交流罐式洁净空气绝缘开关设备中弹簧触指及三相母线的发热功率计算和分析

罐式洁净空气绝缘开关设备是理想的环保开关升级解决方案,相较于箱式结构产品,其绝缘性能更优,但是其大电流发热温升问题仍较为突出。文中结合一种40.5 kV罐式洁净空气绝缘充气柜产品,从降低发热功率角度对其弹簧触指电连接和三相母线进行了建模和比较计算。采用有限元法建立了一种V字形弹簧触指电连接模型,计算了交变电磁场对并联触指分流的影响,比较了双弹簧触指和单弹簧触指的通流和功耗差异,量化计算了触指材料对发热的影响,确认了一种优选的钴青铜双触指电连接方案。通过建立三相母线的三维电磁场模型,研究了集肤效应和邻近效应对三相导体发热功率的影响,比较了可选的铝合金材料,确认选用一种高导电铝合金空心导体作为优选的设计方案,并计算比较了母线导体的交流电阻和直流电阻差异。文中所得结论和建模仿真方法,对交流大电流环保电器产品的触指及导体设计具有指导意义。

高压隔离开关触指压力测试仪的研制

从供电公司对高压隔离开关进行检修遇到的实际问题出发,研制了一种基于应变式称重传感器的开关触指压力检测装置。给出了装置的总体结构,包括模拟触头测量部分、连接手柄、信号线和显示器四部分。模拟触头测量部分包括应变式称重传感器、模拟触头板和垫片,将高压隔离开关触指压力通过应变式称重传感器测试输出;分析研究了该测试仪的硬件组成、电路结构、软件结构,并进行了标定和实测,结果表明,测试仪设计合理、结构紧凑、测量精准,为高压隔离开关的电力检修提供了有效支持。

换流变阀侧套管表带触指接触电阻数值计算

换流变阀侧套管的载流连接结构由中心导杆、载流端子以及表带触指组成。为了研究单片表带触指接触电阻与其所受压力的关系,基于Greenwood和Williamson接触模型(G–W模型)推导出单片表带触指接触电阻与压力的关系式,引入表带触指受力偏转修正和接触区域表面轮廓修正,得到3种不同电极组合(紫铜–紫铜、紫铜镀银–紫铜镀银、铝合金镀银–铝合金镀银)下单片触指接触电阻与压力的关系。同时,开展试验验证触指的受力偏转现象,测量了不同电极组合下单片触指随压力变化的接触电阻。研究结果表明:接触电阻随压力增大而减小,当单片触指压力为5~9 N时,修正后计算值与试验值的相对误差在10%以内,验证了修正的准确性。该研究可为提高套管电连接可靠性提供参考。

±800 kV换流变压器阀侧套管表带触指型电连接结构地震响应分析

近年来,国内外发生多起由于套管电连接结构失效导致的过热和放电故障,为探究表带触指型电连接结构在地震作用下的响应,建立了带有该型电连接结构的±800kV换流变压器有限元模型,并进行地震作用下的动态接触响应分析。根据接触电阻数值计算模型提出触指页片3级失效指标,分析高失效风险触指页片的分布规律及原因,揭示地震作用下该型电连接结构的失效机理。结果表明:在正常工况下,阀侧套管因倾斜悬臂的安装方式,自重会导致其尾部的电连接结构无法完全对中,表带触指不均匀受压,并在连接公头端部出现新的接触区域;在地震作用下,表带触指在3个主要位置的触指页片失效风险最高,电连接结构的电阻相较于正常工作状态明显增大,并保持在较高水平;动力时程分析结果表示:表带触指型电连接结构有不容忽视的地震失效风险,连接公头与连接母头间的相对运动所造成的触指页片接触力变化是导致其失效的主要原因。相关结论可为换流变阀侧套管电连接设计、选型和过热型故障分析提供依据。

基于电—热—力耦合的螺旋弹簧触指稳态温升分布仿真研究

气体绝缘金属封闭开关(GIS)中的母线触头弹簧触指热故障频发,甚至引起弹簧触指烧断并诱发击穿事故。文中构建了弹簧触指的三维电热机多物理场耦合仿真模型,首先基于经典Cooper-Mikic-Yovanovich(CMY)理论计算接触电导与接触热导,研究了考虑导杆重力作用下的弹簧触指温升分布,其次通过真型试验进行模型验证,最后基于仿真计算分析了不同损伤状态下的弹簧触指温升分布,分析了损伤程度与损伤范围的影响,仿真结果与母线弹簧触指热故障的普遍特征吻合。文中对母线触头弹簧触指热故障排查分析,及其结构优化设计具有重要指导意义。

GIS设备用表带触指电连接结构接触电阻的分形理论计算与分析

电连接结构的接触电阻(electrical contact resistance,ECR)是评价电接触系统可靠性的重要指标。表带触指是环保气体GIS设备中重要的电连接部件,其ECR不仅影响回路总电阻,通流过大导体振动、安装不当等因素也会导致电接触不良,引发触指局部过热,引起绝缘放电等故障,还会关系到环保气体GIS设备的运行稳定性。为研究触指ECR的产生机理和变化规律,采用MATLAB和激光共聚焦显微镜捕捉接触区域灰度图像,获得触指接触区域的名义接触面积Aa和分形维数D;运用分形理论模型,数值计算了表带触指电连接结构的ECR,并通过ECR试验测量,验证了应用分形理论模型解析计算表带触指电连接结构ECR的合理性和准确性;研究了表带触指电接触过程中的弹性变形、第一弹塑性变形、第二弹塑性变形和塑性变形4个阶段,对比分析了不同分形维数对触指电接触实际接触面积的影响规律。研究发现:分形理论模型可用于GIS设备用表带触指的接触电阻理论计算;触指电接触表面形貌越复杂,分形维数越大,触点变形越先进入弹塑性阶段,也越易进入第二弹塑性变形阶段,达到相同承载能力所需实际接触面积也越小。研究成果有助于环保气体GIS电连接结构的优化设计,可为环保气体GIS设备触指电连接结构的多物理场计算和电接触性能的状态评估提供理论基础。

梅花触指弹簧的力学性能测试技术分析

梅花触指在断路器、隔离开关及GIS等电气设备中都具有重要的应用,保证梅花触指弹簧处于良好的运行状态,有利于提高电气设备的运行可靠性。如果梅花触指的压力下降,就可能会出现触头熔焊等问题,为此有必要对梅花触指弹簧的力学性能进行测试。首先分析了弹簧触指的类型及特点,然后阐述了梅花触指的建模技术,最后设计了梅花触指弹簧的力学测试装置,对于提高梅花触指弹簧的力学性能测试技术水平有一定价值。

一种二位置开关触指自动打磨设备设计

本文简要介绍了二位置开关触指的用途、检修车间手工打磨工艺现状及存在的主要问题。针对触指检修,设计开发了用于触指自动打磨、非接触式参数检测的自动化设备,该设备主要由六轴机械手、3D激光检测系统、恒力控制双工位打磨砂带机、上下料机构夹爪组成并介绍了各个设备的用途及主要技术参数。同时,详细介绍了打磨、抛光的工艺过程及主要工艺参数,并列举了触指检测的工艺过程及简单的算法。经过现场实际应用,设备性能符合设计预期,有助于提升触指检修工作效率和质量。

高压隔离开关自力型触指/触头结构仿真分析与优化设计

根据高压隔离开关自力型触指/触头机构服役工况,利用Solidworks软件建立自力型触指/触头有限元分析模型,在ANSYS Workbench集成开发环境(AWE)下对自力型触指/触头结构参数进行了优化设计,并分析了设计参数对自力型触指所受最大等效应力、剪切应力和变形的影响。结果显示:触头直径和触头摩擦行程与各响应变量之间均呈现出正相关关系,且触头直径的变化对响应变量的影响比触头摩擦行程对响应变量的影响更大。经多目标优化后,自力型触指/触头最佳结构参数为触头直径63.39 mm,摩擦行程15.24 mm。

弹簧触指的稳态温升仿真与实验研究

高压断路器触指部位的仿真是热分析中的关键问题。各类高压电器的触指部位在稳态工作状态下往往是最高温升点,却因结构复杂而难以实现准确仿真分析。笔者以弹簧触指为核心部件,外加其他必要结构所构成的弹簧触指导电回路为对象,通过对发热、传热二者作用规律的合理分析和建模,提出了一个适用于弹簧触指温升的仿真分析方法。根据所提出的方法,笔者对弹簧触指样品进行了交、直流各4组稳态温升仿真,通过仿真计算结果和实验数据的对比,验证了仿真方法的正确性,对高压电器设计及其他复杂触头结构的温度场仿真具有一定的参考意义。

高压隔离开关分合闸过程触指压力检测技术与应用

针对高压隔离开关安装过程中触指压力的检测需求,提出了一种可在分合闸过程中实时连续测力的新型触头。采用机械原理,推导了触头受力和触指变形之间的关系。在考虑实际工况的前提下,给出了测力触头的结构设计。最后在所建的高压隔离开关试验平台上对隔离开关分合闸运动过程中的触头压力进行了测试。试验结果表明:设计的测力触头可以对触指压力进行实时连续检测,连杆长度的变化会使触头触指啮合位置不正,触指单边压力增大;根据触指压力变化曲线可以判断单相导电臂分合闸同步性和三相同期性检测。因此,该新型测力触头可对高压隔离开关的安装提供帮助指导。

螺旋弹簧触指的研制及应用

根据螺旋弹簧触指的服役条件及失效形式，对螺旋弹簧触指材料的选用、成型、焊接、强韧化处理等技术进行了研究。研制出了一种可用于高压六氟化硫断路器的高性能触指。结果表明，QBel．9变形铍青铜经（345±3）℃×（1．5—2．0）h时效处理后，其抗拉强度为930MPa，能满足触指的使用性能要求；焊接强度为492MPa，与母材的抗拉强度相当（520MPa）；经折弯成型后，其几何精度能满足产品设计要求；触指的平均使用寿命在1万次以上，达到国外同类产品的水平，而价格明显降低。

高压隔离开关触指压力测试仪研究与设计

针对电力系统高压隔离开关检修的需要,进行检修方法的研究和装置的设计。利用ANSYS软件对隔离开关触指热稳定性进行仿真分析,得到了触指压力与温升的关系。在此基础上,进行了压力测试仪的设计。压力测试仪主要由触指压力传递结构、薄膜压力传感器和显示器等部分组成。随后详细介绍了其硬件组成、电路结构、工作原理和应用效果。测试仪设计合理,结构紧凑,测量精准,为高压隔离开关的电力检修提供了有效支持。

三联体高压隔离开关自力型触指结构优化及成形模具设计

Cu-Cr合金的强度、刚度优于紫铜,是高压开关自力型触指零件优先选择的新型材料,目前仍有不少自力型触指结构沿用传统紫铜材料下的结构,没有发挥新型材料的优势。文章以三联体自力型触指为研究对象,以新型Cu-Cr合金材料性能参数为依据,采用有限元数值模拟进行结构分析和参数敏度分析,确定影响触指结构的关键参数为触指的厚度,继而对自力型触指的结构参数进行优化;根据优化后的零件结构设计了精密成形模具,生产出合格制件。经比较表明,优化后触指最大等效应力为315.37MPa,最大剪切应力为181.24MPa,最大变形为2.55mm,满足使用要求;优化后触指厚度由传统紫铜材料的5mm降低为3.43mm,较传统紫铜材料减重达30%。

基于Ansys Workbench的不同截面型式自力型触指/触头配合结构优化设计

采用Cu-Cr合金材料,利用Solidworks建立自力型触指的矩形和W型截面触指/触头配合结构三维模型;通过DOE分析选取设计变量;运用Ansys Workbench的参数目标驱动优化对其结构参数进行了优化仿真。2种不同截面配合结构的最大应力和最大变形量的对比显示:随着触头直径、触指厚度以及摩擦行程的增大,各响应变量与之成正比例关系,且触头直径与摩擦行程对响应变量的影响比触指厚度的变化对响应变量的影响更大。经过多目标驱动优化后,矩形触指的最大变形量为6.6 mm,而W型触指最大变形量为2.6 mm。因此,当触指的几何尺寸和材料均相同时,W型截面力学性能要优于矩形截面。

触指成形工艺分析及其模具设计

分析了触指的成形工艺,提出了触指成型模具的设计方案。设计时对工序的布置进行了精细的考虑以保证零件的尺寸精度。和传统模具相比,该模具操作简便,生产效率高,能满足大批量的生产要求。

弹簧触指结构电接触性能的研究进展

触指结构现广泛应用于大功率电气互联器件中,其电接触性能已成为制约系统互联互通的关键。本文针对该领域的国内外研究现状,重点分析了触指结构的特点,以及插拔特性、磨损性能、接触电阻和接触温升等方面的研究成果。

110kV高压隔离开关触指装配工具的研制

根据110 kV高压隔离开关指形触头的特点,研制了触指装配工具,利用机械联动原理实现了单根触指的独立拆装。该工具所用装配方法完全区别于传统装配方法,能够有效保护触指镀层不被损坏,避免了在触指更换过程中对导电杆进行拆装时需要调节三相同期的问题,工作效率大大提高,减少了停电检修时间,提高了供电可靠性。

无磁不锈钢触指弹簧制造技术研究

采用130M无磁不锈钢制造开关柜产品上的梅花触指弹簧,将130M无磁不锈钢丝弹簧进行回火处理,系统研究了回火温度和时间对材料的硬度、拉伸性能以及弹簧样件特性值的影响,并通过盐雾实验研究其耐腐蚀性能。结果表明,130M无磁不锈钢弹簧的回火工艺温度范围较宽,回火后的130M钢丝的硬度和抗拉强度提高,弹簧特性值接近理论计算值的上限,弹簧的尺寸、特性值和外观质量满足技术要求。

高压隔离开关触指压力的测试

通过高压隔离开关触指压力仪器的开发,使触指压力的现场测试得以实施,减少了由于触指压力不符合要求引发的高压隔离开关过热故障缺陷,完善了高压隔离开关的测试项目。