一种新型混合型超导限流器的设计与实验研究

为解决传统电阻型超导限流器因超导组件参与常态通流而产生的超导带材用量过多及电流引线漏热功率过大等问题,提出了一种适用于中压船舶直流电力系统短路故障保护的新型混合型超导限流器拓扑结构。对其基于IGBT、高速真空开关的联合换流过程进行了试验研究与理论计算,得出了电容、电感、电阻等参数对换流过程的影响规律;采用盘式无感绕制的方式制作了超导带材盘,组成的高温超导组件电感值仅2.9μH;介绍了限流器用高速真空开关的触头运动特性;最后对限流器样机进行了试验,样机成功将预期峰值为57.6 kA的短路电流限流至24 kA以内,完成了在短路电流上升率为34 A/μs条件下,7.7 kA电流的换流,换流时间仅为61μs,电容电压最大值为1170 V,并实现了高速真空开关无弧分断。

基于强迫换流原理的新型真空直流限流断路器

提出了一种基于现有强迫换流型真空直流断路器的改进方案,并通过在高速真空开关两端并联反向续流二极管,使真空开关在电弧电流强迫过零后由于二极管的续流作用得到零电压介质强度恢复时间,提高了真空灭弧室电流过零后的介质强度恢复速度,使真空开关得以在小间隙下分断高上升率的短路电流,提高了传统真空直流断路器的限流、分断能力。设计了限流断路器样机,进行了短路分断试验。试验结果表明:所设计的限流断路器能将最大上升率为20A/μs的短路电流限流至10kA以下,限流分断时间小于1.1ms,满足了现代舰船极限短路故障的保护要求。

新型故障限流器的仿真与现场实验

有效限制短路电流对于保证电力系统安全稳定运行和减小短路对电气设备损害具有重要意义。为此,提出了一种新型故障限流器拓扑,其中快速开关用于快速分断,触发真空开关用于控制预先充电的脉冲电容器放电,以促使快速开关电弧迅速熄灭,实现短路电流的主动转移,电阻被用作限流元件。设计制作了10kV电压等级限流器样机。基于限流器参数和实验现场参数,用ATP软件建立了限流器在实际线路中的仿真模型。短路限流过程的仿真计算结果表明,该限流器在所设条件下可将短路电流限制到无限流时的60%。在变电站实际线路中对限流器样机进行了现场实验,实验结果与仿真结果基本一致。

基于永磁斥力机构的真空快速开关的研究

基于永磁斥力机构的真空快速开关因结构简单、动作迅速、可靠性高、容易实现电子控制和开关智能化等优点,引起了国内外学者的重视和研究。为了进一步提高永磁斥力机构的运动速度,为真空快速开关提供技术支持,文中采用有限元方法对影响永磁斥力机构的因素进行了研究。在用Maxwell建立永磁斥力机构的简化模型后,计算了基于永磁斥力机构的真空快速开关的动作特性,并采用单一变量法研究了包括运动部分质量、金属盘尺寸及直流、外接电路参数对机构运动的影响,并根据计算结果制作了12 kV样机。仿真结果表明,减少运动部分质量、提高充电电容的电压等方式能有限提高机构的运动速度。而样机实验结果表明,该快速开关能在5 ms之内可靠分闸,动作分散度小于±0.2 ms,验证了仿真结果的正确性。同时,为进一步提高真空快速开关的分闸速度,提出来在不影响电磁斥力和满足机械强度的情况下,通过沿金属盘径向方向打孔的方式以降低金属盘质量的方案,并得到实验结果有效验证。

多断口真空快速隔离开关试验研究

快速隔离开关是混合式直流断路器的关键部件之一,其分合闸时间在数毫秒以内的,常规断路器难以提供如此快速的操作速度。文中在借鉴已有真空开关研制经验的基础上,从分析直流快速隔离开关的需求入手,重点对真空小间隙应用在直流隔离、无弧分断场合的情况进行有针对性的系列试验,同时借助试验和理论分析,解决了多断口均压问题,使中压真空开关得以扩展到高压直流隔离开关应用领域。研制出一台分闸速度小于3 ms的200 k V直流快速隔离开关,且该方案具有易于向高压扩充的优势,能满足混合式直流断路器的应用需求。

12kV直动式快速真空开关研制

基于电磁斥力原理的操动机构始动时间短,可由增加电流的简单方式提高动作速度,非常适合于快速开关的应用场合。采用有限元方法仿真分析了金属盘厚度、线圈盘盖板和底板材质对斥力驱动机构特性的影响,并研制了一台基于斥力驱动装置和永磁保持装置的12 kV直动式快速真空开关。经测试和优化,该开关分闸始动时间达到0.5 ms以内,满行程时间达到5 ms以内,提高了分闸速度并增加了可靠性。

高速铁路接触网隔离开关服役状态分析及技术升级策略

高压隔离开关是接触网系统的关键设备,运行状态直接影响接触网故障率。通过分析高速铁路接触网隔离开关故障和服役状态,指出接触网隔离开关在服役时存在防灾能力较差、安装方式复杂、操作时间长及适应性差等问题,无法满足智能牵引供电系统发展需求。建议将接触网隔离开关升级为性能和安全防护等级更高的真空断路器。真空断路器技术条件同户外27.5 kV变电设备一致,在接触网H型钢支柱上安装,不仅在技术条件、防护等级、安装形式等层面上取得技术提升,而且经济性较好。