基于自驱动变阻器的新型故障限流器

短路故障电流会给系统的安全稳定和经济运行带来危害,安装故障限流器可以快速有效限制短路故障电流,在电网短路故障抑制方面具有良好的应用前景。因此提出一种基于自驱动变阻器的新型故障限流器,其在正常运行时损耗很低,短路发生时无需任何检测设备和辅助开关便可完成对首半波峰值的限制。首先对限流器动作和限流过程进行理论分析,基于COMSOL平台建立有限元模型对限流器自驱动过程的运动和受力情况进行建模仿真,并对短路故障电流造成的装置电磁环境变化加以研究。然后建立基于PSCAD/EMTDC平台的振荡电流源短路故障仿真模型,通过仿真验证了新型故障限流器的限流效果。最后完成了样机制作,并通过搭建试验回路进行了试验验证。试验结果表明:在预期电流峰值为15 kA的情况下,基于自驱动变阻器的新型故障限流器能够在4.2ms限流,将首半波故障电流峰值从15.6 kA限制到14.51 kA。通过仿真与试验验证了所提新型故障限流器的可行性,限流效果明显,可为工程应用提供一定技术参考。

基于电磁斥力原理的高速触头机构仿真分析与设计

为了分析电磁斥力机构主要参数对斥力机构作用效果的影响,以指导基于电磁斥力原理的高速机械触头机构的设计,在对电磁斥力机构工作原理进行细致分析的基础上,推导出斥力的计算方程。采用有限元仿真计算的方法分析了不同机构参数对电磁斥力的影响规律,为优化设计提供依据。设计了基于电磁斥力原理的高速机械触头机构样机,样机的实验结果验证了仿真分析正确、可靠,同时表明该机械触头的初始分离时间为220μs,能够满足混合型限流断路器对高速机械触头机构快速动作、高速运动特性的要求。

多断口快速开关型高压故障限流器

随着电网容量不断发展,局部地区电网短路电流过高,严重威胁系统稳定、安全运行。文中提出了一种多断口串联的高压快速开关型故障限流器,通过隔离变压器将操作机构与断口等电位,采用"一拖二"式电磁斥力机构,取消了绝缘拉杆,既实现了快速分合闸,也解决了故障限流器采用电容式电压互感器供能时系统不带电情况下无法分合闸的问题。另外,通过三维有限元仿真,优化设计了双线圈串联型斥力机构参数,提取了多断口对地杂散电容,并通过增加断口均压电容保证多断口均压一致性。最后,搭建了LC振荡试验回路,对所研制的220 kV多断口串联快速开关型故障限流器进行了原理验证,获得了多断口快速开关在向限流电抗转移短路电流动态过程中的均压特性。此外,对该样机快速开关进行了不同燃弧时间的开断合成试验,试验测试结果表明,快速开关能够在一个周期内开断高直流分量的短路电流。

永磁饱和型故障限流器的高压大容量化分析

为提高永磁体的偏置能力以利永磁饱和型故障限流器朝高压大容量发展,从温度和外磁场两方面分析了钕铁硼永磁体的稳定性问题,论证了其应用到该限流器的可行性;提出"饱和深度比"的定义,指出改善永磁体的偏置能力与提高铁心的饱和深度比等价;基于一种结构参数可调的永磁饱和型故障限流器拓扑,分析了限流器结构参数与铁心饱和深度比的数量关系,并通过有限元法仿真以及实验加以验证;最后给出了10kV等级永磁饱和型故障限流器的一个设计实例。仿真与实验结果均表明,增加永磁体的厚度与截面积可获得较优的偏置能力,实现永磁饱和型故障限流器的高压大容量化在技术上是可行的。

电磁斥力机构中驱动电容参数对触头初始电气间隙的影响

混合型限流断路器采用电磁斥力机构作为机械触头的高速驱动机构,为了进一步提高混合型限流断路器分断的可靠性,本文采用理论分析结合有限元仿真的方法,分析了电磁斥力机构驱动电容参数对电磁斥力的影响。研究表明在电磁斥力机构脉冲驱动电容储能相等的情况下,小容量高充电电压的驱动电容能够使机械触头在运动初期形成更大的开距,提高断路器关断时过电压的承受能力。样机试验结果证明研究结论的正确性。

磁阻反应式有限转角电机特性分析

介绍了磁阻反应式有限转角电机的主要结构及工作原理。由于其独特的不对称结构,必须进行三维电磁场仿真分析。通过仿真,分别得到磁链、电感、转矩与电流和转子位置角的三维曲面图,建立相关数据库,并分析了电机的静态特性。根据非线性磁参数法,建立了电机的数学模型。将电机的磁化曲线数据ψ(i,θ)转变为i(θ,ψ)的形式,代入数学模型中。再采用四阶Runge-Kutta法和有限元法求解电压平衡方程和机械运动方程,得到线圈电流、转矩、转子位置角等参数的动态特性曲线。并进行了静态转矩和动态特性实验。将实验结果与仿真结果进行比较,结果证明了求解方法的正确性。

35kV/90MVA饱和铁心型超导限流器的高温超导磁体

介绍了35kV/90MVA饱和铁心型超导限流器中超导直流励磁磁体的仿真、设计、制作及相关实验,该磁体使用了17.6km超导带材,额定安匝数为141000安匝。利用磁场仿真计算获得磁场分布,并根据磁场分布及超导带材磁场下Ic的衰减特性,采用多饼串并联结合的方法优化磁体设计,既降低了磁体中的感应电压,保证了磁体的励磁能力,增强了磁体的稳定性,又节约了材料与成本。通流实验和磁场测量检验了设计方法的正确性,证实了磁体通流能力满足设计要求。

高速电磁斥力机构的基本原理与仿真分析

混合型限流断路器是现代直流电力系统有效的短路保护设备,其中用于驱动高速限流断路器机械触头高速分闸的电磁斥力机构性能决定了混合型限流断路器的限流水平及分断的可靠性。分析了电磁斥力机构的工作原理,通过理论推导得到了电磁斥力的解析表达式,在此基础上得到其运动方程。介绍了电磁斥力机构的瞬态场有限元仿真方法,建立了1000 V/400 A样机的仿真模型,样机试验结果验证了理论分析与仿真计算的正确性,为电磁斥力机构的进一步优化设计打下坚实基础。

限流式模块化混合直流断路器及其仿真应用

高压直流断路器是直流电网中故障隔离的关键设备。针对现阶段直流断路器对开断灭弧快速性以及经济性的要求,提出一种限流式模块化混合直流断路器拓扑结构,对转移支路进行改进设计,在保证断路器无弧开断的同时可以大量减少IGBT数量,降低生产成本,并规避大量IGBT串联均压问题;嵌入的辅助限流模块,可以保护断路器子器件免受大电流冲击,避免电抗器对系统潮流控制的影响,提高系统的安全稳定性。最后,基于PSCAD/EMTDC开展该文所提断路器的三端系统仿真研究,仿真结果验证了所提拓扑能够有效地实现故障分断。

混合式限流断路器中快速隔离组件的设计与仿真

混合式限流断路器具有机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速分断的动态特性,是国际上新型断路器的发展方向。本文设计了一种基于电力电子器件的双向快速隔离组件拓扑结构,在EMTP中建立了快速隔离组件的仿真模型,通过脉冲电容器电源系统的短路分断试验验证了仿真模型的正确性。

液态金属限流器稳态温升仿真及试验研究

液态金属限流器稳态温升限制其通流能力,笔者对液态金属限流器的发热和传热过程进行分析,提出了适用于液态金属限流器稳态温升的仿真分析方法。根据所提出的方法,对液态金属限流器样品进行了三组稳态温升仿真与试验,通过仿真计算结果和试验数据的对比,验证了仿真方法的正确性,得出液态金属限流器通流能力随通流孔径增大而增大的结论。

高温超导故障限流器的仿真分析及等效电路研究

设计完成饱和铁心型高温超导故障限流器的实物模型,用有限元软件仿真,得到线圈运行的电感值,为变压器建立了饱和铁心型高温超导故障限流器的T型等效电路,并提供了重要的参数设置依据。用电路仿真软件运行等效电路图,将其限流效果和有限元软件中的限流效果做对比,最终验证等效电路是正确的。