三相联动双断口户外高压隔离负荷开关的研究

为了解决目前农村电网和郊区电网广泛使用的高压柱上开关产品存在的问题,如容易受恶劣环境影响、SF_(6)气体排放等,设计了一种新型三相联动双断口户外高压隔离负荷开关。采用环氧树脂固体绝缘和硅橡胶外包绝缘技术,具有耐高低温、耐紫外线和耐老化等优势。同时,采用小型化弹簧操作机构和挂簧传输方式以提高设备可靠性。此外,该开关内嵌真空灭弧装置,无需使用SF_(6)气体绝缘,对环境更为友好。与传统设备相比,所设计的隔离负荷开关采用双真空开关和三相柱式倒装结构,具备无污染、安全可靠、长寿命和低成本等优点,为实现高压线路的有效管理和维护提供了一种新的解决方案。

基于强迫换流原理的新型真空直流限流断路器

提出了一种基于现有强迫换流型真空直流断路器的改进方案,并通过在高速真空开关两端并联反向续流二极管,使真空开关在电弧电流强迫过零后由于二极管的续流作用得到零电压介质强度恢复时间,提高了真空灭弧室电流过零后的介质强度恢复速度,使真空开关得以在小间隙下分断高上升率的短路电流,提高了传统真空直流断路器的限流、分断能力。设计了限流断路器样机,进行了短路分断试验。试验结果表明:所设计的限流断路器能将最大上升率为20A/μs的短路电流限流至10kA以下,限流分断时间小于1.1ms,满足了现代舰船极限短路故障的保护要求。

高电压等级真空开断技术

削减与替代SF6气体成为电力开关领域研究人员为应对全球气候变化所担负的历史使命。发展高电压等级真空开断技术是削减与替代SF6气体的有效手段。文中从真空绝缘、大电流真空分断,操动机构与分、合闸曲线控制技术,额定电流的提升4个方面阐述了高电压等级真空开断的关键技术。介绍了高电压等级真空断路器在国内外的应用与运行情况。并从8个方面展望了高电压等级真空开断技术发展的前景,包括采用陶瓷外壳真空灭弧室及多重屏蔽罩结构、额定电流提升技术、真空灭弧室外部采用SF6替代气体绝缘、新型操动机构技术、气体绝缘封闭"真空"组合电器、液氮绝缘封闭"超导"组合电器、新型高压直流断路器和超特高压真空断路器。

基于永磁斥力机构的真空快速开关的研究

基于永磁斥力机构的真空快速开关因结构简单、动作迅速、可靠性高、容易实现电子控制和开关智能化等优点,引起了国内外学者的重视和研究。为了进一步提高永磁斥力机构的运动速度,为真空快速开关提供技术支持,文中采用有限元方法对影响永磁斥力机构的因素进行了研究。在用Maxwell建立永磁斥力机构的简化模型后,计算了基于永磁斥力机构的真空快速开关的动作特性,并采用单一变量法研究了包括运动部分质量、金属盘尺寸及直流、外接电路参数对机构运动的影响,并根据计算结果制作了12 kV样机。仿真结果表明,减少运动部分质量、提高充电电容的电压等方式能有限提高机构的运动速度。而样机实验结果表明,该快速开关能在5 ms之内可靠分闸,动作分散度小于±0.2 ms,验证了仿真结果的正确性。同时,为进一步提高真空快速开关的分闸速度,提出来在不影响电磁斥力和满足机械强度的情况下,通过沿金属盘径向方向打孔的方式以降低金属盘质量的方案,并得到实验结果有效验证。

基于高频振荡回路的激光触发真空开关开断特性

真空触发开关(TVS)是脉冲功率技术的重要开关器件,随着脉冲功率系统向更高工作频率的方向发展,要求TVS具有在高频回路中稳定工作的能力,因此采用LC高频振荡回路对一种新型激光触发真空开关(LTVS)进行实验研究,考察振荡回路频率、间隙电压以及初始等离子体浓度等因素对LTVS的开断特性的影响。实验结果表明,振荡回路频率增加和间隙电压升高将导致电流峰值及电流过零点变化率升高,电路未成功开断或者发生重击穿概率增加;重击穿时间间隔随间隙电压和回路频率升高而缩短;LTVS未成功开断或者发生重击穿概率与初始等离子体浓度无关。实验结果对于改善LTVS在高频回路中的稳定工作能力具有参考价值。

新型故障限流器的仿真与现场实验

有效限制短路电流对于保证电力系统安全稳定运行和减小短路对电气设备损害具有重要意义。为此,提出了一种新型故障限流器拓扑,其中快速开关用于快速分断,触发真空开关用于控制预先充电的脉冲电容器放电,以促使快速开关电弧迅速熄灭,实现短路电流的主动转移,电阻被用作限流元件。设计制作了10kV电压等级限流器样机。基于限流器参数和实验现场参数,用ATP软件建立了限流器在实际线路中的仿真模型。短路限流过程的仿真计算结果表明,该限流器在所设条件下可将短路电流限制到无限流时的60%。在变电站实际线路中对限流器样机进行了现场实验,实验结果与仿真结果基本一致。

多断口真空快速隔离开关试验研究

快速隔离开关是混合式直流断路器的关键部件之一,其分合闸时间在数毫秒以内的,常规断路器难以提供如此快速的操作速度。文中在借鉴已有真空开关研制经验的基础上,从分析直流快速隔离开关的需求入手,重点对真空小间隙应用在直流隔离、无弧分断场合的情况进行有针对性的系列试验,同时借助试验和理论分析,解决了多断口均压问题,使中压真空开关得以扩展到高压直流隔离开关应用领域。研制出一台分闸速度小于3 ms的200 k V直流快速隔离开关,且该方案具有易于向高压扩充的优势,能满足混合式直流断路器的应用需求。

大电流下多棒极型真空触发开关电弧特性

提出了一种多棒极型真空触发开关(TVS),利用3对棒形电极的特殊结构来增大主触头间的燃弧面积,从而有效地提高TVS通流能力。结合真空电弧电压实验,阐述了多棒极型TVS在不同的大电流等级下的电弧发展变化过程。电弧电压的变化表现了多棒极型TVS中多通道并联燃弧及其在各通道之间的电弧转移过程,从而使得真空电弧维持在扩散态。由此开发的TVS样品实现了225kA的峰值电流,单次转移电荷量45C。

针对矿井电网的机械投切电容器组动态无功补偿控制系统的设计

针对大功率非线性负荷造成矿井电网功率因数过低的问题,设计了一套以高压真空接触器作为投切开关的机械投切电容器组(mechanically switched capacitor,MSC)动态无功补偿控制系统,与传统的用晶闸管作为投切开关的方式相比,该系统结构简单、成本低廉、易维护,实际矿井电网的测试运行表明,加装该补偿装置以后,电网电压波动减小,波形畸变基本消失,证明系统是可行性的。

不同电极激光触发真空开关高频开断能力研究

为研制综合性能更优的脉冲功率闭合开关,满足脉冲功率系统对开关重频工作能力的需求,基于可拆卸真空腔体搭建试验电路,考察电极间距、电流频率及极性配置方式对不同电极激光触发真空开关(lasertriggered vacuum switch,LTVS)高频开断能力的影响。试验结果表明,横磁电极LTVS的高频开断能力明显优于纵磁电极;开关的开断能力随着电极间距的增大逐渐降低,采用横磁电极开关的开断能力受电极间距影响更明显;受触发材料影响,靶材为KCl+Ti混合材料且开关为正极性时,电流频率增加会显著降低LTVS的高频开断能力,而负极性时,频率变化对开断能力并无明显影响;不同极性配置下,电流过零时较为活跃的触发材料释放的带电微粒会在不同程度上影响LTVS的高频开断能力。该研究结果可为后续进一步优化LTVS的综合性能提供参考和建议。

12kV直动式快速真空开关研制

基于电磁斥力原理的操动机构始动时间短,可由增加电流的简单方式提高动作速度,非常适合于快速开关的应用场合。采用有限元方法仿真分析了金属盘厚度、线圈盘盖板和底板材质对斥力驱动机构特性的影响,并研制了一台基于斥力驱动装置和永磁保持装置的12 kV直动式快速真空开关。经测试和优化,该开关分闸始动时间达到0.5 ms以内,满行程时间达到5 ms以内,提高了分闸速度并增加了可靠性。

新型真空负荷开关结构的探索

介绍了一种利用特殊设计的传动系统同时操动真空灭弧室和与它串联的外隔离闸刀的真空负荷开关的结构和特点:

高真空工况下开关磁阻电机温度场分析

开关磁阻电机(SRM)因其拓扑结构简单、效率高、体积小等优点,可用于飞轮电池领域,而高真空工况下电机温度场的准确分析对飞轮系统的使用寿命和安全性能至关重要。以12/8 SRM为例搭建二维有限元分析模型,对各部件典型位置磁密进行分析,介绍了铁损的计算模型并通过有限元验证计算结果。进一步利用磁-热单向耦合方法对SRM高真空工况下的温度场分析,分析了电机各主要部件温度的分布规律,为飞轮电池用SRM的温度预估及散热设计提供参考依据。

10kV自然换流型混合式直流断路器中真空电弧电流转移特性研究

围绕应用于?10kV直流配电领域中的自然换流型混合式直流断路器的电弧电流转移特性展开研究。开断过程中,机械开关支路在没有辅助换流装置的情况下,需要在真空电弧电压的作用下实现电流向主关断支路的转移。文中建立了真空电弧电流转移的数学模型,确定了电弧电压、转移回路电感电阻参数、电力电子支路的导通压降是影响真空电弧电流转移的主要因素。实验方面首先对具有不同触头结构及材料的真空灭弧室进行了电弧电压测量,实验表明真空电弧电压可以同电力电子支路进行配合;在此基础上,采用IGBT作为电力电子支路开关,进行真空电弧电流向电力电子支路的转移实验,并研究了回路电感电阻参数对于转移特性的影响;最后,设计实现了10kV自然换流型混合式直流断路器,并对开断进行了实验:真空灭弧室电弧电流在1.5ms内完全转移到电力电子支路,关断电流3.6kA、关断过电压21.4kV,验证了该方案的可行性。

高压真空开关管黄斑现象的剖析

在使用高压真空开关管时,发现器件表面出现黄斑现象,不能满足焊接要求。经分析发现:对其金属零件进行双层电镀——镀镍和镀银,如果银层在0.7μm以下,在后序的焊接热处理过程中银层被熔化,原来均匀、致密的镀银层被重新分布后,银层变得不均匀,露出的镍占银的50%,在烘烤排气时露出表面的镍被氧化,呈现黄色现象,并进一步扩散到银层下面的镍区域,使银层与镍层结合不牢;银层在2μm以上时,热处理后,出现银堆积现象,不能满足要求;银层厚度在1μm^2μm范围时,钎焊热处理后,即使露出8%左右的镍,镍不会氧化。

真空BC开关在高压综合起动柜中的应用

真空BC开关是一种既具有断路器特性,又具接触器特性的新型开关,它在高压综合起动柜上应用,增加了起动柜的功能,提高了性能,为设备安全经济运转提供了保障。

高压开关管排气台的研制

由机械泵为前级泵,分子泵为主抽泵构成高真空系统,对高压开关管进行真空排气;由温度控制仪程序控制烘箱的升温和保温;通过充气系统对高压开关管进行充/放气来调节管内压力;用“高压开关管测试电源”进行“高压开关管”的高压动态老炼和性能检测。高压开关管排气台为多工位结构;空载时极限真空度优于5×10-6Pa;烘烤温度为室温~600℃,连续可调,恒温精度优于±1%。

基于TVS开关的多通道脉冲电源测控系统设计

根据TVS开关的条件和电源模块的工作性能，设计了安全性好、可靠性高的脉冲电源测控系统。控制系统的功能是设置20路电源模块的放电时序和控制20路TVS开关的闭合。测试系统通过测量20个电源模块放电电流、4个电源组汇流器放电电流和2个电源组充、放电电压等参数，能够检测到每个电源模块的工作状况，迅速判断出发生故障的功率器件。放电电流信号的测量采用Rogowski电流线圈，而充、放电电压信号的测量使用高压探针。所有的测试信号由1台PXI数据采集系统采集、保存并进行数据分析处理。最后列出部分试验结果。

一种新型低截流值真空负荷开关的研制

介绍了一种新型带有主、辅电路的真空负荷开关,它具有低截流、高转移电流.长寿命、高性能价格比的特点,主要用于三相环网或终端供电的市区配电站和工业设备中,利用这种负荷开关构成的组合电器尤其适用于对变压器的保护.

有机功能薄膜的制备及高密度信息存储研究

信息技术的飞速发展,要求不断开发具有更高信息存储密度及更快响应速度的材料和器件。有机功能材料具有低成本、结构简单、可设计性强以及良好的响应性能等优点被认为是适用于纳米尺度和单分子水平超高密度信息存储的优异材料。采用真空蒸镀方法制备了有机功能分子N,N’-二[4-(1,1-二氰乙烯基)苯基]-N,N’-二(4-甲氧基苯基)联苯二胺的薄膜,研究了该薄膜电开关特性。在此基础上通过扫描隧道显微镜在薄膜上成功写入了纳米尺度的信息点。研究结果期待为发展未来基于有机功能分子的纳米信息存储材料和器件提供帮助。