特高压直流输电系统可控自恢复消能装置用慢速机械开关研制

慢速机械开关是特高压直流输电系统可控自恢复消能装置中重要的开关设备,在装置中起到控制和保护用,其必须具备短时间快速合闸、可靠开断避雷器残余直流持续电流的能力。介绍了慢速机械开关的方案设计、核心部件设计和校核以及型式试验,最终研制成功了慢速机械开关。

基于多物理场耦合的高速机械开关可靠性研究

为了研究高速机械开关核心部件在分闸过程中受形变、应力和疲劳的影响,采用数学建模和多物理场耦合仿真分析方法,以Workbench为平台实现基于电磁场、力学场、瞬态结构场以及疲劳寿命的操动机构分闸过程分析。首先,利用建模软件建立高速机械开关分闸模型;其次,通过多物理场仿真核心部件的应力与形变分布;最后,分析高速机械开关在不同材质、结构和放电电流条件下,对斥力盘、驱动杆、连轴器的疲劳寿命和机构稳定性的影响。仿真结果表明:采用材料为航空铝7075-T6并倒角的斥力盘形变较小;适当的斥力盘厚度与驱动杆直径可有效减少应力和形变;采用40Cr的连轴器疲劳寿命最长;减小斥力峰值能有效减小形变应力与延长疲劳寿命,对延长斥力作用时间效果不明显。该文对于高速机械开关在单一电磁场无法有效反映分闸过程中核心部件形变应力、疲劳的问题,提供了更为全面的技术支撑。

混合式直流断路器用快速机械开关灭弧室的结构优化

混合式直流断路器集合了机械式断路器通态损耗小和固态断路器开断速度快的优势,在直流输配电领域得到了广泛关注.机械开关的性能决定了混合式直流断路器的开断性能,为提升其性能,利用COMSOL建立了机械开关用真空灭弧室的三维模型,仿真分析屏蔽罩形状、触头间距、触头圆倒角度等因素对真空灭弧室内电场、电位分布的影响规律.研究结果表明,采用屏蔽罩外卷结构且卷边半径为3 mm时,灭弧室内电场分布较为均匀,相比无卷边结构主屏蔽罩结构降低了16.63%.触头倒圆角半径为3 mm时,电场分布效果最好.

新品|EX685A系列机械开关——线性调节,本安壳体

2023年12月4日,美国纽约州,Depew市-PCB Piezotronics发布了新品EX685A系列机械开关。该系列机械开关具有本质安全特性,采用了获得美国专利的线性调节技术*,即使在很低的振动级下也能可靠工作。其防护等级为IP66,有效防止灰尘或液体侵入,甚至能够适应高压水流从任意方向喷射的工作环境。

500 kV直流断路器快速机械开关典型故障特性及可靠性提升方法研究

直流断路器是构建柔性直流电网不可或缺的关键设备。快速机械开关是直流断路器中承载电流、实现快速分合闸、耐受分闸恢复电压的核心组件,其结构复杂、动作速度快、电气应力严酷、可靠性要求高,因而设计研制难度大,任一环节出现问题均会影响直流断路器乃至柔直电网的安全可靠运行。然而,目前快速机械开关由于存在设计选型不合理、工艺管控不严格、试验考核不完善等问题,导致在实际工程应用中故障率较高。针对已应用于张北柔性直流电网试验示范工程的500 kV直流断路器,分析了直流断路器研制、调试、运行过程中快速机械开关典型故障的特性及原因。在此基础上,围绕快速机械开关典型故障从设计选型、生产制造、试验考核等方面入手,有针对性地提出可靠性提升措施,为500 kV直流断路器快速机械开关设计研制和运维检修提供了指导和依据。

基于声学特征信号识别的高速机械开关故障检测方法研究

世界首次研制的500kV高压直流断路器已投入运行,高速机械开关是直流断路器重要部件,对高速机械开关运行过程中机械状态准确评估,是确保直流断路器全寿命周期内长时无故障运行的关键。文中结合张北柔直工程运维需求,分析了高速机械开关单元结构特点及工作原理,并结合运行经验,确定主驱动轴松动和储能电容不足两种典型故障类型。提出了声学信号采集关键技术指标,开发设计了声学信号采集和分析系统,开展高速机械开关声学信号采集和快速分闸特性关联测试试验,基本确定声学信号适用性。在声学传感器的15个预置位置分别采集高速机械开关单元正常状态分闸、主驱动轴松动和储能电容容量不足典型故障下分闸时的声学样本数据集,利用构建的EMD-GRU高速机械开关单元故障识别算法模型,对声学信号样本数据集进行训练和验证,获得传感器不同布置位置的准确率。对两种典型故障的声学信号进行了经验模态分解,分析出了两种典型故障声学特征信号窄时域时间点和峰值组数的关联差异。结果表明,文中提出的基于声学特征信号识别的高速机械开关故障检测方法可相对准确区分正常分闸、故障(主驱动轴松动、储能电容量不足)分闸状态下声学信号,识别准确率可达到93.3%,为后续工程化应用打下坚实基础。

适用于高压直流断路器的多断口串联高速机械开关同步性研究

多断口串联的高速机械开关作为混合式高压直流断路器的重要组成部分,其多断口间的同步性对高压直流断路器的开断性能有着重要影响。对多断口高速机械开关的拓扑结构和工作原理进行了研究,分析了操动机构的线圈参数、储能电容、环境温度、充电电压、控制系统等因素对同步性的影响规律,并提出了通过控制线圈内阻、储能电容值偏差和工艺等措施保证断口间的同步性。在此基础上,对张北多端柔性直流工程535 kV混合式高压直流断路器用高速机械开关的同步性进行测试,测试结果表明各断口的分散性在±0.2 ms内,为高压直流断路器的可靠开断提供了保证。

新品|PCB■ EX685A系列机械开关

日前,PCB Piezotronics发布了新品EX685A系列机械开关。该系列机械开关具有本质安全特性,采用了获得美国专利的线性调节技术,即使在很低的振动级下也能可靠工作。其防护等级为IP66,有效防止灰尘或液体侵入,甚至能够适应高压水流从任意方向喷射的工作环境。产品特点适用于恶劣工况环境量程为0~7g(pk)频率范围为0~100 Hz(0~6000 cpm)工作温度为-20~60℃可选手动柱塞式复位按钮或远程复位线圈。

混合式直流断路器快速机械开关研究

文章研究了混合式直流断路器的核心部分——快速机械开关,主要分析其性能要求与原理结构。快速机械开关需要在2ms以内达到开断电压的绝缘距离,且需要具备良好的动态绝缘性能与长期通流可靠性。快速机械开关结构为直动式结构,采用多断口真空开关串联方案,通过电磁斥力机构实现开关分合闸。分闸性能试验结果表明,快速机械开关可以在2ms内运动到开断电压的绝缘距离,可满足混合式直流断路器提出的性能要求。

±500kV混合式直流断路器用串联多断口机械开关均压配置方法

高压直流断路器是高压直流电网的关键保护设备。为满足速动性要求,混合式高压直流断路器机械开关通常采用多断口串联的形式。选择合适的均压组件参数是机械开关满足静动态耐压需求的重要保证,但目前国内外研究甚少。以张北柔直电网工程中±500 kV直流断路器用串联六断口550 kV高速机械开关为例,建立了3维有限元模型,计算了六断口高速机械开关的电位分布及分布电容参数,研究了阻容均压组件参数对均压系数等参数的影响规律,据此提出了多断口串联机械开关均压组件参数的配置方法。研究表明,均压电阻R1设置为100 M?≤R1≤1 000 M?、均压电容取值7 nF、限流电阻R2设置为100?≤R2≤150?,能满足六断口串联高速机械开关的均压要求。研究结果可为串联多断口高压机械开关的均压设计提供指导。

晶闸管辅助机械开关无弧有载调压技术

介绍了一种能实现无电弧、无过电压、无过电流、不中断线路的晶闸管辅助机械开关进行调压的变压器有载调压方案 ,详细说明了消除变压器分接头切换过程中电弧和暂态过程的理论和方法 ,并给出了数值仿真结果和实验波形。仿真和实验说明 ,采用有载调压主电路和晶闸管门极触发脉冲时序 ,能确保变压器分接头切换时无冲击 。

考虑混合式直流断路器整机结构的多断口串联机械开关均压设计

高压直流断路器是高压直流电网控制保护的关键设备之一。为解决混合式直流断路器串联多断口机械开关的均压设计问题,该文搭建试验回路,开展双断口串联机械开关稳态、暂态电压分配特性试验,通过静电场仿真提取其分布电容参数,建立电磁暂态仿真模型,场–路结合分析均压组件参数对断口电压分配特性的影响规律。仿真与试验结果相对误差不大于3.0%。以典型±535kV混合式直流断路器为例,考虑断路器整机结构,进一步研究均压组件参数对断口电压分配特性的影响规律,得到在均压系数≥95%的条件下,六断口串联机械开关均压组件参数的建议选取范围为:100MΩ≤均压电阻≤1000MΩ,均压电容≥4.83nF,100Ω≤限流电阻≤500Ω。结果表明场–路结合分析方法进行多断口串联机械开关均压设计的有效性,可为混合式直流断路器多断口串联机械开关均压设计提供参考。

一种提高高压直流断路器机械开关触发回路可靠性的方法

快速机械开关是高压直流断路器设备中的关键部件,在短路故障发生时,依靠其快速可靠的分断来转移故障电流,触发回路作为快速机械开关核心触发单元,其可靠性直接决定着整个断路器能否可靠运行。对此,从快速机械开关触发回路的可靠性着手,针对现有触发回路不足,研究提高触发回路可靠性的方法,以降低因触发回路异常导致快速机械开关失效的概率,进一步提升快速机械开关运行的可靠性,保障直流电网安全、可靠运行。

内悬挂式机械开关在大庆油田的应用

针对以往试采资料录取工作存在的诸多问题,研制了DQSC—Ⅱ内悬挂式机械开关。该开关可用于试采井下开关井压力监测工艺。采用油管内抽汲或分采泵方式试油,通过上提下放抽油杆推动该开关的活塞动作,实现井下开关井,压力监测,同时可实现井下多次开关作业。2口井的现场应用表明,该内悬挂式机械开关可减少试采井筒储存效应的影响,缩短试采周期,其性能稳定,工作可靠。

机械开关抖动次数的测定及消抖方法

在各种实际电路中，常因机械开关的抖动引起了误触发，从而导致电路的错误动作。本文给出了两种电路，可用来测定机械开关的抖动次数，并给出了一种消抖方法。

机械开关硬件消抖电路设计

通过分析机械开关产生抖动的原因和可能造成的影响,指出了设计机械开关消抖电路的必要性,给出了三种硬件消抖电路的设计方法,电路简单,工作稳定可靠,可在数字电路设计中广泛使用。

Casimir效应对微纳机械开关稳定性的影响

在微/纳机械系统中的一个重要问题就是粘附效应(stiction)。在亚微米尺寸下,Casimir力对于粘附效应的影响是最为严重的。本文分析了Casimir效应对于微纳机械开关中与粘附效应相关的两个参数临界初始距离Lmin和临界电压(pull-involtage)的影响。在临界电压的分析计算过程中重点讨论了材料性质所产生的作用。随着微纳构件之间距离的减小,材料的导电性和表面粗糙程度对器件的稳定性的影响也越来越大。在微/纳机械系统的制造中,通过选择不同的材料可以极大地改善系统的稳定性。

高速机械开关单元多场耦合仿真优化设计

我国正在建设张北±500 kV柔性直流电网示范工程,混合式高压直流断路器是其关键控制和保护设备。快速机械开关单元是混合式直流断路器的关键部件,采用电磁操动机构,机械动作过程涉及电磁场、热场和机械位移场,需要进行多场耦合仿真优化设计。该文开展高速机械开关单元多场耦合仿真优化设计。首先,设计一种基于双线圈推金属盘驱动与双稳态弹簧保持操动机构的高速机械开关单元结构。然后,针对高速机械开关单元动作过程,提出一种能全面反映机构运动、触头碰撞和线圈温升情况的电磁场、热场和运动场多场耦合计算方法。最后,进行高速机械开关单元多场耦合仿真优化设计。初步确定高速机械开关性能提升关键因素,重点分析不同斥力线圈匝数对分闸时间、线圈允许温升及分闸反弹等关键技术指标影响,最终确定高速机械开关各项最优技术参数。仿真结果表明,该文设计高速机械开关单元能在1.8 ms内分闸到达额定绝缘开距,满足技术要求。该文的优化设计为混合式直流断路器快速机械开关优化设计提供理论指导,对于其他快速机械开关设计也有重要参考价值。

快速机械开关机械特性和结构强度研究

电磁斥力机构是快速机械开关的核心部件,在快速合闸和分闸过程中巨大的电磁驱动力会给电磁斥力机构和整个机械传动系统带来强烈的瞬态冲击。针对该问题,文中对电磁斥力机构在合闸和分闸全过程中的机械特性和结构强度进行了研究。采用LS-DYNA建立快速机械开关的有限元仿真计算模型,并求解得到合闸和分闸全过程各零部件的机械运动特性和瞬态冲击强度。采用激光测距对某单断口快速机械开关进行了实验测量,得到合闸和分闸过程的时间—行程特性曲线,实验测量结果和仿真计算结果匹配良好。最后对仿真计算模型进行参数优化,从而降低合闸弹跳、分闸过冲与反弹并减少零部件内部的瞬态冲击应力。文中的仿真计算方法和所获结果能为快速开关的运动特性分析、瞬态强度校核和设计参数优化提供指导。

±500 kV混合式直流断路器用串联多断口高速机械开关均压影响因素

高压直流断路器是高压直流电网的关键设备。混合式直流断路器主支路中的高速机械开关采用多个断口串联的形式以满足速动性要求,选取合适的均压组件参数可有效保证机械开关满足静动态耐压需求。但其在实际运行中可能受到多种因素的影响,并且相关的研究成果较少。以拟用于组成张北四端柔直电网工程中±500 kV混合式直流断路器的550 kV串联六断口高速机械开关为研究对象,通过3维有限元模型计算了其电位分布特性及分布电容参数,建立等值阻容网络模型研究了单断口故障不动作、断口动作时间分散性、装设屏蔽金具等因素对均压组件参数配置的影响。研究结果表明:单断口故障不动作及动作时间分散性对均压组件参数配置影响很小;装设屏蔽金具对均压有较小的正面影响;最终需要综合各因素进行参数校核。研究结果可为实际工程中无弧分断形式的串联多断口机械开关均压设计提供参考。