大容量爆炸活塞式高速开断器分析与优化设计

基于爆炸式高速开断器和灭弧熔断器的故障限流装置是目前应用最广泛的大容量短路保护设备。为得到爆炸式高速开断器的设计依据和优化原则,通过建立高速开断器的热电耦合模型和非线性动力学模型,分析了结构尺寸对其温升和分断特性的影响,得出了关键参数的优化选取原则。通过仿真得出了装药量的合适选取范围。为验证研究结论,设计了额定10kV/2000A的装置样机并进行了温升与分断试验。样机额定通流下的端子温升仅为37K,功耗72.4W;分断时间160μs,分断速度达到了69.7m/s。试验结果与仿真一致,相关研究结论可用于更大容量高速开断器的设计。

石英砂对电磁斥力高速开断器介质恢复特性的影响

为提高电磁斥力高速开断器(HERI)的介质恢复性能,设计了石英砂灌装开断器的结构方案。搭建了包含电流回路、自然换流回路以及高压回路的介质恢复试验电路,在换流电流峰值为2.4 kA(上下波动范围<3%)、介质恢复时间为60μs、加载高压为1.5 kV的电气参数条件下,完成了有、无石英砂2种方案的介质恢复性能对比试验。试验结果表明,灌装石英砂后的HERI分断速度比未灌装石英砂时降低了21.2%;然而,由于灌装的石英砂可以冷却电极,且增加了开断器腔体内的压力,因此其介质恢复强度不降反升,说明灌装石英砂的HERI方案具有更好的介质恢复性能。

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。

开断速度对电磁斥力高速开断器介质恢复特性的影响

为了提高电磁斥力高速开断器的介质恢复特性,在建立电磁斥力高速开断器斥力仿真模型的基础上,优化了外部驱动电路的电气参数,获取了可以将开断速度提升至37.2 m/s的参数方案,这个速度与爆炸辅助开断速度相当。设计了包含电流回路、强迫换流回路以及高压回路的强迫换流型介质恢复试验电路,完成了21.6、37.2 m/s这2种开断速度条件下的介质恢复性能分析试验,并将试验结果进行对比。另外,对介质恢复过程进行了高速摄像。试验示波图和照片说明,所提电磁斥力高速开断器斥力仿真模型是正确的,提升开断速度可以有效优化电磁斥力高速开断器的介质恢复特性。

高速开断器的10kV/10kA介质恢复试验系统关键技术

设计了包含电流回路、自然换流回路以及高电压回路的10 kV/10 kA试验系统,用于高速开断器的介质恢复试验。分析得出了高速开断器对于试验系统提出的需求:为试品制造人工电流过零点,且在所要求的介质恢复时间内一直维持电流过零点;电压源需要模拟灭弧熔断器的弧压;介质恢复开始后,经过指定的延时后再投入电压源。分析了电流回路的电气参数,确定了参数选取方案;提出了自然换流回路中避雷器的选型依据;总结了串联二极管组件的反向截止规律,进行了高电压回路点火球隙的性能试验。系统调试结果证实了该介质恢复试验系统具备了完成额定10 kV/10 kA高速开断器介质恢复试验的能力。

窄缝灭弧法提升电磁斥力高速开断器电弧电压的分析与试验

电磁斥力高速开断器的电弧电压对于混合型限流熔断器的换流性能的影响很大。电弧电压幅值较低会使得高速开断器向灭弧熔断器的换流时间增长,影响限流性能;幅值严重过低的电弧电压,会导致换流失败,进而使得故障短路电流无法分断。针对此问题,采用窄缝灭弧的机理,增大绝缘活塞外径,减小灭弧室圆环套筒内径,用于电磁斥力高速开断器的电弧电压提升优化。推导了电弧电压的数学计算公式,通过电磁斥力高速开断器样机的电弧电压测试试验,验证了数学计算公式的正确性。分析了开断速度、窄缝形状参数对于电弧电压的影响,所得到的结论可用于指导电磁斥力高速开断器提升电弧电压的优化设计。

高速开断器用桥丝式电火工品引燃特性分析

高速开断器用桥丝式电火工品的点火电压由电弧触发器弧压提供,不同短路工况下电弧触发器熔断所产生的弧压差别较大,有必要就较大范围内不同点火电流下火工品的引燃特性进行分析研究。首先,在分析火工品引燃过程的基础上,主要针对桥丝弧前阶段的火工品电热过程进行了分析,采用COMSOL仿真平台中的Thermoelectric Effect模块建立了火工品的瞬态电热场耦合计算模型,仿真分析了火工品中桥丝的弧前时间-电流特性;然后,通过开展火工品桥丝的弧前时间及引燃特性试验研究,发现火工品的引燃时间主要是受到桥丝弧前时间的影响,可以根据不同点火电流下桥丝的弧前时间来预测火工品的引燃时间;最后,通过对比仿真与试验中桥丝的弧前时间发现,当电流超过5 A时,恒流加载的仿真不再适用,需要在仿真中添加外电路模块以模拟真实的点火回路电容放电过程,优化后的仿真模型计算与试验结果拟合较好,而该模型更适用于桥丝弧前时间的分析。

爆炸活塞式大电流高速限流开断装置的设计与分析

针对高温环境及大电流要求,对混合型限流熔断器的关键部件-大电流高速开断器开展了研究。说明了爆炸活塞式高速限流开断装置的结构及工作原理,采用ANSYS有限元分析软件,建立了热电耦合模型,对温升进行仿真。推导了爆炸活塞式开断器可靠分断所需药量的计算公式;基于研究所得出的结论,研制了DC320V/2 500 A原理样机,进行了温升实验,样机在额定通流下炸药装药位置温升29 K,满足高温环境应用要求。设计了相关试验测试线路,完成了实际爆炸分断时间测试,试验结果表明,药量计算准确,开断器样机分断时间约为110μs,能满足电力系统短路限流分断要求。

高速限流开断装置——有效排除瞬时电压下降事故

一、前言 近年来自发电系统等分散型电源和电网连接运行日益增多.当电网遭受雷击等意外事故时会导致瞬时电压下降(包括瞬时断电,以下均简称瞬低),用电客户均会发生用电设施停止运行等故障影响.当前,信息通讯网络设施使用广泛,一旦发生瞬低,不仅是企业、机关受害,同时会波及到社会公共设施各个领域.

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。

柔性限流控制技术研究与现场应用

针对电网短路电流超标的问题,结合天一变220 kV正母分段改造的工程实际提出了一种柔性限流控制技术。该技术主要基于高速开断技术,实现动态调整系统拓扑,达到降低短路电流的目的。阐述了构成柔性限流控制技术的快速保护装置和快速开关的原理,给出了工程现场的应用及组网方式,并通过两次人工短路试验测试快速开关与常规开关动作的时序和对短路电流的抑制效果,论证了柔性限流控制技术在工程上应用的可行性。

直流电力系统短路限流装置研究

随着舰船电力系统容量的增加,其短路电流水平不断提高,急需研究一种分断速度快、限流能力强的新型限流保护装置。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。文中介绍了两种新型限流熔断器的结构组成、工作原理和特性,指出被动式混合型熔断器与电子控制的主动式混合型限流熔断器相比,因其无需外部电源、传感器及电子控制单元,可靠性更高且体积更小。