固态断路器多IGBT串联混合均压电路设计

固态断路器需多IGBT串联切断短路故障电流,针对多IGBT存在电压分配不均、局部电压过高、损耗大等问题,提出一种混合式均压控制电路拓扑结构。分析固态断路器多IGBT均压影响因素,研究均压拓扑性能。优化缓冲电路结构,改进充放电型缓冲电路,减小损耗;引入双阈值钳位控制电路,改善IGBT过电压;提出被动均压与辅助反馈主动均压结合的混合均压控制策略,加快响应速度,实现均压动态自适应调节。制作样机,进行固态断路器设计拓扑和控制的仿真及实验验证,结果表明:混合式均压控制电路可减小IGBT电路超调量,具备更强的抑制过电压能力,提升响应速度。

永磁同步电机执行机构新型控制算法研究

电机执行机构应用于断路器中,具有结构简单、动作分散小、可控性强等优点,为实现断路器开关触头对预设参考曲线的跟随提供可能。传统的控制方式参数固定无法根据断路器开关触头运动过程进行参数调整,跟随性差;智能控制算法计算复杂,影响控制系统快速性,且工程上极难实现。提出一种分段式伪微分控制策略,该控制策略避免了被控变量的直接微分,具有快速动态响应和抗干扰能力,同时,根据环境分段式赋予控制系统参数,保证了跟随精度。建立该控制策略模型进行仿真分析,并研制126 kV断路器电机执行机构控制系统以试验验证,仿真及试验结果均表明了该控制策略的有效性。

基于钳位型断路器的柔直系统控保协同技术

柔性直流系统以其在输电领域的巨大优势而获得广泛应用.但在直流系统中,短路故障的强冲击性与电力电子器件的脆弱性之间的矛盾异常尖锐,现有保护策略难以同时满足高速动性与高可靠性的要求.本文从控保协同思想出发,基于一种电压钳位原理的直流断路器,提出一种新的故障处理模式,初步探究在柔直系统中控制与保护深度融合的可能性.当发生短路故障时,投入断路器和换流器相配合的限流功能,一方面限制电力电子器件的过流,解决其脆弱性问题;另一方面为保护提供边界,辅助实现故障的快速定位.在甄别出故障线路后,利用断路器的故障切除功能将故障隔离.此方案同时实现了故障限流、保护边界和故障切除3项功能,可有效缓减由于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)器件脆弱性所带来的一系列保护问题.在PSCAD/EMTDC中搭建四端双极柔性直流电网模型,仿真结果表明,本控保协同方案能在5 ms内准确识别并隔离故障线路,而且具有较强的耐受过渡电阻能力.

高压断路器操动机构驱动电机及其控制技术研究

高压断路器操动机构用电机驱动提高了断路器运行的可靠性与可控性,因此设计了一套适用于126 kV真空断路器的电机操动机构。基于操动机构动力学分析结果确定驱动电机转矩、转速要求,提出一种有限转角永磁无刷电机设计方案,研制样机进行联机试验完成动作要求检验。在此基础上,设计分段转矩控制策略,结合驱动电机输出转矩需求将操动机构的运动过程分为4个阶段,从降低触头碰撞、避免预击穿现象发生、提高断路器工作可靠性角度对各阶段电机输出转矩进行动态调节。结果表明:所研制的驱动电机配合分段转矩控制策略,在保证灭弧室对操动机构动作时间、动作速度要求的前提下,实现了操动机构的运动过程优化和工作可靠性提高,促进了断路器智能化操作进程。

城市轨道交通贯通供电方式牵引网分段供电方案及故障辨识方法

[目的]城市轨道交通线路采用贯通供电方式时,因牵引网结构复杂且无备用,牵引网发生故障时可能会扩大停电范围,为此需要对牵引网的分段供电方案进行优化。[方法]提出了一种适用于贯通供电方式的牵引网分段供电方案。基于牵引网分段供电拓扑特征,结合车-网耦合特性,提出了分段故障、过渡段故障的辨识方法。对牵引网分段短路和过渡区短路2个故障场景的控制方案进行了分析,描述了这2个故障场景下牵引网的自愈流程,并制定了这2个故障场景对应的断路器控制方案。以广州地铁18号线牵引供电系统为例,通过MATLAB/Simulink软件仿真,验证了所提分段供电方案及故障辨识方法的正确性和可靠性。[结果及结论]该方法可有效辨识故障区段。牵引网故障断路器控制方案可为分段和过渡区提供可靠的主保护,可保证广州地铁18号线牵引供电系统稳定、高效运行。

断路器选相合闸技术应用综述与展望

目前,选相合闸技术在无功补偿电容器组、特高压线路、滤波器场等场景应用广泛。本文综述了国内外断路器选相合闸技术的研究现状,介绍了断路器选相合闸技术的应用,深入归纳了介质强度下降率(rate of decrease of dielectric strength, RDDS)、温度、间歇时间等各种因素对断路器选相合闸精度的影响,总结了断路器选相合闸的关键技术和问题,分析了断路器合闸动作时间分散性的产生原因,对断路器选相合闸技术的研究提出一些建议。

高压交流断路器的选相控制分析

随着社会经济的蓬勃发展及工业领域的不断进步,各行业对电力系统供电持续性和稳定性的要求越来越高。在发电站和各级变电站中,负荷的种类和运行工况越来越复杂,在关合和开断这些特殊负载时,会出现非常大的操作过电压和涌流,损坏设备的绝缘性能,导致故障率较高。文章通过对断路器关合和开断过程中应用选相控制装置的分析研究,同时结合工程实践,确定了选相控制装置的目标控制和温度补偿策略,即高压交流断路器能够在每一相的电压或电流过零点关合或开断这些负荷,降低过电压和涌流的不利影响,并通过自适应和补偿方案提高关合和开断目标点的精确度。

基于串联电阻开关的电容器组投切重燃过电压仿真研究

研究了在500kV超高压变电站的电容器组补偿系统中,通过采用串联电阻开关来限制并联电容器组投切过程中的过电压和涌流问题。通过仿真分析了不同串联电阻阻值的影响,并提出推荐阻值,对比了使用普通断路器、相控断路器和串联电阻开关对过电压与过电流的限制效果。结果表明,串联电阻开关能有效降低重燃概率,同时可降低重燃后的过电压水平。从经济和技术角度分析,认为串联电阻开关具有较低的断路器要求、更好的经济性和实用性。

带电安装磁控式断路器工作过程的安全管控

针对配网工程中以带电作业方式带负荷安装磁控式断路器的安全风险,通过对磁控式断路器特殊构造以及作业过程中相关问题的分析,提出了一种带电作业方式实现带负荷加装磁控式断路器的安全管控,保障了带电作业的顺利实施和作业人员的人身安全。

济南地铁3号线牵引系统高速断路器控制电路优化

[目的]济南地铁3号线运营初期,在操作高速断路器闭合时,多次偶发性报出高速断路器闭合故障。为了提高列车运行可靠性,需对该线路牵引系统高速断路器控制电路进行优化。[方法]根据3号线列车高速断路器闭合故障发生时的相关指令及器件状态,结合高速断路器控制逻辑原理对高速断路器偶发性无法闭合故障原因进行分析,并提出优化措施。[结果及结论]高速断路器闭合故障原因为:高速断路器在闭合控制过程中,其线圈两端产生的感应电动势使得高速断路器合闸功率不足,导致高速断路器偶发性无法闭合。优化措施为:通过在高速断路器线圈两端接入续流二极管,抑制高速断路器线圈产生的感应电动势。采取上述优化措施后,未再次发生因感应电动势导致的高速断路器无法闭合故障,有效提升了列车运行的可靠性。

限流型直流变压器拓扑结构及其暂态特性研究

能量路由器的核心元件为双有源桥(dual active bridge,DAB)直流变压器,针对其短路故障时电流上升速率快,峰值大,导致DAB内部电力电子器件闭锁的问题,该文提出一种具有限流型结构的直流变压器,限流装置结构为从DAB高压侧H桥连接单相整流桥,再与输出端口的限流电感相连。当直流系统发生短路故障时,限流型直流变压器采用混合控制算法进行整流,为限流电感提供钳位电压,限制故障电流的峰值,并与断路器配合实现无弧开断,该方法避免DAB中电力电子器件发生闭锁,快速实现故障限流和隔离。在仿真系统中搭建了基于10kV/750V直流变压器的限流型直流变压器的模型,仿真结果表明限流型直流变压器与断路器配合实现故障限流和隔离的有效性和可行性。

基于力柔顺控制的断路器轴孔零件装配算法

针对双臂机器人断路器轴孔零件装配操作任务,研究了一种两阶段轴孔装配轨迹规划策略,为了提高双臂协调装配作业的柔顺性和精确性,提出一种FAIC控制算法,实现精确的力跟踪。首先建立轴和孔接触状态力学模型,开展轴孔装配机理研究,根据双臂末端受力平衡,提出了一种操作空间轴孔装配的双臂运动轨迹规划方法。基于阻抗控制实现柔顺轴孔装配,采用模糊控制器在线辨识阻抗控制最优参数,提高装配操作质量。实验结果表明,在双臂协作轴孔装配策略结合FAIC算法作用下,轴孔间接触力控制在3 N以内,装配效率提高36.5%。综上所述,本文提出的FAIC算法与装配策略在双臂协同断路器装配作业中有效地缩短磁组件的装配时间,提高装配效率与精度。

基于变电站一体化电源系统的断路器自动化控制方法

为提升断路器分合闸性能与智能化操作水平,该文研究基于变电站一体化电源系统的断路器自动化控制方法。分析断路器运动特性,以数字式双闭环的方式,设计断路器自动化控制器,外环利用单神经元自适应PID控制算法,调节断路器动触头速度,得到参考电压值,内环通过对比分析实际电压值和参考电压值,结合模糊PI控制算法,得到电压控制量,控制断路器触头运动速度,实现断路器自动化控制。实验证明,对于分闸与合闸操作,该方法均可有效自动化控制断路器触头运动速度,在不同电容下,该方法自动化控制的动触头跳变信号点波动幅度均较小。

基于HXD3C电力机车主断路器控制的人机界面智能控制

HXD3C电力机车(涉及司机操纵台的操作采用虚拟仿真操作实现)有1个主断路器,安装在电力机车车内的高压电器柜内。在升弓状态下,按下扳键开关主断“合”后,经过一系列逻辑判断后,控制主断电磁阀得电,压缩空气进入主断路器使其主触点闭合。按下扳键开关主断“分”,控制电磁阀失电,主断路器断开。设有两组独立的辅助电源(UA11、UA12)。UA11为牵引通风机、冷却塔风机等供电,UA12为油泵、车体通风机、空气压缩机供电。当某一套辅助变流器发生故障时,故障转换电磁接触器闭合,另一套辅助变流器承担机车全部的辅助电动机负载。此时,该辅助变流器按定频定压方式工作。根据控制要求,依据列车牵引控制平台,实现主断路器手动合闸的控制电路设计、PLC程序设计及触摸屏的智能控制监控设计。

高压选相断路器T100a试验电流和瞬态恢复电压的计算

相对于常规高压断路器,选相断路器的T100a试验的大半波电流非对称度增大,导致IEC 62271-101:2021附录A、E提供的电流和瞬态恢复电压(TRV)参数不再适用。为了快速精确地计算这些参数,文中提出了以短路电流对称分量为基础计算电流参数,通过时域分析获得TRV修正系数的方法,公式简单、灵活性好,适用范围广。其计算结果与传统公式计算值保持一致,并被IEC WG67认可,包含在IEC TS 62271-319(已通过DTS投票)附录N中。

新型船舶中压直流固态断路器拓扑分析与设计

为解决船舶中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统直流电流开断困难,以及发生短路时故障电流上升率高且峰值大的问题,提出一种基于耦合电抗器的阻容限流型固态直流断路器拓扑。以晶闸管(silicon controlled rectifier,SCR)作为主开断器件,通过耦合电抗器来辅助晶闸管开断,并在直流系统发生故障时,通过换流过程将阻容限流元件接入,有效限制故障电流上升率和峰值,减少故障开断所需时间。基于所提拓扑设计了6 kV/4.2 kA的直流断路器模型,在PSCAD/EMTDC中进行仿真,并与现有拓扑进行对比分析。仿真结果表明:所设计断路器可针对直流系统不同的运行状态,按照不同的控制策略顺利完成对直流电流的开断,并且在开断速度、限流能力和金属氧化物避雷器(metal oxide arrester,MOA)耗能方面均具有一定优势。

振动信号特征提取下的高压断路器可控开断运行故障检测方法

高压断路器是电力系统中重要的高压开关设备,其主要通过对电路的开断和闭合来实现对电力系统的控制与保护。但在高压断路器开断运行过程中会产生机械冲击,当冲击过大时引发的机械振动容易导致机械故障,从而影响高压断路器自身的机械状态,严重时会破坏电力系统的稳定和安全,为此,研究振动信号特征提取下的高压断路器可控开断运行故障检测方法。采用小波变换技术细化分析高压断路器振动信号,在递归分解的方式下提取可控开断运行过程中的振动信号特征。通过提取的信号特征建立数据集合,以属性定义构建区分矩阵,利用属性约束关系划分振动信号特征相空间。根据振动信号不同特征所处的相空间,在各自相空间内对高压断路器开断运行的故障信号进行重构。在信号重构后获取对应相位关系,检测高压断路器可控开断运行故障,实现检测方法设计。实验结果表明:选择不同的开断运行故障类型作为测试对象,在混合所有类型故障后新方法能够实现较高的检测正确率,具有应用价值。

环境应力筛选与电子部件早期失效模式分析

环境应力筛选是对产品施加规定的温度循环、振动应力,以发现和剔除产品制造过程中的不良零件、元器件和工艺缺陷等早期故障的一种工序。本文以某系列船用断路器控制器为研究对象,分析该系列电子设备进行的环境应力筛选的试验条件,环境应力筛选实验中出现的故障现象,并对故障进行统计,分析了电子部件的早期失效模式。通过后续的可靠性试验,说明经过环境应力筛选的电子设备其工作可靠性得到有效提高。分析与试验结果表明,环境应力筛选可有效剔除电子部件的早期失效和工艺缺陷,提高设备的工作可靠性。

断路器机构防跳下的合闸回路监视回路

断路器机构防跳时,必须将合闸回路监视回路移到断路器机构箱处监视,但是会导致合闸回路被监视部分缩短,当断路器在分闸位置时,缩短的合闸回路如果出现断线,装置不能报控制回路断线信号,检修、运行人员不能第一时间发现合闸回路断线,只有到断路器合闸送电时才能发现断路器不能合闸,增加停电时间及电网运行风险,将第一跳闸回路监视继电器1HWJ常闭触点1HWJ1与第二跳闸回路监视继电器2HWJ常闭触点2HWJ1串接后接入合闸回路监视回路中,可靠监视合闸回路。

基于模糊PID的磁柱式断路器温度控制系统

当前磁柱式断路器温度控制系统设计主要采用固定的控制参数,缺乏对温度变化的自适应调整,忽略了温度变化的非线性特性,导致系统控温的温度变化范围大,为此设计基于模糊PID的磁柱式断路器温度控制系统。首先,改用STM32F103R8T6处理器芯片和Pt100型温度传感器,软件设计部分采集磁柱式断路器的温度数据,为后续的温度控制提供基础数据。然后,设计模糊PID温度控制器,结合模糊逻辑和传统PID控制算法,以应对温度控制中的不确定性和非线性问题。最后,通过制定一系列的模糊规则,实现对温度的精确控制。测试结果表明:在2 h的控温期间,温度区间中的10个温控点的温度变化范围为0.0017~0.0043℃,均未超过0.005℃,控温稳定度高,运行状况良好。