隙开距为30 mm可以满足分压关系按照开距大小分布,最大电场强度相比于长间隙开距60 mm时降低27.3%。外部并联环形陶瓷分压电容器可以满足双向分断的要求,进线端在静端盖时外部并联环形陶瓷分压电容器灭弧室相较于未并联电容的灭弧室最大电场强度降低30%左右,初步说明了基于两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室结构的可行性和有效性,研究可为高电压等级真空灭弧室研制提供新思路和新方法。

大电流真空电弧中阳极熔化过程的实验与仿真研究

大电流真空开断过程中,阳极触头在电弧作用下的熔化过程极大地影响着开断结果。目前对阳极熔化的研究集中于铜及铜基合金,所涉及的材料热特性参数较为局限。为了在更大物性参数范围下剖析阳极熔化机理,该文对W、Mo、Cr、Fe四种材料开展了阳极熔化实验研究,同时建立电弧磁流体动力学模型及阳极传热模型对熔化过程进行仿真模拟。结果表明,在固定阴极为Cu的大电流燃弧实验中,四种阳极材料的临界熔化电流分别为14.0、11.9、8.6、7.5 kA;在阳极热过程模拟中,确定了阳极输入能流密度的空间与时间分布,并得到了阳极表面温度。四种材料的阳极最高温度均出现在燃弧时刻7.0 ms附近,临界电流下计算得到的阳极最高温度与相应材料熔点误差小于150 K。

真空断路器弹簧操动机构的优化

真空断路器触头弹簧压力增大会导致断路器无法可靠合闸,四连杆结构在一定程度上会影响机构的出力特性和机械效益,进而影响断路器合闸的可靠与稳定。文中分析了真空断路器的动作原理,建立弹簧操动机构的数学模型;对机构中的凸轮轮廓、传动拐臂的角度和尺寸、连板与合闸滚子的尺寸参数进行优化,建立弹簧操动机构的仿真模型。动力学仿真表明,优化后的触头弹簧压力增大了58%(从1 700 N提升到2 686 N),仍能保证断路器操动机构可靠合闸。试验结果显示,触头弹簧压力为2 500 N时断路器触头能够可靠吸合,平均合闸速度降至0.68 m/s,弹跳时间缩短了18.4%,整体优化后的方案满足设计要求并具有良好的可靠性与稳定性。

基于深度学习的冲击电压老炼过程中真空击穿机制甄别优化方法

冲击电压老炼技术是提高真空电极间隙绝缘能力的有效手段,快速准确地甄别真空击穿机制对揭示冲击电压老炼过程的物理演化机理具有重要意义。该文提出了一种基于深度学习的通过突显击穿前过程提高真空击穿机制甄别准确度的优化方法。对五对相同的无氧铜球形电极开展同样的冲击电压老炼试验,分别获得时间提取范围为0~400μs的完整击穿电压电流波形样本和0~200μs的突显击穿前过程的击穿电压电流波形样本,并通过深度学习模型对两种击穿电压电流波形样本开展脉冲电流诱发、场致发射诱发和微粒诱发三种真空击穿机制的甄别训练与测试,并将测试结果与真实结果进行对比分析与评估。结果显示:时间提取范围为0~200μs的突显击穿前过程的击穿电压电流波形样本的击穿机制甄别准确率均在87.99%以上,平均提高了2.55%,其对应的精确率、召回率和F1分数均更优。研究结果表明,突显击穿前过程的击穿电压电流波形处理能够有效地优化真空击穿机制甄别的效果,具有良好的工程应用前景。

基于组合赋权和WRSR的真空断路器状态评估研究

电力设备状态评估是状态检修与运行风险预测的基础。真空断路器作为电力系统中的重要设备,为保证其安全稳定运行,需要对其状态进行准确评估。针对目前真空断路器状态评估中存在的状态指标权重单一、评估模型复杂等不足,文中以ZN63A-12型真空断路器为研究对象,提出了一种基于组合赋权和加权秩和比(WRSR)相结合的综合评估方法。首先通过选取真空断路器的4项特征状态指标,建立状态评估体系;其次采用组合赋权法计算每项指标的权重;接着根据所测数据,运用加权秩和比法对6台真空断路器进行分档排序,并对其进行状态评估;最后,将运用该方法的评估结果与专家现场评估结果进行比较,验证该方法的有效性。研究结果表明:该方法可以对多台真空断路器进行状态排序,并可以此为依据制定检修策略,有效地提高了检修效率。

以太网通信下的永磁真空断路器合闸自动控制

在对永磁真空断路器合闸远程控制时,都是以传感网络完成控制信号的传输,但是传感网络易受外界干扰,存在分合闸延迟时间较长、合闸误差率较高的问题。为此,深入研究基于以太网通信的远程控制技术,研究永磁真空断路器合闸自动远程控制方法。首先构建永磁真空断路器合闸控制主体电路简化结构,其中包含断路器本体、驱动电路和传感器;然后通过以太网通信技术,滤波处理后传输断路器状态信息数据;最后使用选相分闸控制,从而限制延时,实现精准控制。实验证明,所提出的控制方法下永磁真空断路器分合闸时间明显缩短,分闸时间在11 ms以内、合闸时间在18 ms以内且合闸误差率降低在0.3%以下,优于传统的传感网络方法。

中压真空断路器智能化关键技术研究

随着中压领域电力系统规模的不断扩大,中压断路器的使用数量将呈现指数式增长。断路器的可靠性、故障诊断与预警也越来越多地引起了行业和社会的广泛关注,但是传统的断路器维护主要采用人工方法,其工作效率低下,运维成本高。因此,本文提出中压真空断路器智能化关键技术研究,通过对多源汇聚的断路器传感数据进行预处理、特征提取和智能分类,实现未知故障的自动诊断。进一步,对断路器的性能、寿命和故障进行预估和预判,以提升断路器自身的安全性和产品管理的智能性,实现装备健康状态预测,以达到预警目的。

中压真空断路器在线监测系统设计

随着中压真空断路器行业的生产正逐步向规模化生产方向转变,但是与国外发达国家的技术水平相比还相差甚远,尤其体现在断路器的智能化技术方面。因此,本文提出了一种中压真空断路器在线监测系统设计,采用多种传感器对断路器进行基于电力系统运行和故障管理等方面的信息感知与数据提取,并研发一种多维度、多协议数据信息获取的多协议转换系统,可实现多种传感装备通过单一模块进行信息获取,上传至断路器的主控制模块,同时可根据需要进行自由组合配置。

直流真空断路器永磁斥力机构运动特性监测系统研究

针对短行程直流真空断路器永磁斥力机构运动速度快、动态参数多且难以精准监测的问题,文中设计了一种多参数动态特性监测系统。以400 V/400 A/25 kA直流真空断路器永磁斥力机构为研究对象,采用光耦隔离技术采集分合闸线圈电压模拟信号,同时采用传感技术和二阶滤波的方式对电流信号与位移信号进行降噪采集,并基于C#自主开发上位机显示界面,实现短行程快速操动机构多参数的实时同步显示。通过与高精度电流传感器和机械特性测试仪监测参数的比对分析可知,系统采集误差可控制在3.5%以内。

某型断路器故障改进方法研究

本文针对断路器在分闸操作时出现分闸后自动合闸的故障,经过深入分析和充分的试验验证,明确了故障的原因,在此基础上进行了改进方法研究,并分析了该改进方法对断路器功性能的影响。

电流频率对真空断路器开断能力影响的仿真分析

随着风电等新能源以及直流电网的发展,断路器开断电流的频率呈现出多样化,要求断路器可以开断高于或者低于50 Hz的电流。针对此问题,文中试图从燃弧过程、磁场调控以及弧后过程3个方面去研究电流频率对真空断路器开断能力的影响。文中首先研究了不同频率下的电弧微观参数分布,发现随着频率的增加,电弧形态越呈现出集聚的现象,触头呈现出局部烧蚀严重的现象,但是由于燃弧时间变短,触头总的烧蚀变小。频率越低,燃弧时间越长,触头则呈现出严重的烧蚀。然后研究了不同频率下常用杯状纵磁触头的磁场分布,发现随着频率的增加,磁场分布越不均匀,对电弧等离子体的扩散作用变小,并且由于燃弧时间的缩短,等离子体更不易扩散。最后通过频率对弧后鞘层生长过程的影响分析发现,频率越大,弧后鞘层生长到满开距越慢,从而降低开断能力。文中得出:低频下的断路器触头整体烧蚀严重,电弧熄弧的时候将产生大量的金属蒸气,金属蒸气的衰减过程将主导断路器的弧后绝缘恢复过程,而高频下的断路器的弧后绝缘恢复过程则由鞘层生长过程主导。

40.5 kV及以下C-GIS真空断路器低温环境下机械操作性能的试验研究

40.5 kV及以下C-GIS真空断路器在低温工况下机械操作异常偶有发生,迫切需要提高低温时的机械操作可靠性。对真空断路器低温环境下机械操作性能的影响因素进行了深入分析,并通过试验的方法对低温下的机械操作性能进行了研究。试验结果表明:(1)润滑脂的粘性阻力是影响真空断路器在低温环境下操作异常的主要因素。(2)真空断路器传动链运动副选用低温润滑脂在正常环境温度以及低至-30℃时均可保证正常机械操作。真空断路器的传动链运动副优化及低温润滑脂选用提高了机械操作的稳定性和可靠性。

配用CuCr合金电极的真空介质开关电弧阳极热过程分析

真空介质开关电弧的主要成分源于故障电流开断过程中触头电极在极间产生的金属蒸气,且真空电弧的微观动力学行为直接影响开关的开断能力。文章通过建立真空介质电弧双温磁流体动力学模型,研究配用不同配比CuCr合金触头电极材料的真空介质开关在故障电流开断下阳极热过程的变化情况,得到阳极触头表面温度和熔池范围沿径向和轴向的分布。仿真结果表明,开断故障电流的增大及电极合金材料中Cu含量的增大均会导致输入阳极的能流密度增大。在200 A电弧电流作用下,阳极表面温度未达到CuCr合金的熔点,未发生熔化;而在6 kA电弧电流作用下,阳极温度先后达到Cu和Cr的熔点,电极熔化程度随合金中Cr含量的增大而减弱。

环保型高压真空开关电流开断基础

针对“双碳”战略下绿色环保开关设备的发展需求,“真空灭弧+洁净空气”绝缘方案对于开关设备的SF_(6)替代目标而言是一种彻底的解决方案。对于真空开关向更高电压等级发展面临的关键问题进行全面分析,重点阐述真空开关在高电压大电流下的开断问题。基于真空电弧的基础理论,将弧后介质恢复过程分为残余等离子体消散阶段、金属蒸气恢复阶段、金属液滴与熔融触头表面恢复阶段,并对比分析3个阶段下真空灭弧室电极间隙的恢复特性。针对环保型真空开关向更高电压等级发展的需求,总结归纳真空灭弧室在绝缘设计、电弧控制、X射线辐射、载流发热方面的关键问题,阐述洁净空气绝缘在实际应用过程中的难点和解决措施,旨在为252 kV及以上电压等级真空开关的研究与设计提供参考。最后,讨论高压真空开关的研究现状和发展趋势。

真空断路器弹簧机构凸轮优化与虚拟样机验证分析

机构刚合速度特性是影响真空断路器合闸可靠性的关键因素,为减小机构动态冲击实现可靠关合,文章以10 kV交流真空断路器用弹簧操动机构为研究对象,以真空灭弧室动触头刚合运动特性为设计目标,采用响应面法对凸轮结构进行参数化设计。通过改变凸轮结构形面参数以及合闸簧预紧力,实现机构运动特性的优化。比对分析结果表明,在保证机构运动特性的前提下,选择以刚合速度时间特性优化凸轮轮廓可以提高机构合闸运动的可靠性。

252 kV环保型GIS双断口真空断路器并联电容的电场分析计算

文中设计了两种新型252 kV环保型GIS双断口真空断路器均压结构形式,采用双断口真空灭弧室每断口并联一根电容或两根电容两种不同的均压方式,通过对不同均压方式计算电场值对比分析,得出了双断口真空断路器不同的均压方式对主要部件电场的影响规律。计算结果表明:真空灭弧室并联单根电容的均压方式只会减小断口间的不均匀系数,但是对屏蔽罩和触头的电场强度降低不明显,而两根单电容串联的均压方式不仅减小断口不均匀系数且降低了真空灭弧室内悬浮屏蔽罩之间的电位差值,使电位分布更均匀,降低屏蔽罩及触头场强值,相对于并联单电容的均压方式触头最大场强值降低了25.78%。

真空旁路开关灭弧室绝缘仿真及不确定性分析

真空旁路开关在直流系统中作为重要的保护器件长期工作在分闸状态下。针对真空旁路开关绝缘可靠性问题,文章以3.6 kV/2500 A真空旁路开关灭弧室为研究对象,采用有限元分析手段,建立三维电场物理数学模型,分析其在标准雷电冲击耐受峰值电压作用下的电场分布情况;并引入表面电场宏观增强因子,对电场集中区域的场域分布均匀程度进行定量分析。此外,采用混沌多项式展开法,对灭弧室触头电极中心开槽圆角半径进行不确定性分析,以确保其绝缘性能和加工制备的可靠性。