城市轨道交通大容量直流快速断路器的研发

为实现城市轨道交通直流快速断路器的国产化,研制了1 800 V/80 k A大容量直流快速断路器。重点介绍了直流大容量短路开断相关系统的设计,通过电磁场和动力学耦合仿真,获得了直接过流脱扣器的动态特性,通过建立空气直流电弧的磁流体动力学（MHD）模型,分析了电弧在开断过程中的运动以及弧根转移过程。基于仿真结果研制的样机按照IEC标准顺利通过了全部型式试验。仿真和试验结果表明：脱扣时间和电弧转移过程对开断性能具有重要的影响,该断路器开断短路电流时电弧转移迅速,电弧电压上升较快且不存在停滞现象,脱扣时间小于5 ms,燃弧时间在12 ms以内,具有开断100 k A短路电流的能力,从而验证了仿真对实际产品设计的指导意义。

基于有限元的直流断路器合闸电磁机构设计

设计了一种用于轨道交通直流断路器的合闸电磁机构,实际使用时发现合闸保持功率较大导致温升过高。基于电磁场分析和电磁铁设计理论,利用有限元分析软件ANSYS,仿真出电磁机构的磁场分布和吸力特性,根据仿真结果制造了一种改进方案样机,试验表明,该方案有效地降低了电磁机构合闸保持功率,并验证了仿真结果的准确性。

72.5 kV真空灭弧室绝缘水平提升技术研究

在真空灭弧室中,真空间隙和瓷壳沿面是2个并联的绝缘系统,任何一个发生击穿,都会导致真空灭弧室绝缘失效。真空灭弧室瓷壳沿面场强的大小是影响真空灭弧室绝缘的主要因素之一。对此,仿真分析真空灭弧室瓷壳沿面场强,以确定屏蔽罩的最佳尺寸。通过电场仿真分析,得到72.5 kV真空灭弧室用屏蔽罩零件的最佳尺寸为:端屏蔽罩长度为53 mm,端屏蔽罩端部卷边直径为105 mm,主屏蔽罩长度为208 mm,主屏蔽罩端部卷边直径为114 mm。应用ANSYS仿真软件对72.5 kV真空灭弧室进行电场仿真优化分析,并对其在不同开距下进行工频耐受电压和雷电冲击耐受电压测试。由绝缘试验结果可知,优化设计的72.5 kV真空灭弧室在37 mm开距时工频耐受电压为230 kV,雷电冲击耐受电压为±600 kV,远高于同规格产品的绝缘水平。

24kV真空灭弧室内部电场结构优化

本文采用有限元分析法软件计算了24kV真空灭弧室内部电场强度分布,并根据分析结果对真空灭弧室内部主屏蔽罩、端屏蔽罩结构进行了优化设计。

新型126 kV真空灭弧室触头结构的研究及试验验证

提出一种新型126 kV真空灭弧室用触头结构,并对其进行仿真分析,在此基础上,测量这种触头结构的磁场感应强度,与仿真计算的结果进行分析对比,验证了仿真结果的正确性,通过电弧试验,对触头结构进行了电弧形态研究,验证磁场对电弧的控制特性。采用这种触头结构制成126 kV真空灭弧室,进行40 kA短路电流开断试验,经过试验验证,能够开断20次40 kA的短路电流,并分析试验后的真空灭弧室触头状态,触头无明显变形。通过一系列的研究验证,这种真空灭弧室触头结构能够完成126 kV真空灭弧室的开断性能要求。