Research on Electro-Magnetic Environment of UHV Transmission Lines

Employing even higher voltage level to promote power transmission economy is an important subject in the program of power transmission from west to east. The influence of electro-magnetic environment of transmission project being closely related with human health and construction cost has to be seriously considered before advancing transmission voltage. This paper analyzes and discusses overseas and domestic research achievements on radio interference, audible noise, power frequency electric field, power frequency magnetic fields, DC resultant field intensity and ion stream involved in power transmission at ultra-high-voltage (UHV)AC and ± 800 kV DC or even higher voltage levels. Suggestions on limiting electro-magnetic effects and their ceiling value as well as measures to improve electro-magnetic environment are put forward.

DCS控制高压电机的改进实例

随着纸机产能的不断增大,单机设备的输入功率也在逐渐变大;10kV 高压电机的应用也越来越广泛。大家都知道,高压电机的控制不同于低压电机,真空接触器有合闸线圈和跳闸线圈。当真空接触器合闸线圈得电后,真空接触器合闸,高压电机启动;真空接触器跳闸线圈得电时,真空接触器分闸,高压电机停止。现在多数工厂都是用DCS输出两个高电平脉冲控制高压电机的启动和停止。

铜蒸气对密封直流接触器氢-氮混合气体电弧特性的影响

密封直流接触器开断过程电弧烧蚀触头产生的铜蒸气对氢-氮混合气体电弧特性及开断性能具有重要作用。依据平衡态等离子体理论计算出铜蒸气不同占比的氢-氮混合气体的各项物性参数,引入铜蒸气影响,建立了基于磁流体动力学理论的氢-氮混合气体电弧模型,系统研究了铜蒸气在混合气体中占比及分布规律对燃弧特性、电弧发展演变特性等的影响规律。基于可拆卸腔体开展了实验验证,750 V/250 A密封直流接触器实验中电弧重击穿概率、熄弧时间变化等规律与理论分析结果基本相符,验证了铜蒸气对燃弧特性的影响。研究表明:随着铜蒸气在混合气体中占比提高,燃弧过程电弧温度缓慢降低,熄弧时间逐步提高,重击穿概率增大,且铜蒸气不均匀分布比均匀分布熄弧时间有所降低。研究结果为混合气体直流燃弧特性和高可靠性密封直流接触器优化设计提供理论参考。

不同磁场条件下直流接触器电弧开断特性的仿真研究

直流接触器是实现分断、功率切换以及故障保护等功能的关键器件。文中以某直流接触器为例,建立了直流接触器氢气电弧特性仿真的二维磁流体动力学模型,该模型综合考虑了外部负载电路、触头运动以及非均匀外部磁场等因素对接触器电弧特性的影响,仿真研究了不同磁钢厚度下密闭式直流接触器内电弧开断过程中的电流电压变化曲线以及温度场分布。研究结果表明,在不同磁钢厚度的非均匀磁场作用下,450 V/400 A、充气压力为4 atm(1 atm=101 kPa)的直流接触器内部电弧的燃弧时间有所不同,并且随着磁钢厚度增大,磁场强度变强,燃弧时间缩短,磁钢厚度为5.5 mm时的燃弧时间最短。

并联双线圈式直流接触器电磁机构合闸动作特性

直流接触器是新能源系统以及电动汽车中配置最为广泛的开关电器之一。而直流接触器的动态特性是衡量直流接触器性能的重要指标之一。文中以并联双线圈式直流接触器为研究对象,建立了直流接触器电磁机构的动力学模型,利用基于Adams与Maxwell软件的联合仿真研究方法对直流接触器的电磁机构进行合闸过程的仿真分析,研究结果表明,机构合闸动作的仿真合闸时间与试验合闸时间相吻合,验证了该仿真方法的正确性。同时研究了弹簧参数和线圈参数等因素对机构合闸运动特性的影响,发现在一定范围内弹簧预压力变化对合闸时间影响不大,线圈安匝数增大会导致合闸时间变小,线圈内阻增大会导致合闸时间变大且动触头弹跳更剧烈。文中的仿真方法与结果能为直流接触器电磁机构的改进设计与优化提供一定参考。

金属栅片作用下直流接触器电弧动态特性仿真研究

直流接触器电弧的动态特性对触头分断性能有重要影响。基于磁流体动力学(MHD)理论,建立金属栅片式电弧模型,赋予栅片鞘层假设,模拟实际工况。通过分析电弧温度、电流密度、气流场等因素,解释了电弧重燃现象,并研究了栅片不同倾斜角度对电弧重燃的影响。结果表明:电弧重燃的主要原因是熄弧后残留的高温气体产生的热电离,促进了局部放电和重击穿作用;改变栅片倾斜角度可以改变气流场和洛伦兹力作用方向,角度为20°时,重燃次数最少,燃弧时间最短。

栅片式直流接触器开断电弧过程中的重击穿现象及成因研究

为了探究直流接触器产品开断过程中电弧重击穿的物理机理,在考虑非均匀磁场分布的情况下建立磁流体动力学(MHD)模型,发现不同铜蒸气浓度下的2种电弧重击穿现象,即栅片间电弧重击穿和触头间电弧重击穿。触头间电弧重击穿会显著增加电弧燃弧时间,在实际应用中应尽量避免。电弧重击穿现象的发生与灭弧室内的气流漩涡和动静触头间的气体流速差有关。研究结果可为直流接触器灭弧室的设计提供理论指导和定量数据参考。

耦合磁吹和触头运动的直流接触器电弧特性研究

磁吹结构和运动机构特性是影响直流接触器电弧开断性能的重要因素。文中引入灭弧室中非均匀磁场分布与动触头运动特性的耦合影响,构建了电、磁、气流、温度等多场耦合的二维电弧磁流体动力学仿真模型,分析了不同磁吹结构、反力弹簧刚度系数、触头超程等参数对直流电弧特性的影响。搭建了直流接触器电弧特性实验平台,开展了对比实验验证仿真结果。研究表明:提出在静触头之间增加中间永磁体的两种新型磁吹结构,较原结构燃弧时间分别缩短20.2%与14.7%,在电极下方磁吹结构增加中间永磁体的提升效果更好;反力弹簧刚度系数的最优选择为1.0 N/mm,最佳触头超程为1.5 mm,实验与仿真结果相符,为提升陶瓷密封直流接触器分断能力的优化设计提供参考依据。

三维无极性直流接触器电弧模型

为设计直流接触器陶瓷罩尺寸,需要研究直流接触器燃弧过程中的电弧电压电流的曲线变化以及电弧运动情况。以某款DC750V/300A无极性直流接触器为载体搭建三维电弧仿真模型,首先,借助磁流体动力学(MHD)电弧瞬态数学模型以及Fluent动网格技术,对Fluent进行二次程序开发;其次,搭建三维电弧仿真模型,并计算直流接触器三维电弧运动;最后,进行了电弧实验和仿真,观察试后样机烧蚀情况。仿真与实验结果表明:仿真得到的弧压与电流曲线可以准确呈现实验曲线趋势,验证了仿真结果的准确性。同时,通过观察仿真的温度场结果,可以清晰观察到陶瓷罩内部电弧的燃烧形状。以上搭建的模型可以为无极性直流接触器产品设计以及灭弧研究提供参考。

轨道交通直流牵引供电系统线路测试回路短路试验案例分析

为研究在接地短路情况下,直流电流方向对线路测试回路的影响,该文通过详细介绍轨道交通牵引供电系统线路测试功能原理,并分析广州地铁1号线西塱站线路测试回路短路试验案例与接触器正反向电流试验,结果表明线路测试回路反向电流影响接触器内部电弧,造成燃弧时间长且容易烧损接触器,并且,电弧碰撞叠加导致接触器内部两对触点短接,即1 500 V母线短路。故线路测试回路必须正确接线且需完成短路测试以确保功能正常。

直流接触器触头倒角及中心磁感应强度对电寿命的影响

密封直流接触器开断负载时,灭弧室内触头喷溅不可避免。通过分组试验的方法来验证触头倒角及中心磁感应强度对电寿命的影响。结果表明,增大触头中心磁感应强度,总开断负载的次数会增加,喷溅也会增多,从而导致介质耐电压和绝缘电阻降低;增大触头倒角,喷溅会减少,介质耐电压和绝缘电阻会提高,但总开断负载的次数会减少。

高压直流接触器低温失效分析

高压直流接触器是一种自动控制元件,被广泛运用于航空航天的测、发、控系统和民用电动汽车、充电桩、光伏发电等配电系统。高压直流接触器使用环境中部分低温环境要求达到-55℃,在该温度下很多接触器会出现加电不导通的情况,本文针对这一失效模式进行了故障复现、产品拆壳分析、试验对比、理论分析,探索产品失效机理并给出解决方案,希望对相关从业人员具有借鉴意义。

高压直流接触器磁吹系统的优化设计

在高压直流接触器的磁吹灭弧系统中,当电弧燃烧时常采用永磁体拉长电弧致其熄灭,而熄弧时间又直接影响到产品的寿命次数。研究表明永磁体磁感应强度越强,熄弧时间越短,但触点中心磁感应强度与永磁体的几何中心磁感应强度有直接关系。通过仿真优化常用磁吹灭弧系统结构形式,减小单个永磁体几何中心磁感应强度,提高磁吹灭弧系统空间磁感应强度,以提升高压直流接触器产品的生产效率及寿命次数。

双E型直流接触器电磁系统动态特性仿真研究

本文以双E型直流接触器的电磁系统为研究对象,利用Flux软件建立直流接触器三维模型。通过分析不同电压下的吸力特性,研究吸力与反力的配合情况,并计算了不同励磁绕组参数和铁磁材料下吸合过程中的电流特性、位移特性和速度特性。

高次谐波电流对电动汽车用直流接触器的温升影响研究

在新能源电动汽车的应用过程中,普遍存在直流电含有高次谐波电流的现象,会影响电动汽车直流用电器的实际温升。为更全面评价电动汽车直流用电器的安全性能,文章设计一种温升测试系统。在电流值等效相同的情况下,对电动汽车用直流接触器进行两种工况(恒直流叠加高次谐波电流和恒直流)下温升对比试验,证明高次谐波电流会加剧其温升,且对最高温升部位(正极触点)影响更显著。

大功率直流接触器在储能行业的应用

随着储能行业的发展,对电力传输和能量储存的需求不断增加,大功率直流接触器作为关键元件之一,在储能系统中扮演着重要的角色。介绍一款大功率直流接触器的结构设计与性能特点,该接触器结合了环氧和陶瓷类接触器结构特征,通过三块磁钢的排列与U型动触头结合,实现了触点无极性的同时提升了接触器的电性能和可靠性。

直流接触器分断过程中弧根演变及对重燃的影响分析

直流接触器灭弧室中弧根的演变对其开断性能有重要的影响。该文搭建实验平台,采用高速相机拍摄了磁场作用下金属栅片式直流接触器开断过程中的弧根转移过程,并基于磁流体动力学理论,建立空气电弧数学模型,对电弧等离子体鞘层进行假设,并且在计算中耦合分断回路方程。通过对温度场、电流密度、电导率和气压分布的仿真分析,得到分断过程中弧根转移产生的根本原因,在现有的仿真条件下研究分断速度、差异外施横向磁场对弧根演变规律的影响。结果表明:在一定范围内,灭弧室入口区磁场大于栅片区时,弧根转移加速,熄弧时间缩短;由于灭弧室入口两侧气流漩涡的存在,当分断速度较小时,阳极弧根运动至引弧片时会出现停滞现象,该停滞现象随着分断速度的增大而消失,并且燃弧时间缩短,仿真与实验观测结果较为一致。本文的研究对提高直流接触器分断能力,优化灭弧室结构具有一定的意义。

直流接触器磁系统的动态特性计算及其可视化仿真

本文将面向对象技术,可视化技术,人机交互技术等引入到电磁系统设计和特性计算软件中,可以方便地以交互式图形方式输入磁系统结构尺寸,使建立模型直观且快速,大幅度减轻了输入工作量。作为机车的牵引电器———直流接触器,动态特性反映了它的实际工作状态。本文提供了两种方法求解动态微分方程组:一种是二元函数插值法;另一种是迭代法。借助功能强大的AN SYS软件包分析了磁系统的三维磁场,推导出磁路模型中各气隙磁导和漏磁导的计算公式。实验证明,动静特性的计算结果与实验结果较吻合,该软件具有较强的通用性。

270V直流开断特性研究与耗散功率变化的Mayr模型仿真分析

为了优化航空270V直流接触器结构设计以及预期接触器的开断容量,采用一种以栅片和磁吹系统相结合的直流接触器,进行典型负载类型下的开断性能实验,得到了感性负载情况下开断难度最大,且随着回路电感值的增大,燃弧时间和电弧熄灭时过电压峰值增加。主触点间并联RC支路虽然会增加整个燃弧时间,但能有效限制过电压的数值,且过电压峰值随并联支路电容C的增加而减小。假设燃弧过程中电弧具有对称性,并对电弧进行受力分析,提出横向磁场中电弧运动速度和消散功率的计算方法,得到一种Mayr电弧修正模型。在不同等级的阻性负载情况下,分别对燃弧过程进行数值仿真,经仿真与实验结果对比,所提Mayr电弧修正模型能够准确描述电极分断过程中电弧电压及运动速度的变化情况,为航空直流接触器的设计提供有效的参考。

船用直流接触器电磁铁的优化设计

以三维有限元分析为基础,采用ANSYS软件,对直流接触器电磁铁进行了优化设计,以满足船用直流接触器耐冲击、抗振动和工作电压范围大的特殊要求。根据双绕组电磁铁的特点,分析了铁芯高度、线圈尺寸和气隙长度对电磁吸力的影响。优化后的直流接触器通过了相关型式试验。