一种基于磁耦合转移原理的10kV直流断路器

直流电流没有自然过零点,因此开断直流短路电流比开断交流短路电流更为困难。本文介绍一种基于磁耦合电流转移原理的中压10kV直流断路器拓扑方案,该断路器可实现对15kA直流电流的快速开断。首先,对直流断路器原理和控制逻辑进行介绍;然后,根据拓扑方案提出快速机械开关、电力电子开关、磁耦合装置等核心部件的设计思路;最后,搭建仿真模型对该方案进行仿真分析,模拟不同工况下的开断情况,仿真结果验证了该方案的有效性。

直流真空断路器永磁斥力机构运动特性监测系统研究

针对短行程直流真空断路器永磁斥力机构运动速度快、动态参数多且难以精准监测的问题,文中设计了一种多参数动态特性监测系统。以400 V/400 A/25 kA直流真空断路器永磁斥力机构为研究对象,采用光耦隔离技术采集分合闸线圈电压模拟信号,同时采用传感技术和二阶滤波的方式对电流信号与位移信号进行降噪采集,并基于C#自主开发上位机显示界面,实现短行程快速操动机构多参数的实时同步显示。通过与高精度电流传感器和机械特性测试仪监测参数的比对分析可知,系统采集误差可控制在3.5%以内。

高压断路器用电机驱动机构路径动态规划方法

电机驱动操动机构相较于传统操动机构结构简单,动作可控性强,极大的提高了断路器分合闸操作的可控性及可靠性。针对电机驱动机构的控制方法即机构的运动轨迹方法,提出了一种电机驱动机构的路径动态规划方法,由建立的电机输出轴与开关动触头之间的数学模型,推导开关动触头最佳运动轨迹和电机轴最佳输出曲线的数学关系,最后搭建126kV电机驱动操动机构试验平台,由试验平台所得的结果证明,提出的动态规划方法与预置曲线法相比,能够有效缩短运行时间,提高断路器的机械寿命。

配永磁机构真空断路器操动时间分散性的预测模型与影响因素研究

针对现有模型存在的难以实现多场充分耦合的问题,提出了一种对配永磁机构真空断路器动作时间进行预测的新模型。该模型考虑励磁变化和运动部件速度效应带来的涡流影响,实现了永磁操动机构的复杂机械运动、电子瞬态电路与瞬态磁场的多场耦合分析。基于该模型,对某型号配永磁机构真空断路器的动作时间进行了预测,实验证明所提方法是正确的。在此基础上,利用模型分析了励磁电压、环境温度、铁心材料和励磁方式等因素对永磁操作机构动作时间分散性的影响,并研究了各因素对动作时间分散性的影响机理。

基于电磁驱动的40.5 kV快速真空断路器研究

对快速操动机构操作方式和结构组合进行分析,利用永磁机构高可靠性、强可控性和电磁斥力机构动作速度快、触动时间短等特点,设计了一种单稳态永磁机构和双线圈斥力盘相组合的快速操动机构。利用Ansys Maxwell建立了快速操动机构的有限元模型,并进行了静态和动态仿真计算,使设计的快速操动机构满足快速真空断路器的特性需求。针对快速真空断路器合闸弹跳大的问题做了深入研究,给出了在断路器刚合点前14 mm位置处介入液压缓冲的最优方式,合闸弹跳减小为0 ms。研制出40.5 kV快速真空断路器样机,分闸时间3.6 ms,合闸时间14.6 ms,合闸弹跳0 ms,短路开断电流31.5 kA,短路关合80 kA的参数满足技术要求。样机在电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心通过了容量试验、10000次机械寿命、温升、绝缘等试验验证。

适用于直流断路器的大电流快速开关分闸特性

快速开关分闸稳定性是影响直流断路器开断性能的关键要素。文中对大电流快速开关的双弹簧永磁操动和电磁斥力双动机构的分闸过程,用有限元方法进行电磁、热和位移等多物理场耦合计算,分析了永磁操动机构驱动线圈是否有必要投入以及不同驱动线圈电流对双动机构分闸特性的影响。结果表明:在永磁操动机构驱动线圈投入的情况下,可提前将永磁吸力抵消,进而避免电磁斥力因做功时间较短而引起分闸回弹现象;由于分闸初期电磁斥力非常大,永磁操动机构驱动线圈的投入对分闸初期的速度影响较小;在电磁斥力消失后,永磁操动机构驱动线圈电流在一定范围内越大,到达额定开距的速度越大,为避免其造成分闸反弹,应合理选择驱动线圈电流值。将仿真结果与实际样机分闸特性曲线进行对比,二者具有较好的一致性,验证了仿真方法的正确性。

基于阿里云的永磁断路器监控系统设计

随着物联网发展,智能开关电器设备应用愈加广泛。为克服永磁断路器事后故障检修的弊端,实现对永磁断路器的实时监控,本文提出了基于阿里云平台的永磁断路器监控系统设计。系统以STM32F103ZET6为嵌入式处理器,结合MODBUS RTU协议,搭载EC800E 4G通信模块、永磁断路器智能控制单元与霍尔传感器模块,控制断路器合分闸并获取断路器的运行状态、储能电容与触头电压、电流量,并将数据由4G模块经MQTT协议封装后上传云平台,实现了手机APP与云平台上的双向数据交互。实验结果表明,系统实现了云端与移动端对永磁断路器的远程控制与监测,促进了电网的健康智能化发展。

一种新型趋近律的PMSM模糊自适应终端滑模控制

针对传统永磁同步电机滑模控制方法产生抖振现象和外界干扰带来的一些不确定的影响,提出了一种新的模糊滑模控制器设计方法。首先,基于滑模控制和模糊控制两大理论,在转速环引入全局快速终端滑模控制,并设计一种新型复合趋近律,在削弱抖振的同时,又能使系统在有限时间内快速达到稳态;然后以Lyapunov函数导数的绝对值为补偿构建了自适应干扰估计项,对外界干扰进行准确估计,进而设计了全局快速终端模糊滑模控制器,通过仿真对比试验,验证该控制器能快速收敛到稳定状态,而且能够有效地抑制传统滑模控制器的抖振情况,验证了所提方法的有效性。

新型12 kV真空断路器单稳态永磁机构的设计

高速发展的电力系统要求电力故障在更短的时间内切除,而传统的永磁断路器难以达到要求。以ZW32-12型户外交流高压真空断路器为原型,设计了一款三相独立运动的单线圈单稳态永磁机构,每相永磁机构内置分闸弹簧、励磁线圈及永磁体,与真空灭弧室通过绝缘拉杆直接相连,采用的直线运动方式使其在体积、功耗、性能等方面都有所改善。

基于永磁高压柜控制回路软隐患导致的直流母线失压故障分析

某水泵站机组在启机过程中因岗位人员经验化操作,暴露出永磁式断路器操作机构控制回路及PLC逻辑控制程序中存在软隐患、软缺陷,通过对故障的全面分析,重新优化了永磁式操作机构的二次控制回路、PLC启停逻辑程序、规范了岗位人员的经验化操作习惯。通过优化后的试验,验证了技术性规范操作的重要性,从而解决了软隐患、软缺陷存在的问题,确保了设备的安全稳定运行。

126kV真空断路器分离磁路式永磁操动机构

永磁操动机构因其结构简单、可靠性高、操作寿命长、动作分散性小以及与真空断路器配合良好等特点被广泛应用于中低压等级（3.6-40.5kV）的真空断路器中。但由于高电压等级真空断路器触头的运动行程长、分合闸速度高,依靠传统结构形式的永磁机构难适应输电等级（〉72kV）真空断路器高速度要求。因此,本文提出一种适用于126kV真空断路器的新型双稳态轴对称分离磁路永磁机构,将永磁保持部分与电磁操动部分分离,减少两部分磁路在工作时的干扰,进而提高永磁机构的分、合闸速度。同时引入非工作气隙的设计,当保持动铁心离开分合闸位置时永磁力急剧下降,减少了永磁铁在运动过程中对机构运动特性的影响。本文采用有限元软件与多体动力学软件耦合仿真方法对该机构的静态特性及动态特性进行了计算,并根据计算结果制作了样机。样机的实验结果证明该新型永磁机构的速度特性可满足126kV真空断路器的要求,实验结果与仿真结果具有较好的一致性。

配永磁机构真空断路器运动特性控制技术的研究

真空断路器的动触头运动特性对其开断能力和寿命影响很大。介绍了一种控制分闸运动特性的方法,通过控制永磁机构的分、合闸线圈的接入时间,控制分闸的的运动特性。在实验室进行了试验,验证了该方法的可行性。

永磁机构及其发展动态

本文从真空断路器的动作特性出发 ,讨论了真空断路器各种机构的特点以及与真空断路器动作特性的匹配情况 ,提出了一种真空断路器用新型的永磁机构 ,并从原理上论述了该机构具有可靠性高、零部件少、免维护等优点 ,同时 。

采用模糊控制和脉冲宽度调制技术的同步真空开关位置伺服控制器设计

为保证真空开关动作时间长期稳定性,针对同步真空开关性能受开关动作时间分散性的影响,采用了位置伺服控制使真空开关动触头实现预定的最佳参考轨迹运动。在分析控制电压、环境温度、闲置时间等因素对永磁机构真空开关运动及操作时间影响的基础上,给出了同步真空开关位置伺服控制原理;设计了基于模糊控制和脉冲宽度调制(PWM)技术的同步真空开关位置伺服控制器,并对35kV同步真空开关进行了伺服控制性能测试。测试结果表明,真空开关动触头能很好地跟踪参考轨迹运动,开关合分闸时间分散性在±0.2ms范围内,满足IEC62271-302标准对开关操作时间一致性的要求。

高压断路器新型操动机构驱动电机设计分析

为了推动高压断路器的发展,提高高压断路器智能化水平,研究了一种高压断路器新型电机操动机构.设计了配制动器的稀土永磁无刷直流伺服电机.结合断路器操动机构的特点,从提高电机功率密度、机械特性以及伺服性能等几个方面对电机进行了设计.用有限元方法对磁场分布、电枢反应、转矩以及绕组电感进行了分析计算,以验证电机设计的合理性.对样机的分析结果表明:电机设计合理,能够提供足够的转矩及响应速度;伺服性能良好,能够满足断路器开断性能的要求.

方形与圆形永磁机构的比较

通过对方形与圆形永磁机构动特性的计算,对两种机构的性能进行了比较。在满足真空断路器分、合闸速度特性的情况下,圆形机构的铁心和永久磁铁的质量、机构的体积与总重量都明显小于方形机构,而且在分、合闸操作过程中分、合闸线圈的峰值电流和消耗的能量也较小,但方形机构的结构比较灵活,它可以在维持长度不变的条件下,在厚度方向扩展,以满足断路器机构箱体尺寸的要求,同时方形机构有利于发展系列化产品。

基于真空断路器的并联电容器组相控投切装置

为了减小配电网中无功补偿并联电容器组投切时所引起的涌流和过电压,开发了一种基于永磁机构的相控真空断路器系统,包括断路器本体和同步控制器。控制器硬件以数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407A为核心,采用模块化设计思想,具有良好的抗干扰性。分析了断路器的机械特性、介质绝缘特性以及控制系统精度对相控投切效果的影响。系统实时采集电网参数并采用平均序列交越零点相位差分算法提取参考信号相位信息,配合合适的投切策略,完成电容器组在预定相位投切。该断路器装置已经完成在系统试验站的大量相控投切实验,实验表明样机运行稳定可靠,达到了预期设计要求。

监控一体化永磁机构真空断路器在线监测与故障诊断的方法

为实现永磁机构控制与在线监测功能一体化设计,笔者在传统永磁控制器基础上添加线圈电流采集回路、机械特性在线监测回路,实现永磁机构控制、线圈电流信号、机械行程信号采集,并根据控制信号或线圈电流阈值或机械行程阈值启动录波并生成录波文件。通过对测试中几个故障实例录波文件的分析,提出了基于实例的故障诊断方法:首先依据录波文件中控制信号、线圈电流信号、机械行程信号有无及出现时序关系进行初步诊断,以诊断突发性设备故障,并根据录波文件分析故障部位和产生原因;当初步诊断开关设备无突发性设备故障后再依据机械特性行程—时间包络线和线圈电流—时间包络线进一步确定开关设备健康状态,诊断开关设备可能存在的渐变性故障及故障类型等,防止事故的发生。

27．5kV永磁机构真空断路器动作特性仿真与试验研究

针对27.5kV永磁机构真空断路器并根据其动作特点,进行了基于Ansoft和Matlab软件的静态、动态特性仿真。首先,建立有限元模型,利用Ansoft软件包对永磁机构的静态特性进行仿真。其次,根据耦合电压平衡方程和达朗贝尔机械运动特征方程,在静态仿真基础上采用Matlab构建永磁机构断路器的运动模型,对永磁机构动铁心、断路器动触头运动特性进行了仿真分析。最后,对设计的样机进行了动态测试,测试结果表明仿真的正确性。