油液环境中有载分接开关快速机构切换特性

利用基于移动粒子半隐式方法的Particleworks,分析有载分接开关快速机构在油液环境中的切换特性.介绍有载分接开关快速机构的工作原理,设计有载分接开关快速机构的机械结构,给出快速机构在油液环境下的动力学计算基础.建立该有载分接开关快速机构在油液环境中的动力学仿真模型,对照了该快速机构在有无变压器油液环境中的切换特性差异,得到驱动电机的驱动扭矩要求大于40 N·m.分析油液黏度和储能弹簧刚度对该快速机构切换特性的影响,得到快速机构在油液环境下切换过程中飞轮受到的油液阻力矩的变化规律,通过流场分析揭示了飞轮受到的阻力矩变化和波动的原因.

有载分接开关级间气泡形变规律及对电场分布的影响

有载分接开关(on-load tap changer,OLTC)机构快速动作不可避免地会产生气泡,容易在OLTC级间部位诱发局部放电。该文针对气泡在OLTC主触头级间形变及电场畸变特性开展研究。首先,构建包含气泡及变压器油的OLTC主触头气液两相流模型,对主触头级间电场进行仿真,通过Kerr效应的光电试验平台验证了仿真结果。然后,以OLTC实际工况作为边界条件,研究油温、气泡体积、变压器油流量对气泡形变及电场分布的影响。结果显示,毫米级气泡在经过OLTC级间时经历多次拉伸及形状恢复,其长短轴比大于1.5,气泡引起OLTC级间场强增大10%左右。当OLTC油室内变压器油流的流量达到7L/min时,经过级间的气泡开始出现破裂,形成内部场强相近的两枚子气泡。级间场强达到气泡击穿场强时,两枚气泡均可能发生放电,从而增大了油隙放电的概率。该文的研究内容与结论可为后续OLTC设计及运行提供有益参考。

真空有载分接开关动力学建模及仿真分析

真空有载分接开关(on-load tap changer,OLTC)具有熄弧能力强、无油碳化污染等优点,已被广泛应用于换流变压器有载调压。真空OLTC机械结构复杂,切换开关动作有严格的先后顺序与时间要求,频繁动作时需承受巨大的机械与电流冲击,机械失效的情况时有发生,影响变压器和换流站的安全运行。为深入研究真空OLTC动作时的机械特性,该文以一台三相真空OLTC切换开关为研究对象,介绍真空OLTC切换开关机械结构与动作特性,提出一种真空OLTC切换开关多体动力学的仿真建模方法,计算出真空OLTC切换开关关键部件的动力学特性,结果表明切换开关动作顺序合理,触头切换准确,但是快速机构对部件的冲击力较大。基于此,该文探究配重块和缓冲机构对切换开关动力学特性的影响,并重新设计切换开关的缓冲机构,结果表明新的缓冲机构能够有效降低切换开关切换冲击力。该研究方法可为真空有载分接开关的机械结构设计与优化提供有益参考。

分接开关快速机构时变运动可靠性与灵敏度分析

为提高考虑运动失效参数影响的快速机构的运动精度,提出了一种基于首次穿越法的快速机构时变运动可靠性与灵敏度分析方法。首先,分析了快速机构运动的失效因素,明确了零部件加工与装配等随机误差对机构运动精度的影响;接着,根据储能过程的平面机构运动方程,利用矢量环法构建了快速机构的运动误差极限状态函数,建立了时变运动可靠性分析模型;然后,联合一阶线性估计、高维高斯条件分布以及一阶高斯截断矩特性,推导了一种新的时变运动可靠性首次穿越率解析公式;最后,结合数值积分求解方法,得到了快速机构时变运动的失效概率序列与灵敏度。仿真结果表明:在保障快速机构运动精度的过程中,应重点关注机构中的拨钉定位误差及偏心凸轮尺寸公差;所提方法得到的时变运动失效概率与蒙特卡罗法的计算结果相接近,但其计算成本却仅为蒙特卡罗法的0.04%。

有载分接开关高效切换试验技术研究

切换试验是考核有载分接开关(on-load tap changer,OLTC)长期运行可靠性的重要试验项目之一。为解决现有切换试验回路试验周期长、试验成本高等问题,该文开展OLTC高效切换试验技术研究。首先,提出一种满足多台OLTC切换的切换试验回路,分析回路参数对试验结果的影响;其次,基于ATP-EMTP进行不同OLTC数量和不同试验方案的仿真分析,提出高效切换试验的试验方案。最后,采用2台不同类型OLTC,按照“一前一后”切换的试验方案,对切换试验回路进行验证。结果表明,该试验回路在多台OLTC进行切换试验时也能满足试验条件,达到了OLTC高效切换试验的需求,可为OLTC高效切换试验提供有益参考。

采用正负半桥子模块级联拓扑的高压多电平波形发生器

随着电力系统设备电力电子化程度的不断提高,系统中诸多绝缘部件会承受多样化的高压脉宽调制（pulsewidth modulation,PWM）波形或高压多电平阶梯波形等阶跃性电压波形。为研究复杂多样的电压波形下设备或相关材料的绝缘特性,需要研制高压多电平波形发生器。在分析传统的半桥型模块化多电平变换器（multi-modularconverter,MMC）拓扑工作原理的基础上,结合典型绝缘缺陷等效负载特性的探讨,提出了一种正、负半桥子模块交替级联拓扑,抑制了因绝缘试验中不对称放电引起的输出电压偏置问题,提高了电源输出电压的稳定性,并且所需开关器件更少而利于小型化,同时便于串联叠加向高电压等级扩展。最终,通过对该发生器主要器件参数进行计算分析,研制了一台输出幅值为4600 V且频率可调的高压多电平波形发生器样机,可产生高压类正弦多电平电压波形、PWM电压波形等各类试验波形,验证了所提拓扑的可行性。

基于Arduino的土壤温湿度远程监测系统设计

基于Arduino控制板,设计了一套时效性强、方便易用的土壤温湿度远程监测系统。该系统以Arduino Ethernet控制板为核心,采用DHT11高精度传感器为温湿度数据采集模块,通过网络将温湿度数据发布到物联网平台,并使用浏览器或者智能手机随时查看。通过分析及试验表明,该系统精确度高、成本低,是一套可靠的监控系统,对农业机械化有极大的促进作用。

高压直流换流阀晶闸管控制单元保护特性与晶闸管级仿真建模

晶闸管级是组成高压直流换流阀的最小结构单元,晶闸管控制单元(TCU)是晶闸管级的关键元件。研究晶闸管级TCU的保护特性对于改进TCU保护逻辑功能设计以及晶闸管换流阀精细化仿真建模具有重要意义。以此为出发点,搭建了晶闸管级TCU保护特性的实验研究平台,研究了晶闸管级在断态和反向恢复期内不同时刻承受高幅值、高陡度侵入电压时TCU的保护特性。实验结果表明,断态下TCU的保护阈值在侵入低陡度电压时基本保持不变,而侵入高陡度电压时随陡度升高而降低;反向恢复期内TCU的保护阈值与电压侵入的时刻无关而随侵入电压陡度的升高而增大。在此基础上建立了一种考虑TCU保护功能的晶闸管级仿真宏模型,仿真结果表明此模型不仅能够反映晶闸管的基本动、静态特性,也能准确反映TCU保护特性,仿真结果与实验结果相吻合。

变压器真空有载分接开关研究综述

有载分接开关(on load tap changer,OLTC)是电力变压器和直流工程换流变压器的核心部件,在稳定电网负荷中心电压、调节无功潮流和直流工程经济灵活运行等方面发挥重要作用。随着真空灭弧技术的快速发展,真空OLTC逐步替代油灭弧OLTC,并在电网中广泛应用。该文对比分析目前国内外主流真空OLTC的电路拓扑,从机构稳定性、真空管熄弧能力、机构疲劳特性、与油的相容性等方面系统梳理关键因素对真空OLTC可靠性的影响,提出改进和可靠性提升的技术方案。其次,对真空OLTC的运行特性和状态监测技术进行研究,重点分析真空OLTC的产气原因及特性,总结OLTC状态监测和故障防御技术的优缺点。最后,指出真空OLTC未来的发展趋势,为真空OLTC技术升级和可靠运行提供有益参考。

特高压换流变压器混合式有载分接开关拓扑推衍方法与时序调控策略

为保持机电混合式有载分接开关熄弧和可靠性等优势的同时,解决特高压场景下分接开关机械结构易损坏、电气应力复杂及难以实现机电协调控制等问题,该文提出一种混合式有载分接开关拓扑结构的推衍方法。该拓扑推衍方法以图论理论为基础,通过分析电网络特性,得到分接开关的基本网络结构和组合结构,综合考虑工程可行性与经济性,再对网络结构进行改造,以获得满足需求的分接开关拓扑。为此,以星型组合型分接开关为例,呈现其拓扑推衍过程,研究切换过程中的6种工作状态,提出优化的时序调控策略,分析实现无弧切换的5次开关动作及触发条件。通过仿真模型验证理论分析的正确性。结果表明,星型组合型有载分接开关整个切换过程的时长仅为40ms,无电弧产生且过渡电阻的损耗较低。该文研究对于解决分接开关的燃弧、附加损耗和机电协调控制的问题具有一定的工程应用价值。