2/3匝线圈式纵磁触头大开距真空断路器分闸速度设计

合理设计纵磁触头真空断路器的分闸速度特性,可有效避免大电流开断过程中真空电弧阳极斑点的形成或缩短阳极斑点持续时间,显著提升断路器短路电流开断性能。然而,现阶段仍然缺乏线圈式纵磁触头真空断路器全行程分闸速度特性的量化设计方法。该文试验研究了电弧电流、分闸速度对2/3匝线圈式纵磁触头大电流真空电弧阳极放电模式演变的影响规律,获得了不同分闸速度下线圈式纵磁触头阳极放电模式图,据此提出线圈式纵磁触头分闸速度的量化设计方法:初始分闸速度v1应不小于其从强电弧模式演变为扩散态电弧模式的临界触头开距峰值所对应的分闸速度;平均分闸速度v2应不大于大开距活跃阳极放电模式形成的临界触头开距峰值所对应的分闸速度;同时,对比实际开断过程中触头间隙磁感应强度与阳极放电模式演变的临界纵向磁感应强度,可校验上述分闸速度特性设计的合理性,并能预测该纵磁触头以任一分闸速度开断任一短路电流时的阳极放电模式演变特性。应用上述方法,该文确定了126 kV单断口真空断路器的分闸速度特性设计值为v1=3.5 m/s、v2=3.0 m/s,并通过型式试验验证了断路器在上述分闸速度特性下的短路电流开断性能。

卡槽式支架在ZN5真空断路器中的应用

1存在的问题ZN5-10型断路器适用于三相交流50 Hz、额定电压10 kV及以下的户内电力设备中作为分配电能、线路保护、高压电动机保护、电容保护等频繁操作和故障较多的场合。该断路器ZN5真空断路器的本体和操动机构是连在一起的,机械寿命可达上万次,它克服了机构的连杆死区,分闸的可靠性大大提高。断路器外观如图1所示。作为变电站中重要的高压电气设备之一,ZN5真空断路器是每年电网检修维护的重点。

基于单元化真空断路器串并联结构的大容量高压断路器设计方案

针对目前制造工艺的高压交流断路器参数水平不能满足日益增长的电网短路电流水平引起的保护要求,提出了一种基于单元化真空断路器串并联结构的大容量高压断路器设计方案。该断路器将40.5kV光控单元化真空断路器通过均压组件串联成为110kV的高压断路器,同时利用具有高耦合度、正常工作状态下能耗小的空心分裂电抗器,有效实现了自动均流和限流功能、集成控制、成倍增大断路器承受的额定电流以及短路电流能力。对该设计的工作原理进行了理论分析及仿真计算后试验验证了其可行性,因而在真空断路器领域开创了新的技术思路,在参数指标上达到了新的高度,迄今国内外尚未出现同时达到电压>110kV、额定电流>5kA、额定短路开断电流>80kA的真空断路器。

72.5 kV快速真空断路器技术研究及开发

短路故障的快速切除对提高电网输电线路的输电能力和提高电力系统暂态稳定性至关重要。快速真空断路器是实现短路故障快速切除的理想选择。文中目标是设计一款新型单断口72.5 kV快速真空断路器并对其短路电流开断性能进行验证。采用具有多重悬浮屏蔽罩与轻量化技术的72.5 kV真空灭弧室用作灭弧器件,电磁斥力机构用作操动机构,一款特殊设计的油阻尼器用作速度调节器。为满足短路电流开断要求,依据阳极放电模式将分闸速度特性定量化调控为:前15 mm行程内平均分闸速度v1为5 m/s,满开距30 mm内平均分闸速度v2为1.59 m/s。经测试,开发的72.5 kV快速真空断路器的分合时间分别为(1.2±0.04)ms和(18±0.20)ms;进行了T100s(b)方式下的40 kA(rms)和80 kA(rms)的短路开断性能验证。开断结果显示,研制的72.5 kV单断口快速真空断路器满足了国标GB 1984—2014全燃弧时间窗口开断要求。

真空断路器弹簧操动机构的优化

真空断路器触头弹簧压力增大会导致断路器无法可靠合闸,四连杆结构在一定程度上会影响机构的出力特性和机械效益,进而影响断路器合闸的可靠与稳定。文中分析了真空断路器的动作原理,建立弹簧操动机构的数学模型;对机构中的凸轮轮廓、传动拐臂的角度和尺寸、连板与合闸滚子的尺寸参数进行优化,建立弹簧操动机构的仿真模型。动力学仿真表明,优化后的触头弹簧压力增大了58%(从1 700 N提升到2 686 N),仍能保证断路器操动机构可靠合闸。试验结果显示,触头弹簧压力为2 500 N时断路器触头能够可靠吸合,平均合闸速度降至0.68 m/s,弹跳时间缩短了18.4%,整体优化后的方案满足设计要求并具有良好的可靠性与稳定性。

基于组合赋权和WRSR的真空断路器状态评估研究

电力设备状态评估是状态检修与运行风险预测的基础。真空断路器作为电力系统中的重要设备,为保证其安全稳定运行,需要对其状态进行准确评估。针对目前真空断路器状态评估中存在的状态指标权重单一、评估模型复杂等不足,文中以ZN63A-12型真空断路器为研究对象,提出了一种基于组合赋权和加权秩和比(WRSR)相结合的综合评估方法。首先通过选取真空断路器的4项特征状态指标,建立状态评估体系;其次采用组合赋权法计算每项指标的权重;接着根据所测数据,运用加权秩和比法对6台真空断路器进行分档排序,并对其进行状态评估;最后,将运用该方法的评估结果与专家现场评估结果进行比较,验证该方法的有效性。研究结果表明:该方法可以对多台真空断路器进行状态排序,并可以此为依据制定检修策略,有效地提高了检修效率。

融合连续过渡模型与Helmer模型的真空断路器开断模型研究

真空断路器广泛应用于中压等级电网中,在频繁操作场景下易出现过电压问题,而真空断路器的弧后暂态过程直接决定了其分断特性和过电压特征。为解决现有真空断路器模型难以同时对其弧后过程和高频特性仿真的问题,该文搭建了融合连续过渡模型和Helmer模型的真空断路器开断模型,并通过试验和计算确定其仿真参数。以切除35kV系统用并联电抗器为例,研究该真空断路器融合模型与连续过渡模型和Helmer模型计算结果的差异。结果表明,融合模型能够同时考虑弧后介质恢复过程中重击穿和冷间隙重击穿现象;其弧后参数计算与连续过渡模型基本一致,高频开断特性和Helmer模型较为接近。通过分析高频开断过程中的鞘层生长和重击穿情况,可以得到引起真空断路器高频重击穿的主要原因。该文仿真结果验证了所提出的真空断路器开断模型的准确性,可为真空断路器高频分断条件下的弧后鞘层发展分析和重击穿原因判断提供参考。

投切并联电容器时真空断路器连续重燃事故的机理分析

并联电容器作为无功补偿装置,要随电力系统的无功负载变化进行频繁投切。由于用于投切的真空断路器重燃率较高,切除并联电容器时容易发生重击穿故障。文中针对西北某330 kV变电站低压侧采用真空断路器切除35 kV电容器时,两相电容器分别发生鼓包喷油的严重事故展开研究。通过现场检查、过电压理论分析及电磁暂态仿真分析等手段,分析获得了故障产生的原因。仿真波形与事故录波波形完好吻合,验证了所提出事故发生过程的准确性,并证明了真空断路器连续重燃是电容器故障的根本原因。最后,提出改善措施以降低真空断路器发生重击穿的概率,以避免切除并联电容器时重击穿事故的发生。

高比例新能源接入下快速真空断路器容性开合能力提升研究

随着新能源高比例接入电力系统,尤其用户侧随机性和波动性较大的分布式光伏大容量接入10kV中压配电网并网运行,导致系统电压波动较频繁,易造成常规变电站10kV侧并联电容器组无功补偿更加频繁投切,常规无功补偿投切断路器容性开合能力已不满足要求,因此有必要开展高容性开合能力真空断路器关键技术研究及工程化样机研制。文中分析了实际三相背靠背电容器组投切工况,提出了容性开合能力提升影响因素,据此提出无功补偿快速真空断路器关键技术参数,设计了快速真空断路器同轴垂直分相操作结构并阐述工作原理。优化设计了断路器分合闸特性以适配容性开合性能,开展了高压大电流老练试验技术研究,提升了触头表面组织形貌,提高了抗熔焊能力和介质恢复速度。为进一步提高容性开合能力,结合选相技术,提出了选相关合策略,研究影响关合算法精度的影响因素,确保充分抑制关合涌流产生。依据上述研究成果,研制了12kV无功补偿用高容性电寿命快速真空断路器,并开展了型式试验验证,试验结果表明该快速真空断路器不选相和选相分别完成2轮C2级共计416次三相背靠背电容器组开合试验,试验过程中未发生重击穿现象,性能指标满足技术要求,具备工程应用条件。

真空断路器铜铬金属蒸气等离子体非局部热力学平衡态物性参数分析

真空断路器在大电流故障开断过程中,以真空为介质条件的灭弧系统内所产生的金属蒸气电弧等离子体组氛与电极材料特性密切相关。为了研究开断过程中金属蒸气等离子体物性参数的变化,以真空断路器CuCr25~CuCr75触头电极材料为研究对象,建立非局部热力学平衡模型,研究铜铬合金不同配比下金属蒸气等离子体粒子组氛分布。采用统计热力学方法求得等离子体热力学参数,分析不同合金配比下比焓和比定压热容分布;利用Chapman-Enskog法计算等离子体输运参数,探究铜铬合金材料配比对电导率的影响。

中压真空断路器在线监测系统设计

随着中压真空断路器行业的生产正逐步向规模化生产方向转变,但是与国外发达国家的技术水平相比还相差甚远,尤其体现在断路器的智能化技术方面。因此,本文提出了一种中压真空断路器在线监测系统设计,采用多种传感器对断路器进行基于电力系统运行和故障管理等方面的信息感知与数据提取,并研发一种多维度、多协议数据信息获取的多协议转换系统,可实现多种传感装备通过单一模块进行信息获取,上传至断路器的主控制模块,同时可根据需要进行自由组合配置。

真空断路器触头压力自适应调控技术研究

真空断路器作为电力系统中的关键设备,其工作原理主要是基于真空灭弧室中的触头进行电流的开断与闭合。真空灭弧室由于其内部的真空环境,使得触头间的电弧燃烧受到极大的限制,从而实现了快速且有效的电流中断。触头在真空断路器中的作用至关重要,其接触质量、运动特性等都会直接影响断路器的性能。在真空断路器的工作过程中,触头压力是一个重要的参数。合适的触头压力可以确保触头间的稳定接触,减少燃弧的可能性,提高断路器的开断能力和使用寿命。若触头压力不足,可能导致接触不良,增加燃弧风险;而触头压力过大,则可能加速触头的磨损,降低断路器的寿命。本研究旨在深入探索真空断路器触头压力自适应调控技术,通过开发一套智能调控系统,实现对触头压力的实时监控和自动调节,以提高真空断路器的性能和使用寿命。

40.5 kV及以下C-GIS真空断路器低温环境下机械操作性能的试验研究

40.5 kV及以下C-GIS真空断路器在低温工况下机械操作异常偶有发生,迫切需要提高低温时的机械操作可靠性。对真空断路器低温环境下机械操作性能的影响因素进行了深入分析,并通过试验的方法对低温下的机械操作性能进行了研究。试验结果表明:(1)润滑脂的粘性阻力是影响真空断路器在低温环境下操作异常的主要因素。(2)真空断路器传动链运动副选用低温润滑脂在正常环境温度以及低至-30℃时均可保证正常机械操作。真空断路器的传动链运动副优化及低温润滑脂选用提高了机械操作的稳定性和可靠性。

直流真空断路器永磁斥力机构运动特性监测系统研究

针对短行程直流真空断路器永磁斥力机构运动速度快、动态参数多且难以精准监测的问题,文中设计了一种多参数动态特性监测系统。以400 V/400 A/25 kA直流真空断路器永磁斥力机构为研究对象,采用光耦隔离技术采集分合闸线圈电压模拟信号,同时采用传感技术和二阶滤波的方式对电流信号与位移信号进行降噪采集,并基于C#自主开发上位机显示界面,实现短行程快速操动机构多参数的实时同步显示。通过与高精度电流传感器和机械特性测试仪监测参数的比对分析可知,系统采集误差可控制在3.5%以内。

真空断路器弹簧机构凸轮优化与虚拟样机验证分析

机构刚合速度特性是影响真空断路器合闸可靠性的关键因素,为减小机构动态冲击实现可靠关合,文章以10 kV交流真空断路器用弹簧操动机构为研究对象,以真空灭弧室动触头刚合运动特性为设计目标,采用响应面法对凸轮结构进行参数化设计。通过改变凸轮结构形面参数以及合闸簧预紧力,实现机构运动特性的优化。比对分析结果表明,在保证机构运动特性的前提下,选择以刚合速度时间特性优化凸轮轮廓可以提高机构合闸运动的可靠性。

基于光控真空断路器模块串联的126kV三断口真空断路器设计与试验

为将真空断路器应用于更高电压等级,多断口真空断路器的研究成为行业内的热点问题。在分析总结此前研究成果的基础上,设计了一种由3个光控真空断路器模块(FCVIM)串联组成的126 k V真空断路器。断路器按照U形方式串联光控真空断路器模块,光控真空断路器模块主要由外绝缘部件、真空灭弧室、均压电容、永磁操动机构及其控制器和操动电源等部分组成,在低电位通过光纤控制技术对工作于高电位的永磁操动机构进行控制。对三断口真空断路器和单断口真空断路器模块分别施加雷电冲击电压,结果显示三断口真空断路器相对单断口真空断路器的击穿电压增益倍数为1.59;在并联不同均压电容和人为制造三断口不同步分断情况下研究三断口真空断路器暂态电压分布特性,发现低分散性操动机构和均压电容的应用可以有效提高其开断能力。三断口真空断路器在额定电压下成功开断40 k A短路电流,在不同试验方式下完成重合闸操作,并已顺利通过挂网试运行。

高压电气试验研究——以高压交流真空断路器关合操作为例

开展高压电气试验研究的主要目的是明确高压交流真空断路器的关合操作,优化相关调研技术结果,简言之就是要采用到合成试验方法形成研究项目。目前合成试验方法已经得到广泛应用,它在高压电气断路器中的分断能力考核已经达标过关。在本文中就详细研究解析了高压电气试验,对高压交流真空断路器的关合操作内容进行阐述。

真空断路器结构与传动特性分析

铁路构成了我国的基础设施框架,扮演着经济活动核心的角色,也是大众日常出行不可或缺的选择。在交通运输领域,铁路充当着坚强的支柱,确保其运行安全对民众、社会以及国家的利益至关重要。真空断路器作为铁路列车的重要高压设备,其地位日益凸显。它不仅是确保铁路运输安全与高效的关键要素,还肩负着传递电能,运载动力的重任。真空断路器的结构安全和气动性能对铁路列车顺畅运作是极其关键的。

真空断路器弹簧操动机构分闸弹簧的优化设计方法

操动机构分闸弹簧设计时,为解决分闸弹簧出力特性和负载特性不匹配带来的分闸保持不住、分闸速度过大或过小等问题,提出一种分闸弹簧的优化设计方法。首先计算出分闸过程中的力矩与功,然后根据功能原理计算出各位移点的分闸速度,最后根据分闸速度和能量要求等因素对分闸弹簧进行优化。结果表明,优化后的分闸弹簧可使分闸过程中的出力特性和负载特性合理匹配,保证机构可靠分闸的同时,得到满足要求的分闸速度。通过理论计算和试验验证证明了所提优化方法的可行性,为真空断路器弹簧操动机构的分闸弹簧优化设计提供了有益指导。

35kV真空断路器开断并联电容器过电压分析

针对一起35 kV真空断路器开断并联电容器故障实例,利用EMTP-ATP软件搭建仿真模型,模拟真空断路器开断并联电容器出现过电压的情况,分析比较避雷器与阻容过电压保护器对重燃过电压的抑制效果,同时根据网内并联电容器实际运行情况提出相应的技术建议,为真空断路器开断并联电容器过电压相关问题提供一定参考。