Influence of Shock Wave on Turbulence in SF_6 Puffer Circuit Breaker

Influence of the shock wave on the turbulence in a supersonic nozzle was investigated for a SF6 puffer circuit breaker interruption process. Turbulence is enlarged through the shock wave. Baroclinic generation of vortex causes flow separation and broadening of the arc cross section. V-I characteristics are slightly modified due to the shock wave＇s influence.

低压直流电弧检测与分断技术研究综述

低压直流电弧精准检测与快速分断技术是保障低压直流配用电系统安全、稳定、可靠运行的关键。首先综述轨道交通新场景下发展的直流故障电弧检测技术,分析多类基于时频域特征构建算法和基于机器学习的智能模型设计方式,介绍采用电磁、电流信号等特征的多种直流故障电弧定位技术。其次综述面向低压直流系统的快速分断技术,概述传统机械断路器开断方法,介绍基于电力电子器件发展的混合式断路器和固态断路器研究进展。最终提出低压电器设计领域发展方向,以期为相关研究人员提供参考。

真空与气体一体化串联机械开关及其直流快速转移应用

为提升中压混合式直流断路器的自然换流性能,该文提出一种真空与气体一体化串联机械开关,分析真空与气体一体化串联用于电流转移性能的工作原理。并基于此设计了双超程联动的真空与气体一体化串联开关实验样机,研究了气体类型、气压、触头结构、触头材料等参数对电弧电压特性的影响规律,确定了W70Cu桥式两触点结构,采用H2和N2体积比为2:3、气压为0.3 MPa的氢氮混合气体,弧压可由20 V提升到120 V,电流转移时间由1 900μs缩短至300μs。同时测试了静态瞬态开断电压(TIV)分布特性,真空间隙承担主要电压(55%),串联整机耐压水平为20 kV。验证了真空与气体一体化串联开关应用于中压混合式直流断路器的可行性和有效性。

一种可选择中断的混合式直流断路器拓扑

传统的混合式直流断路器应对瞬时性故障时必须先切断故障电流,再进行重合闸,会造成短暂性的电能供应中断。对此,提出一种适用于中压直流的可选择中断混合式直流断路器拓扑。该断路器可根据不同的故障类型选择运行方式,在与主导通支路串联的桥式结构中增加电容和限流电感抑制故障的电流上升,并储存能量,通过释能电阻对能量进行释放。对所提出的拓扑进行工作过程和理论分析。在单端直流等效系统中进行仿真验证,该结构在应对永久性短路故障时,可在9 ms内切除故障;应对瞬时性故障时,可使系统在不中断电流的情况下恢复正常运行,并释放故障时产生的能量。仿真结果验证了该拓扑的优越性。

72.5 kV快速真空断路器技术研究及开发

短路故障的快速切除对提高电网输电线路的输电能力和提高电力系统暂态稳定性至关重要。快速真空断路器是实现短路故障快速切除的理想选择。文中目标是设计一款新型单断口72.5 kV快速真空断路器并对其短路电流开断性能进行验证。采用具有多重悬浮屏蔽罩与轻量化技术的72.5 kV真空灭弧室用作灭弧器件,电磁斥力机构用作操动机构,一款特殊设计的油阻尼器用作速度调节器。为满足短路电流开断要求,依据阳极放电模式将分闸速度特性定量化调控为:前15 mm行程内平均分闸速度v1为5 m/s,满开距30 mm内平均分闸速度v2为1.59 m/s。经测试,开发的72.5 kV快速真空断路器的分合时间分别为(1.2±0.04)ms和(18±0.20)ms;进行了T100s(b)方式下的40 kA(rms)和80 kA(rms)的短路开断性能验证。开断结果显示,研制的72.5 kV单断口快速真空断路器满足了国标GB 1984—2014全燃弧时间窗口开断要求。

基于两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室电场设计

输电等级真空灭弧室是迫切需要解决的行业级难题,为克服单断口真空灭弧室绝缘瓶颈和多断口串联结构复杂等问题,该文提出了一种基于两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室结构,该结构采用辅间隙与主间隙串联异步联动,辅间隙协助主间隙绝缘和灭弧,有望实现252kV及以上电压等级真空灭弧室的工程应用。建立了两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室电场仿真模型,分析了进出线方向、主辅间隙、屏蔽罩等对电场强度和电压分布关系的影响规律,并研究了屏蔽罩结构和环形陶瓷分压电容器等分压措施对电场提升的效果。研究表明:静端盖为出线端、动端盖为进线端时,主间隙开距为60 mm、辅助间隙开距为30 mm可以满足分压关系按照开距大小分布,最大电场强度相比于长间隙开距60 mm时降低27.3%。外部并联环形陶瓷分压电容器可以满足双向分断的要求,进线端在静端盖时外部并联环形陶瓷分压电容器灭弧室相较于未并联电容的灭弧室最大电场强度降低30%左右,初步说明了基于两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室结构的可行性和有效性,研究可为高电压等级真空灭弧室研制提供新思路和新方法。

金属罐体对真空灭弧室内部电场分布的影响

利用真空开断技术以及环保气体绝缘技术开发罐式真空断路器是高压真空断路器的一个重要发展方向。为此,建立了126 kV单断口真空灭弧室以及罐式断路器的电场仿真模型,分别从触头表面电场分布、触头间隙有效击穿面积以及内部电场分布对称性三个方面,探究了布置在金属罐中的真空灭弧室内部电场的变化。结果表明,金属罐体引起真空灭弧室内部动、静两侧的电场分布不对称,出现高电位侧电场强度增大,而低电位侧电场强度减小的情况。针对这一情况,建立等效电路模型,从电路层面分析。结果表明,对地杂散电容增大引起了主屏蔽罩的电位降低。进一步地,通过将主屏蔽罩电位设置为一系列的固定值,研究了主屏蔽罩电位对于真空灭弧室内部电场分布的影响。当控制主屏蔽罩电位相同时,布置在金属罐中的真空灭弧室与单个真空灭弧室相比,两者内部电场分布基本一致,这为罐式断路器中的真空灭弧室内部电场的优化提供了参考。

动力学仿真在双动自能式断路器开发中的应用

双动自能式灭弧室凭借操作功低、可靠性高的优势,在252 kV的SF6高压断路器产品中有着成熟的应用。结合252 kV双动自能式断路器的开发项目,提出了动力学仿真在其产品开发中的实际应用。估算了分合闸操作功,用于机构的选型;利用刚体及刚柔耦合的多体动力学仿真得到关键零部件的受力结果,介绍了在理论和经验的指导下,动力学仿真在解决实际故障中的应用,并通过具体参数的对比,指出了新型的双动自能式断路器的明显优势。

基于混合式高压直流断路器的故障电流限制与开断机制

高压直流输电技术凭借其远距离传输、低损耗等优点,在电力系统快速发展中占据重要地位,逐渐成为电网建设的重要方向。然而,高压直流系统中故障电流限制和开断处理一直面临着技术方面的挑战。混合式高压直流断路器以其快速响应与高效能量吸收能力,在保证系统安全稳定运行方面展现出独特的优势。文章深入研究混合式高压直流断路器的基本组成、工作原理及其在故障电流限制和开断中的应用,具有重要的理论和实践意义。

U型灭弧栅片在不同等级电流分断的影响分析

通过对两种灭弧栅片结构在不同电流等级下的分断试验对比,得出不同灭弧栅片结构对不同电流开断时的影响程度。结果表明:灭弧栅片的U型结构特征对临界直流负载电流开断无明显影响,对额定电流开断有重要影响,对低短路电流开断有微小影响,对高短路电流开断无明显影响。通过对开断不同直流电流下电弧的电压和电流波形图的研究分析,对提升产品的性能及使用的可靠性有一定的帮助。

智能型电子式低压塑壳断路器的设计

从脱扣机构、灭弧室、动作机构设计及多体动力学虚拟样机在产品设计中的应用4个方面对电子式低压塑壳断路器设计方案进行了介绍。该类型产品具有高性能、高分断、高可靠性、智能化、保护特性精准等特点。设计方案的产品已通过权威的检测机构测试,可供同类项目参考。

国内外混合式断路器发展与研究现状

混合断路器综合了传统开关的优点,克服了各自的缺点,是未来智能电网的发展趋势与研究热点。为此探讨了国内外混合断路器的发展与研究现状,并根据混合断路器的结构及工作原理对其进行了分类,重点对基于真空与SF_6串联构成的混合断路器及基于电力电子的混合断路器的工作原理、结构型式、应用领域及发展趋势进行了综述,基于真空与SF_6串联的混合断路器的动态绝缘特性、操动机构精度及最佳协同控制策略的研究,将推进其在高压大电流领域的应用。基于电力电子开关的混合断路器的电流转移特性、快速操动结构及短路开断控制策略等关键技术的突破,将为其在低压直流开断领域的应用奠定基础。

断路器相控开断短路电流智能控制装置研究

针对高压断路器相控开断短路电流,设计了基于可编程逻辑器件FPGA和数字信号处理器DSP的断路器智能控制装置。该装置采用FPGA完成遵循IEC61850-9-2LE协议的采样值报文实时接收和硬件解码,通过时钟同步技术减少采样值报文网络传输延时对短路电流相控开断性能的影响。对接收的采样值信号,应用自适应数据窗LMS算法实现短路电流特征参数快速提取,基于Pade逼近实现故障电流趋势的准确预测,采用二分法搜索有效零点获取最佳开断区间。建立测试平台对智能装置和算法进行验证,结果表明,设计的装置能实时准确地预测短路电流最佳开断点,为相控开断短路电流提供保障。

考虑时延与流量均衡性的广域保护通信迂回路径重构算法

电力系统光纤线路进行检修、改造或因极端情况导致光纤中断时,会使电力系统通信业务中断。基于剩余完好网络快速构建一条迂回路径可保证广域网通信业务正常进行。以通信总时延最短和流量均衡为最优目标,寻找广域通信迂回路径。着重考虑需转移的数据流入备选信道后,对备选信道内数据排队时延的影响。将信道带宽倒数、信道长度和信道利用率三者的加权和作为信道权重指标。在可用预迂回路径表下,以路径总权重最小为寻优目标,执行改进Dijkstra算法选择最优迂回路径。最后通过OPNET通信仿真软件对所选最优迂回路径的实时性和流量均衡性进行验证。

高电压等级真空开断技术

削减与替代SF6气体成为电力开关领域研究人员为应对全球气候变化所担负的历史使命。发展高电压等级真空开断技术是削减与替代SF6气体的有效手段。文中从真空绝缘、大电流真空分断,操动机构与分、合闸曲线控制技术,额定电流的提升4个方面阐述了高电压等级真空开断的关键技术。介绍了高电压等级真空断路器在国内外的应用与运行情况。并从8个方面展望了高电压等级真空开断技术发展的前景,包括采用陶瓷外壳真空灭弧室及多重屏蔽罩结构、额定电流提升技术、真空灭弧室外部采用SF6替代气体绝缘、新型操动机构技术、气体绝缘封闭"真空"组合电器、液氮绝缘封闭"超导"组合电器、新型高压直流断路器和超特高压真空断路器。

基于Proteus的单片机中断电路的设计与仿真

针对单片机中断程序执行中异常状态多、偶发性和隐蔽性比较突出等问题,设计了由AT89C51单片机、外部中断电路、串行口中断电路和中断指示电路组成的基于Proteus的单片机中断电路。在Proteus仿真平台下完成硬件电路的搭建,对Keil C与Proteus软件进行联合调试,借助Proteus提供的虚拟仪器、激励源和仿真图表等仿真工具对电路运行情况进行实时观测和精确分析。该单片机中断电路可分析多中断源共同作用下的动态执行过程,可将抽象的中断过程直观化,有助于分析调试过程中存在的问题。

基于FPGA的电磁阀控制设计与研究

针对航空飞行器在飞行试验中需要精确控制滚控发动机电磁阀的难题,从电磁阀自身特点入手,设计了控制硬件电路并建立电磁阀门硬件电路灭弧电路响应时间模型,成功卸载60.5 V反向大电压,详细分析影响电磁阀的时间因素,同时也提出了基于FPGA的电磁阀可配置脉冲的实现方式。目前,该电磁阀控制设计已成功应用于地面发动机测试设备,具有较好的实时性、安全性和时间响应性能。

关于真空断路器电寿命极限开断次数的研究

通过分析2002～2005年间约400多份型式试验报告、原始记录及试验波形,并且跟踪一台合成试验用辅助断路器单极近一年的开断情况,得出目前在制造工艺和技术水平方面,真空断路器的开断潜力还远远没被认识到。

电力系统短路电流直流分量及其对断路器开断能力的影响

短路电流中的周期分量和直流分量对系统短路容量都有贡献,而后者在工程应用中没有引起足够的重视。从仿真计算和实际故障录波2方面介绍了超高压输电网中短路电流直流分量的衰减情况,定量估计了直流分量对运行中的断路器开断能力的影响。最后,对运行中的断路器的开断能力和关合能力做出了综合评价,并得出结论:如果按短路电流周期分量校核断路器开断能力,则需要留有10%～30%的裕度,以考虑开断电流中可能存在的直流分量;限制运行中的断路器使用的仍是其开断能力而不是其关合能力。

直流断路器电流开断试验技术与试验回路

随着直流电力技术的不断发展,直流断路器在高、低压直流电网中的重要性日益明显,直流断路器的试验技术与试验回路设计、实施也成为容量试验站研究的热点。文中分别讨论了中低压直流断路器、高压直流断路器的电流开断技术、开断要求,以及开断试验回路的设计、实施和试验技术。所设计的中低压直流断路器电流开断试验回路一期调试结果为额定电压2 kV、额定短路电流82.6 kA/峰值126.2 kA,完全满足1.8 kV/80 kA直流断路器的试验需求,此外根据设备参数理论上的试验容量可以满足额定参数4 kV/125 kA直流断路器的试验需求。进一步讨论了高压直流断路器电流开断的合成和直接试验回路,并给出了以直接试验回路进行试验时的典型试验结果。文中的研究内容为大容量试验站进行中低压和高压直流断路器电流开断试验回路设计和试验实施具有一定的参考价值。