高压断路器触头烧蚀及电寿命评估研究综述

随着高压断路器接近设计寿命年限其触头烧蚀情况越来越严重,评估高压断路器电寿命可提高利用效率同时保证其运行可靠性。根据近些年有关开关电器电寿命相关文献,首先从触头烧蚀数学模型出发剖析了断路器电寿命终结物理过程;然后对比了目前常用的断路器电寿命评估方法优缺点,指出数据模型是驱动设备寿命准确评估的关键,并借鉴其他类型开关电器电寿命相关研究为高压断路器靠性评估开拓了思路。最后指出高压断路器电寿命预测所面临挑战以及研究方向。

基于QPSO-SVR算法的SF_(6)断路器触头烧蚀状态评估

高压SF6断路器弧触头的接触电阻和质量损失预测在断路器状态评估中起着重要作用。该文提出了一种基于量子粒子群优化和支持向量回归(quantum particle swarms optimization and support vector regression,QPSO-SVR)的方法,能够有效预测断路器弧触头在不同电弧电流条件下的接触电阻增量和质量损失,并结合实验数据获得了SVR算法的最佳训练参数。将该文方法与其他预测方法进行比较,QPSO-SVR方法对不同电弧电流条件下的实验数据表现出良好的预测能力。其中,对于接触电阻增量的预测相对误差为3.023%,而对于质量损失的预测相对误差为4.61%,均表现出较好的鲁棒性。最后将QPSO-SVR预测得到的质量损失和接触电阻增量以及监测到的累积电弧能量进行模糊逻辑推理,构建了基于QPSO-SVR算法的触头烧蚀状态评估系统,将触头烧蚀状态分为O级烧蚀、Ⅰ级烧蚀、Ⅱ级烧蚀、Ⅲ级烧蚀4等级,可为高压SF6断路器检修提供参考。

基于AFSA优化ELM的SF_(6)断路器触头烧蚀状态评估

为评估SF_(6)断路器触头的烧蚀状态,对断路器进行模拟烧蚀试验,并采用3种不同测试电流分别测量动态电阻行程。结果表明:增大测试电流可以减少动态电阻曲线的波动;除电流烧蚀作用外,操动机构松动会造成触头分合闸不到位,导致动态电阻曲线中主触头行程不断减小。将触头烧蚀状态按照烧蚀次数划分为4个等级;从动态电阻行程曲线中提取5个状态参数作为输入参数,基于极限学习机建立触头烧蚀状态的评估模型,并使用人工鱼群算法对模型进行优化;建立未优化的极限学习机模型进行对比。结果表明:利用优化后的模型能够准确分类测试集样本的烧蚀等级,准确率为100%;人工鱼群算法可以提高模型的评估准确率,使模型具有更好的稳定性。

基于BP神经网络的弧触头烧蚀状态评估方法

高压SF_6断路器弧触头严重烧蚀,可能会造成开断短路电流失败事故。因此,及时检测出弧触头烧蚀情况并进行修复或更换,显得尤为重要。首先,通过弧触头大电流烧蚀实验,发现弧触头动态接触电阻的分布具有一定的随机性,分闸动态接触电阻更适合SF_6断路器弧触头烧蚀状态的评估。其次,基于BP神经网络,建立高压SF_6断路器弧触头烧蚀状态程度评估模型,用于高压SF6断路器弧触头烧蚀程度的评估和预测。最后,对样本数据进行评估,验证所提方法的有效性。

HGIS隔离开关触头烧蚀原因分析

混合型气体绝缘组合电器(hybrid-gas insulated switchgear,HGIS)在运行过程中,发生三相电流不平衡。为分析问题产生的原因,对HGIS进行了一系列试验,并返厂进行解体检查。结果表明:SF6气体分解物中SO2体积分数严重超标,C相回路接触电阻严重增大,C相分合闸时间测试无信号,三工位线隔离开关触头严重烧损。分析表明触头烧蚀是由设计缺陷、安装工艺不良等多个因素引起。对同类型的设备进行排查,发现多起类似问题。针对该类问题,建议厂家在设计应予以改进,并严格管制安装工艺,同时对已运行设备应加强在线监测,尽量避免使用三工位线隔离开关进行线路接地。

特高压电容器组开关触头烧蚀对开断特性的影响研究

特高压电容器组断路器开断电气寿命要求3 000~5 000次,频繁的投切操作使得断路器弧触头烧蚀磨损严重,直接影响断路器开断性能及电气寿命。为寻求弧触头烧蚀程度对断路器开断特性的影响规律,从断路器灭弧室绝缘特性和压气特性两方面开展研究。针对特高压电容器组断路器额定1 600 A电流开断工况,给出最佳的开断策略和弧触头所能承受的最大烧蚀程度。结果表明:弧触头烧蚀程度越大,开断电流值越大,弧后发生重燃的几率越大;弧触头所能承受的最大烧蚀角为82°;为保证弧后不发生重击穿,燃弧时间应小于2 ms,开断相角应在[0,0.8π]∪[π,1.8π]。研究结果可直接用于特高压电容器组开关的设计研发。

励磁开关主触头烧蚀的原因与改进

介绍了在生产中励磁开关主触头烧蚀的解决方法。

基于振动时频信号灰度共生矩阵的有载分接开关触头状态检测方法研究

分接开关在工作过程中承受显著的机、电、热应力,具有较高的故障率。本文针对触头烧蚀、磨损等缺陷,搭建M型有载分接开关实验平台,分析切换开关的固有振动特性;然后,构建开关切换过程中暂态振动小波时频信号的灰度共生矩阵,提取能量标准差作为切换过程的振动特征值;最后,模拟静触头磨损和烧蚀缺陷,提取对应能量标准差的变化规律。研究结果表明:触头磨损引起触头质量减小,2000 Hz以上高频能量标准差增大;触头烧蚀引起接触刚度降低,2000 Hz以上高频能量标准差降低。研究结果可指导有载分接开关触头状态的检测。

合闸涌流对无功用断路器触头寿命影响

无功用断路器动作频繁,关合操作时产生的合闸涌流会对弧触头造成烧蚀,加剧弧触头的机械磨损。弧触头磨损到一定程度后会造成主触头通过电弧电流,主触头遭受严重烧蚀、变形,导致断路器合闸不到位甚至爆炸。介绍某500 kV变电站一起无功用断路器爆炸的事故,基于现场情况、故障录波以及事故断路器解体的检查结果,指出了触头烧蚀、变形是造成本次爆炸事故的直接原因。提出增加动态接触电阻测试的检修建议,为无功用断路器的运行维护提供理论基础和实践经验。

中频下圆周曲面触头真空电弧特性研究

目前交流中频(360~800Hz)供电体制成为航电系统的主要发展方向,新型的小体积、轻重量、大开断容量开关的需求更加迫切。真空开关凭借自身的开断原理和结构特点,具备应用于航空领域的优势。本文设计了一种新型真空灭弧室触头结构,研究了该圆周曲面触头真空灭弧室在中频的真空电弧特性,得到了触头直径为41mm的圆周曲面触头在小开距下的真空电弧形态的演变过程、电弧电压特性、开断性能及电极表面烧蚀程度。

特高压换流站直流隔离开关烧蚀分析及改进

首先介绍了特高压某换流站金属回线转换隔离开关触头烧蚀情况,具体分析了造成触头烧蚀的主要原因,并指出了隔离开关存在合位信号不准确的严重安全生产隐患,阐明了此类隐患可能对一次设备以及直流控制保护系统的影响。同时提出了相应的解决方案,并用于现场实施,改造效果良好,可为国内其他换流站提供了借鉴。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体绝缘环网柜的接地开关关合性能模拟试验

采用C_(4)F_(7)N混合气体替代SF_(6)是提升环网柜环境友好性的重要途径。为保证供电可靠性,本文针对C_(4)F_(7)N混合气体绝缘环网柜开展接地开关关合试验,优化设备性能,支撑工程应用。首先测量了不同体积占比的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体和SF_(6)下接地开关合闸时间及速度,发现与空气下一致,表明接地开关机械特性稳定且与气体无关。然后研究了不同气体介质下接地开关预击穿特性,分析了电压和气体类型对预击穿时间的影响,结果表明随着电压增大预击穿时间增加,C_(4)F_(7)N体积占比提高预击穿时间减小。进一步利用搭建的环网柜接地关合试验回路开展了关合性能模拟试验,发现提高C_(4)F_(7)N体积占比有助于减小燃弧电荷转移量,降低触头烧蚀程度,结合混合气体液化温度和经济性指标。

改进混合型限流断路器限流特性及换流电弧能量分析

混合型限流断路器兼备了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,是国际上断路器研究的新方向。为了对高di/dt电流下混合型限流断路器的换流电弧能量进行分析,在已研制出的两种混合型限流断路器样机基础上,开展了相同实验线路参数和设定动作值条件下的两种限流断路器方案的对比实验。改进方案可将电流上升率di/dt为18A/μs的短路电流限制到7.5kA,分断动作时间1ms,相比于初始方案,改进方案分断速度更快,限流能力更强。进而计算了2种方案在不同短路电流上升率下的换流电弧能量,并分析了电弧能量对触头烧蚀特性的影响。改进方案能够有效地降低换流电弧能量,减小电弧对触头的烧蚀,提高触头寿命。研究表明改进方案更适合需要多次分断高di/dt短路电流的应用场合。

低压电器空气电弧的近期研究进展

介绍了近期电弧磁流体动力学仿真方法的应用,特别是多触头并联系统的电弧运动、频率对电弧运动过程的影响,以及触头烧蚀仿真的研究。针对低压系统,阐述了基于故障电弧电特性、故障电弧电磁辐射特性和故障电弧弧声特性等,进行故障电弧检测的方法。针对栅片灭弧室的优化设计,提出通过测量栅片电压可较为细致地评估灭弧室的性能。

测试电流对SF_6断路器动态电阻测量的影响研究

动态电阻测试可在不拆解SF6断路器灭弧室情况下获得其触头状态。为研究不同烧蚀程度SF6断路器动态电阻测试受测试电流的影响,文中对126 kV SF6断路器进行模拟烧蚀试验,在13种不同烧蚀程度下选用3种试验电流进行动态电阻测试。试验结果表明,任何烧蚀程度下,测试电流越大则弧触头测量电阻越小,弧触头行程与测试电流无明显联系,测试结果分散性随测试电流增大而减小,在触头烧蚀非常严重时,无论测试电流大小如何,测试结果分散性均很大。综合考虑测试电流对接触电阻的影响,为获得更真实的弧触头电阻并减小测试结果分散性,应尽量选择较大的动态电阻测试电流,在触头烧蚀十分严重时,必须进行大量测试,根据测试结果分布情况判断弧触头状态。