基于机-电-磁-流整体耦合的油阻尼断路器保护特性的容差设计

油阻尼断路器的主要特点是在电路发生短路、过载等情况时能够自动脱扣,断开电路,从而保护人员和设备的安全,常用于变电站等场所。文章在以往对油阻尼断路器油阻尼力、电磁铁静态特性、操作机构性能等研究的基础上,构建一个基于机-电-磁-流多体多自由度多场耦合的一体化虚拟样机整体耦合模型;接着对该整体耦合模型的保护特性进行了仿真与分析,通过仿真得到了不同电流倍数下动触头的分断特性,并通过实验验证了整体耦合模型和仿真结果的正确性;最后,为减小产品保护特性的分散程度,提高油阻尼断路器的稳定性,文中结合稳健容差设计技术,选取不同电流倍数下触头的断开时间作为目标函数,以极靴半径、细铁芯半径、粗铁芯半径、粗铁芯高度作为关键设计参数,通过正交试验和贡献率分析法对目标函数进行容差分配,使得触头断开时间的分散度比原来减少39.165%。研究成果将会对电器产品的研发提供理论指导。

真空断路器弹簧操动机构的优化

真空断路器触头弹簧压力增大会导致断路器无法可靠合闸,四连杆结构在一定程度上会影响机构的出力特性和机械效益,进而影响断路器合闸的可靠与稳定。文中分析了真空断路器的动作原理,建立弹簧操动机构的数学模型;对机构中的凸轮轮廓、传动拐臂的角度和尺寸、连板与合闸滚子的尺寸参数进行优化,建立弹簧操动机构的仿真模型。动力学仿真表明,优化后的触头弹簧压力增大了58%(从1 700 N提升到2 686 N),仍能保证断路器操动机构可靠合闸。试验结果显示,触头弹簧压力为2 500 N时断路器触头能够可靠吸合,平均合闸速度降至0.68 m/s,弹跳时间缩短了18.4%,整体优化后的方案满足设计要求并具有良好的可靠性与稳定性。

某型断路器故障改进方法研究

本文针对断路器在分闸操作时出现分闸后自动合闸的故障,经过深入分析和充分的试验验证,明确了故障的原因,在此基础上进行了改进方法研究,并分析了该改进方法对断路器功性能的影响。

海外工程中断路器跳闸监视回路设计

海外工程对高压断路器的跳闸监视回路设计要求特殊,如不重视其设计,将耽搁项目工期,造成项目成本的增加。本文着重分析了国内跳闸监视回路设计的原理及弊端,对海外工程中断路器跳闸监视回路的设计弊端提出了解决方案,减少了项目成本,以期为类似项目提供参考。

一种断路器分闸时间调整优化分析方法

文中提出了一种断路器用弹簧操动机构分闸时间调整方法,该方法可以在不改变断路器操作电压和运动速度的工况下,实现断路器分闸时间的调整,并通过仿真优化和实际样机试验测试,验证了调节分闸时间的有效性,为后续断路器弹簧操动机构的设计、运维检修以及变电站保护时间调整等工作提供优化参考,具有一定的指导意义。

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。

真空断路器弹簧操动机构分闸弹簧的优化设计方法

操动机构分闸弹簧设计时,为解决分闸弹簧出力特性和负载特性不匹配带来的分闸保持不住、分闸速度过大或过小等问题,提出一种分闸弹簧的优化设计方法。首先计算出分闸过程中的力矩与功,然后根据功能原理计算出各位移点的分闸速度,最后根据分闸速度和能量要求等因素对分闸弹簧进行优化。结果表明,优化后的分闸弹簧可使分闸过程中的出力特性和负载特性合理匹配,保证机构可靠分闸的同时,得到满足要求的分闸速度。通过理论计算和试验验证证明了所提优化方法的可行性,为真空断路器弹簧操动机构的分闸弹簧优化设计提供了有益指导。

新型限流式混合高压直流断路器参数设计方法研究

固态高压直流断路器是基于电力电子器件构成,如IGBT与晶闸管,具有动作快速、成本低等优点。机械式固态断路器则具有寿命长、通态电阻小、通态损耗低、可靠性高、安全性好等优点。故障电流限制电路则可以限制直流短路故障电流的上升率,因而降低了对高压直流断路器对故障响应的灵敏度。提出的新型限流式混合高压直流断路器集成了固态高压直流断路器、机械式固态断路器以及故障电流限制电路的优点。介绍了该断路器的拓扑与参数设计方法。为验证该拓扑与参数设计方法的有效性,利用仿真软件PSCAD搭建了仿真模型。仿真结果表明:该新型断路器拓扑与参数设计方法可有效阻断直流短路故障电流。

基于逆阻型IGCT器件的固态式直流断路器设计及研制

直流系统是支撑高比例新能源接入与灵活高效用能的重要技术方向。固态式直流断路器(solid state DC circuit breaker,SSCB)具有开断速度极快、无电弧、寿命长等优点,在中低压直流系统的故障保护中得到广泛应用。随着电力电子器件的发展,固态式直流断路器的拓扑结构、工作性能也在不断进步。为此基于逆阻型集成门极换流晶闸管(intergated gate commutate thyristor,IGCT),提出了一种新型的固态式直流断路器结构及设计方法,通流支路采用逆阻IGCT反并联结构实现双向通流,缓冲支路采用金属氧化物避雷器(metal oxide varistor,MOV)-电容结构来抑制过电压,吸能支路采用MOV吸收系统能量。进一步地,给出了关键元器件的参数设计方法,并验证了有效性;设计了性能良好的重力热管散热器,单个模块散热功率可达700 W;提出了主被动结合的控保策略,提高断路器的保护性能。最后,研制了固态式直流断路器样机,可用于750 V以内的低压直流系统,额定通流可达2 kA,可在百微秒内开断10 kA故障电流,成本低、体积小、高可靠,具有良好的应用前景。

海上风电用环保型断路器绝缘特性分析及优化设计

环保型断路器的应用是实现高压开关设备绿色发展的必然途径之一.为探究72.5 kV海上风电用环保型断路器的绝缘特性,建立了其数值仿真模型,研究了相应位置的电场分布及影响因素,并根据计算结果开展了内部绝缘结构优化设计.研究表明:当端屏蔽罩圆角半径为28mm、金属化瓷壳高度为145mm、中间屏蔽罩长度43 mm时,真空灭弧室绝缘特性最优;雷电冲击电压下断路器最大电场强度为20.12 kV/mm,结构优化后电场强度均低于16.80kV/mm,并开展了绝缘试验验证,均顺利通过试验,该研究可为断路器样机结构设计提供支撑.

断路器选型与配电距离的探讨

研究了配电距离和断路器选型的关系。分析实际工程项目中采用双拼电缆的配电回路的单相接地故障,探讨电缆配电距离、短路电流和断路器选型的可能性。分析在电缆配电回路中短路电流的不同情况,参考产品样本和国家规范的要求,给出了配电电缆回路断路器选型建议,可为设计优化提供理论依据。

轨道交通车辆低压配电产品高防火安全等级的材料设计解决方案

介绍了轨道交通车辆防火安全对低压配电产品材料选型设计的要求以及轨道交通车辆专用低压配电产品的材料设计解决方案。依据EN 45545标准的要求,并结合我国轨道交通车辆火灾防护的实际应用情况,建议材料设计选型应当从降低材料的可燃性、减少材料燃烧的烟雾产生和烟雾毒性、提高材料的阻燃性能、降低电气设备自身故障导致的火灾风险、有效阻止或延缓外部明火蔓延以及平衡材料经济成本和使用性能等方面的因素进行分析评估,并对相应的表征参数进行了建议。文章比较了不同类别的改性尼龙材料的使用性能和成本经济性,并且对比分析了市场上国内外低压配电品牌产品的材料设计方案及性能。在此基础上,针对客户需求、应用场景和安全等级的不同,对小型断路器、接触器和电机保护断路器等产品定制化设计了经济型和最高防火等级的材料方案,并且兼顾了低温和高海拔等特殊环境应用对于材料提出的挑战,以期为轨道交通车辆应用提供火灾防护等级更高、更加安全可靠、更具经济成本优势的低压配电产品,保障火灾发生时提供更长的黄金逃生时间,更好地维护车辆和乘客安全。

考虑阴极斑点动态特性的真空灭弧室触头磁场计算方法研究

真空断路器广泛应用于中压电力系统中,利用触头线圈产生的磁场调控真空电弧是提高真空断路器开断能力的重要手段,然而目前的设计方法没有综合考虑阴极斑点动态运动与触头线圈磁场的耦合效应,影响其设计准确性和精度。本文建立了考虑阴极斑点与磁场耦合关系的触头磁场计算模型,根据阴极斑点分布计算触头间隙控制电弧的磁场,并由磁场推进阴极斑点运动。在四分之一匝线圈式触头下,分析了阴极斑点分布对触头磁场的影响,对比了考虑耦合关系对触头磁场计算结果造成的差异。仿真结果表明,在阴极斑点的初始扩散阶段,纵磁变化不明显,而横磁随阴极斑点扩散而变化;稳定燃弧时,考虑耦合关系与否的纵磁最大差值可达纵磁最大值的24.1%。本文所建立的模型以及计算方法为真空灭弧室触头提供了一种新的设计思路与方法。

750kV罐式断路器合闸电阻操动冲击下应力分布数值模拟及影响因素分析

作为断路器中的关键组件,断路器合闸电阻在长期运行的过程中会承受巨大的机械和电流冲击,可能造成合闸电阻乃至断路器设备发生损坏。基于此,文中以典型LW13-800型罐式断路器为研究对象,建立了断路器合闸电阻数值仿真模型,计算了操动冲击力作用下合闸电阻的应力分布,分析了不同优化设计中的影响因素对合闸电阻应力的影响。研究结果表明:在同一电阻串上,最底端电阻片所受应力最大;合闸电阻串平均应力与操动冲击波形大致吻合;合闸电阻所受应力的平均值与操动冲击载荷呈正比例关系;在加装了纯铝过渡片后,可以对电阻串两端电阻片应力分布起到一定程度的改善。

剩余电流动作断路器动作特性自动检测装置设计与应用

剩余电流动作断路器根据行业规程规定,每月定期操作试验按钮,检查其动作特性是否正常,雷击活动期和用电高峰期应增加试验次数。而目前动作特性试验需2名运维人员现场操作,目测或手持专用测试仪器判断故障隐患,存在检测技术落后,检测正确率低,运维成本高以及人身安全隐患等问题。

鞋用织物类材料断纱、破损试验方法研究

随着运动鞋鞋头熔断设计的广泛应用,熔断后的织物类材料用于鞋帮面屈挠部位,穿着后运动易出现断纱、破损的质量问题。目前,我国轻工业标准QB/T2224-2012《鞋类帮面低温耐折性能要求》以及GB/T 3903.41-2019《鞋类帮面和衬里试验方法耐折性能》无法模拟织物用在鞋面实际穿着过程中受力不均匀的屈挠效果。本文通过对GB/T3903.41-2019《鞋类帮面和衬里试验方法耐折性能》方法的升级,将辅助材料熔断在织物上测试,模拟鞋面实际穿着过程中受力不均匀的情况,能够有效识别产品断纱、破损的质量问题.

小型断路器热双金属片电-热-结构耦合仿真及优化

根据小型断路器的工作原理,对热双金属片的温度及形变特性进行了实验研究,并得到小型断路器的脱扣位移.应用有限元软件ANSYS Workbench,构建热双金属片的有限元模型,采用电-热-结构耦合分析方法探讨在不同整定电流状况下,热双金属片的温度分布及形变分布规律等关键特征,为小型断路器热双金属片的设计和优化提供方法与依据.基于有限元软件ANSYS Workbench对热双金属片进行优化设计,根据具体工作状况建立参数化模型,并通过粒子群算法分析寻找最优解,从而设计出热双金属片的理想尺寸,并通过实验验证了该设计分析的正确性和可行性.

船用断路器抗摇摆性能分析研究

为了研究影响船用断路器抗摇摆性能的主要因素,本文建立断路器整机动力学模型,采用隐式积分算法对船用断路器在不同摇摆工况下的动态特性进行数值模拟,并通过摇摆试验来验证模拟结果的准确性。基于计算结果对设备进行优化设计,以提升设备的可靠性和舰船的用电安全性。研究结论和方法也为舰船其他设备抗摇摆性能的提升提供借鉴和参考。

电弧仿真的高压自能SF_(6)断路器灭弧室优化设计

随着高压自能SF_(6)断路器额定电压和电流的增加,其分断性能的需求也随之提高。高压断路器的分断性能与放电过程中高温气流的产生、发展和消散有关。气流造成灭弧室的温度普遍过高,导致电弧冷却环境在当前零点时的温度过高,在某些情况下,会导致短路电流断路发生故障。对于高压自能SF_(6)断路器,通过模拟整个断弧过程,得到了高电流阶段的膨胀室气体压力和温度,同时也可以得到电流零级阶段的电弧形状和灭弧环境参数。根据电弧模拟的结果,对膨胀室的结构设计进行了优化,并再次进行了模拟验证。仿真结果表明,膨胀室的结构优化设计后,当前零时的灭弧环境整体温度有所下降。根据电弧模拟结果对膨胀室结构进行优化设计,可以快速准确地确定灭弧室的形状和尺寸,显著提高断路器的分断性能。

智能断路器模拟器的设计

为了提高断路器的运维管理效率,保证电网系统的高效稳定运行,设计了一种智能断路器模拟器.设计智能模拟器的硬件结构,利用模拟/数字(Analog/Digital,A/D)模块采集和预处理断路器的模拟量.设计模拟器的智能化通信与人机交互功能,模拟断路器的自身保护机制,完成断路器分合闸的模拟控制.仿真模拟试验结果显示,对于100组随机数据样本,设计模拟器的信号采集模块、信号分析模块、人机交互模块、状态模拟模块以及通信模块的平均运行时间分别为2.41 s、3.03 s、0.36 s、3.68 s以及0.24 s,均保持在5 s的实际变电工程标准范围内,具有高效性与实时性.设计方法对断路器分闸、合闸状态模拟运行结果的误差值均低于4%,具有较高的精准性,为变电站断路器装置的稳定运行提供了可靠的技术支持.