高压交流限流熔断器撞击器性能的试验技术研究

高压交流限流熔断器已广泛应用于配电网络,是保证电力系统安全运行的重要保护元件。一部分高压限流熔断器安装有用于动作指示和驱动其他开关装置分闸的撞击器,其安装的撞击器性能是确保故障发生时熔断器与开关设备之间正确配合的重要因素,因此有必要开展高压交流限流熔断器撞击器试验技术的研究,并分析其可行的试验验证方法。文中通过对高压交流限流熔断器撞击器性能验证试验方法的研究,结合标准中关于撞击器试验的要求,主要针对撞击器开展动作试验研究,包括动作试验的实施、释放能量的测量、最小耐受力的测量、行程持续时间的测量等内容,并通过试验验证证明以上研究内容实施的可行性和合理性。文中提出的高压交流限流熔断器撞击器性能试验验证的实施方法将对该类产品的高质量发展具有重要意义,同时也对相关开关设备所用高压限流熔断器的合理选型提供帮助。

混合型限流熔断器触发装置用电流互感器铁芯结构设计

针对短路电流保护装置的电流测控单元因电子元器件失效或电源掉电而导致保护装置拒动的问题,提出了一种无源电磁式电流互感器,分析了触发装置的工作原理,根据铁芯材料的磁化特性曲线,确定了互感器有效工作区间内铁芯的最大磁感应强度。针对铁芯在大电流条件下磁通容易饱和的问题,通过仿真分析了气隙分布对互感器内磁感应强度的影响。设计出在短路电流峰值为15 kA时仍可有效工作的电磁式电流互感器铁芯结构,三维瞬态电磁场仿真显示短路电流上升率为20 A/μs、二次绕组匝数为30匝时,铁芯二次绕组侧输出电压不小于14 V。最后设计制作了采用无源电磁式电流互感器作为触发装置的混合型限流熔断器工程样机,并进行了短路电流检测实验,实验结果与仿真基本一致,证明了铁芯设计的准确性和有效性。

大电流电弧触发式混合限流熔断器分析与设计

为解决电弧触发式混合限流熔断器在大电流场合下的应用问题,针对其关键技术开展了深入研究,重点对电弧触发器进行了优化设计。通过建立电弧触发器的热电耦合模型,分析了熔体结构尺寸对其温升和弧前特性的影响,旨在提高其熔体的载流密度,在满足温升要求的前提下缩短其熔断时间,提高故障检测速度。研制了2000 A/640 V工程样机,额定通流功耗144 W。在预期电流峰值100 kA、时间常数4.17 ms的短路试验中,电弧触发器在短路后700μs熔断起弧,整机弧前时间1.1 ms,全分断时间仅为1.85 ms,短路电流峰值19 kA,弧前焦尔积分值仅为同规格快速熔断器的1/28。

高压混合型限流熔断器用电弧触发器的弧前特性

采用电弧触发器的高压混合型限流熔断器相对于普通限流熔断器具有功率损耗低、限流能力强的优点;相对于采用电子控制的混合型限流熔断器而言,因为无需外部电源、传感器及电子控制单元,提高了可靠性,减小了体积。为促进其应用,针对其关键部件——电弧触发器开展研究,设计了额定电流500 A的电弧触发器,建立其热电耦合模型,基于该模型分析了不同电流上升率及焊接状况下触发器的弧前特性。研制了电弧触发器实验样机并完成了系列起弧实验,实验结果验证了设计和分析的正确性。

高压真空式全范围限流熔断器

为满足电力系统容量不断扩大的需要,迫切要求生产一种全范围限流熔断器。经西安交通大学设计,由杭州博达电器有限公司密切配合,研制了高压真空式全范围限流熔断器。现介绍如下: 1.结构如图1所示。

10kV/2kA混合型限流熔断器用电弧触发器的分析与设计

电弧触发式混合型限流熔断器是电子测控式限流熔断器的一种更新装置,具有可靠性高、体积小、成本低等优点,但现有产品的最高额定电流只有600A,额定极限分断电流只有25kA。为此,对电弧触发式装置进行了分析,认为制约其额定电流和极限分断电流水平的关键因素是电弧触发器的动作快速性不够,提高动作快速性的有效方法是提高狭颈的载流密度。基于ANSYS 11.0软件对电弧触发器进行仿真分析和参数优化,获得了电弧触发器熔体的优化设计结构。实际制作的电弧触发器,其狭颈额定载流密度高达3 300A/mm2,可用于额定电压10kV、额定电流2kA、额定分断能力40kA的混合型限流熔断器。

新型混合型限流熔断器方案设计及其介质恢复特性研究

现有限流熔断器中的高速开断器通常采用炸药爆炸产生的冲击力驱动进行分断,炸药在实际应用中存在易分解、不耐高温和安全性低等缺陷。该文针对炸药型开断器存在的问题,设计了一种采用电磁斥力机构和绝缘窄缝灭弧室的新型开断器,并基于该开断器提出了一种电弧触发器外置的混合型限流熔断器方案。开展了额定直流640 V/2 kA限流熔断器设计,进行了新型开断器的分断测速试验和介质恢复试验及其高速摄像。试验表明,电磁斥力机构驱动的绝缘栅片可在200 s内将银片顶断起弧换流,且通过加装绝缘窄缝灭弧室,开断器电弧在灭弧室中受到绝缘器壁的冷却而快速熄灭,在燃弧能量为8.2 J的情况下,经过180 s的介质恢复时间,能够承受1.5 kV电压,其介质恢复强度要明显好于没有灭弧室的情况。为了进一步减小开断器上的燃弧能量以提高其介质恢复强度,该文又提出了一种电弧触发器内置的改进混合型限流熔断器方案,开展了该方案的介质恢复试验和温升试验,结果表明开断器所需的介质恢复时间得到进一步缩短,可在100 s的介质恢复时间后承受1.5kV电压,该方案的介质恢复特性和温升特性可以较好的满足实际系统要求。

混合型限流熔断器爆炸活塞式高速开断装置炸药腔室结构分析及优化

爆炸活塞式高速开断装置的炸药腔室结构直接影响混合型限流熔断器的动力、电气性能,不合理的结构会使动子获得的动能降低,导致分断能力下降甚至分断失败。针对此问题,以LS-DYNA为仿真平台建立了非线性动力学模型,对炸药腔室的结构进行了研究,得到了冲击波在炸药腔室内的传播规律,并分别分析了炸药与活塞距离、活塞半径、药腔半径对开断性能的影响,结果表明炸药腔室结构参数存在最优值。最后设计了额定900 V/1 000 A的装置样机进行了分断特性和短路开断试验,试验中开断器动子位移与仿真一致,样机成功分断了预期峰值40 k A、电流上升率12 A/μs的短路电流,机械刚分时间为84μs,短路电流峰值被限制在22.7 k A,表明仿真模型与相关研究结论可用于指导爆炸活塞式高速开断器的结构优化设计。

基于电磁斥力型开断器的限流熔断器设计与实验

快速限流熔断器是目前商用化最广泛的限流保护技术之一,然而现有快速限流熔断器中的开断器大都采用炸药爆炸产生的冲击力进行驱动使其分断,炸药在实际应用中存在易分解、不耐高温、安全性低、价格昂贵等缺陷。本文针对炸药型开断器存在的问题,在已研制出的限流熔断器基础上对其开断器进行了改进设计,提出了一种基于电磁斥力型开断器的新型限流熔断器方案,其特点是采用了电磁斥力技术代替炸药来实现开断器的快速分断。开展了额定320V/3kA直流限流熔断器样机的设计及分析,进行了电磁斥力型开断器的分断测速实验和温升实验。实验表明电磁斥力型开断器可以达到与原炸药型开断器相近的工作性能,最后通过限流熔断器样机分断预期25kA短路电流实验证明了新方案的可行性及有效性。

用EMTP/ATP研究高压限流熔断器暂态过程

为正确模拟高压限流熔断器的熔断过程及熔断过程中产生的电压、电流对短路试验系统的影响,以电磁暂态分析程序EMTP/ATP为平台,以高压限流熔断器短路试验系统为研究主体,建立了含有熔断器和氧化锌避雷器的非线性电路仿真模型并对高压限流熔断器暂态过程进行了仿真分析。仿真电路中为了更加准确地模拟出熔断器电阻的复杂变化过程,采用了多个时变非线性电阻串联的方法来等效熔断器电阻。与传统的用单个时变非线性电阻等效的方法相比,该方法使熔断器暂态过程的模拟更加精确。仿真算得的熔断器暂态过程主要参数与实际试验结果比较一致,充分说明了该种方法对于模拟高压限流熔断器暂态过程的正确性。

基于电磁斥力开断器的直流限流熔断器设计方法与限流特性

在考虑短路分断特性和温升特性要求的基础上,得到了额定直流640 V/2 k A限流熔断器的性能指标设计约束条件,推导出了各性能指标的解析计算式和各组件参数的设计原则。分析了不同短路电流上升率下的限流特性,结果表明:介质恢复时间tz和起弧分断时间tp都随着短路电流di/dt的增大而减小,限流峰值Ip随着di/dt的增大而增大。为了进一步增加介质恢复时间和改善限流性能,采取了减小电弧触发器支路电感的方法,改进后的样机可将di/dt为8.3 A/μs的短路电流限制在22.2 k A,tp减小为3.3 ms,tz增加到600μs,限流熔断器限流性能和可靠性得到了明显提高。

高压限流熔断器的过电压动态仿真与数值计算

以高压限流熔断器短路试验系统为研究主体,用MATLAB建立了动态仿真模型对熔断器熔断过程进行仿真。建立了用于电磁暂态过程计算的数值计算模型,运用半隐半显格式的Callahan算法分析计算了熔断器的开断过电压,得到了过电压波形。仿真波形与计算波形均与实际试验波形基本吻合,充分说明两种方法的正确性,它们可以较好地模拟出熔断器短路试验时的开断过电压情况,还可用于其它非线性电路过电压的求解以及电磁暂态过程的计算。

采用电流变化率判断短路电流的新型限流熔断器

本文阐述了开发一种新型电力熔断器的必要性，并介绍了其组成结构及应用范围，着重分析了短路电流的特点，并根据短路电流变化率具有在短路瞬间即可报告短路发生的特点，设计了新型的大电流高电压限流熔断器。

基于卡拉汉数值仿真的限流熔断器暂态计算

高压限流熔断器因其限制短路电流能力强、保护性能好而在电力系统中正得到广泛应用,但是熔断器保护动作引起的过电压往往容易对系统设备造成不利影响。为此,基于卡拉汉数值算法着重研究限流熔断器动作过程中的过电压及电流暂态。首先建立了高断力限流熔断器保护动作过程的非线性电阻模型;接着运用半隐格式的卡拉汉数值算法代替EMTP/ATP软件,计算得到了限流熔断器试验回路的熔断器过电压和开断电流波形,数值建模和仿真计算中还综合考虑了其过电压保护MOA避雷器的影响;最后得到了与热效应相关的熔化I2t和合闸相角关系曲线,这对于试验考核熔断器的性能具有指导意义。数值计算与现场实测的比较结果证明,卡拉汉数值算法具有较高的精确性和可靠性,编程实现简便,程序灵活适用,模拟结果准确,可以避免大量现场重复的试验工作,该研究结果对限流熔断器试验可提供实际的参考依据。

限流熔断器弧前时间-电流特性的仿真

针对限流熔断器的弧前过程,建立了三维热电耦合模型,利用Ansys软件进行仿真,获得其弧前时间-电流特性。结合实际熔断器产品,通过仿真与试验结果的对比表明,计算误差满足工程实际需要,验证了该仿真模型和计算方法的正确性。

新型混合式限流熔断器设计分析

基于电弧触发的混合式限流熔断器方案,采用电弧触发器取代了现有混合式限流熔断器中的电子检测控制装置,分析该方案限流过程中的关键技术,设计研制样品。模拟短路限流试验验证分析设计的正确性,结果表明,基于电弧触发的混合式限流熔断器可靠性高、结构紧凑、限流能力强,具有广泛的应用前景。

高压限流熔断器低过载电流开断性能的试验研究

本文介绍了高压限流熔断器低过载电流分断试验的试验方法和测试手段,通过试验,研究了不同熔体对低过载电流分断性能的影响,并对试验结果进行了理论解释,得出下列结论:减小熔体截面尺寸,增加熔体并联数有利于改善熔断器低过载电流的分断性能。

限流熔断器的弧后残躯电流测试研究

介绍了测量弧后残躯电流的测试装置及其与测试装置有关的直流放大器线路和要求 ,并对测试线路和测试方法进行了描述和分析 ,详细讨论了试验结果。

直流限流熔断器的合成试验方法研究

直流限流熔断器分断后,线路电流没有自然过零点,从而导致弧后电压加载困难。针对传统合成回路在此不适用的问题,提出了两种合成回路方案。在电流源、电压源同步施加方案中,由于电压回路电阻的存在,使得试验结果没有达到预期效果;在弧压控制的电压施加方案中,成功实现了电压回路电压的加载,分析指出,弧后试品电阻跃变是脉冲电容器电压没有过快衰减的本质原因。

基于混合型限流熔断器的船舶直流电力系统保护技术研究

分析了传统船舶直流电力系统保护的缺陷,通过仿真计算得到了混合型限流熔断器的短路限流值,提出了基于混合型限流熔断器短路限流特性的船舶直流电力系统选择性保护方法,研究结果表明采用混合型限流熔断器后电力系统保护选择性与速动性都能得到保证,有效提高了船舶直流电力系统的安全水平。