高压断路器触头烧蚀及电寿命评估研究综述

随着高压断路器接近设计寿命年限其触头烧蚀情况越来越严重,评估高压断路器电寿命可提高利用效率同时保证其运行可靠性。根据近些年有关开关电器电寿命相关文献,首先从触头烧蚀数学模型出发剖析了断路器电寿命终结物理过程;然后对比了目前常用的断路器电寿命评估方法优缺点,指出数据模型是驱动设备寿命准确评估的关键,并借鉴其他类型开关电器电寿命相关研究为高压断路器靠性评估开拓了思路。最后指出高压断路器电寿命预测所面临挑战以及研究方向。

适用于电动汽车的单开关动作双向固态断路器

设计了一种适用于电动汽车的单开关动作直流固态断路器,该断路器在切除短路故障时只需要通过控制一个开关的通断实现短路故障的隔离与短路能量的耗散。这里对该固态断路器的不同工作状态进行分析,建立相应的数学模型,并以此作为参数设计的理论依据,设计完成后在电动汽车动力电池输出400 V/20 A工作模式下进行短路切除实验,实验结果表明:电动汽车没有发生短路故障时,单开关动作直流固态断路器不影响电路的正常运行;当电动汽车发生短路故障后,该断路器能在5 ms内自动关断,且可以平滑的吸收故障电流使固态开关所承受的峰值电压小于550 V,对电动汽车具有可靠的保护作用。

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。

一种基于电机电流的高压断路器与负荷开关弹簧操作机构故障诊断算法

为实现高压断路器与负荷开关的故障诊断,提高设备安全可靠性,有必要深入研究电机电流特性与高压断路器、负荷开关的弹簧操作机构状态之间的关系。由于传统BP神经网络存在易陷入局部最小点及网络收敛速度慢等缺陷,采用遗传算法对于BP神经网络进行优化可以提高判断准确率及诊断效率。诊断结果表明,GA-BP算法可以根据断路器、负荷开关电机电流数据快速准确判断设备所处的运行状态,且精确度高,对于工程实际具有广泛应用前景。

高速铁路动车组主断路器转换阀射流噪声模拟分析及其降噪措施

[目的]高速铁路动车组主断路器转换阀的射流噪声非常高,严重影响了旅客的乘坐舒适性,因此有必要研究有效的降噪措施。[方法]进行了转换阀射流噪声的现场试验,测得其噪声高达96 dB,且呈现明显的间歇性与脉冲性。采用大涡模拟方法建立了转换阀射流噪声仿真数学模型,选取四种不同形状的喷口,计算得到了这四种喷口的流场速度云图。将射流流场计算结果导入LMS.Virtual.Lab软件,采用声学边界元方法模拟计算这四种喷口的射流声场,并将计算得到的四种喷口1/3倍频程频谱的模拟值与试验实测值进行对比。选取了既有的四种工业消声器,以及研发的新型结构复合材料消声器,对转换阀的降噪效果进行测试。[结果及结论]转换阀因断开主断路器而产生射流噪声。转换阀射流噪声与排气口形状密切相关,射流噪声为中高频噪声。五种消声器均能显著降低转换阀射流噪声,新型结构复合材料消声器的降噪效果最好,其降噪量可达20 dB。

矿用隔爆组合开关智能故障诊断系统研究

针对传统组合开关不能对潜在故障进行预测的问题,提出一种基于人工智能的故障诊断方法,该方法通过实时采集组合开关内流过高压断路器的电流与高压断路器触点的温度,对比正常电流下的温度与故障状态下的温度值,采用BP神经网络,诊断断路器故障状态。通过MATLAB软件对所提方法进行仿真验证,结果表明,该方法不仅能够准确识别断路器的缺相故障,也可以准确判断潜在的故障点,从而证明了该方法的可行性和有效性。

高压直流断路器在张北柔性直流电网中的应用

高压直流断路器是柔性直流换流站构成直流电网的核心设备,但±500 kV电压等级的高压直流断路器尚无应用经验。为了验证±500 kV高压直流断路器在实际应用中的开断特性,介绍了机械式、耦合负压式、混合式3种不同技术路线的高压直流断路器的拓扑结构,在张北柔性直流电网中通过现场实际短路接地故障,验证了±500 kV高压直流断路器能够在3 ms内可靠切断故障电流,最后对3种不同技术路线的高压直流断路器工作特性进行对比分析,指出了不同技术路线的高压直流断路器在分合闸过程中存在的问题,为大容量高压直流断路器的研制与应用提供一定参考。

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。

基于改进DBSCAN的低压开关机械故障诊断研究

基于专家知识的低压开关故障诊断方法主观性强且需要大量故障数据作为训练样本,泛化能力弱。提出一种基于密度聚类(DBSCAN)的无监督低压开关故障诊断方法。利用主成分分析(PCA)对低压开关线圈电流信号进行降维分解获得低维主分量;将低维主分量作为DBSCAN的输入进行聚类分析,将状态数据自动化分为“正常”“铁芯卡涩”“铁芯空行程大”“匝间短路”“电源电压过低”5种类型,从而实现不同故障状态的有效诊断。同时,针对DBSCAN参数设置难题,提出利用果蝇优化算法(FOA)对其全局寻优,提升聚类性能。基于实测数据的试验结果表明,所提方法对5种故障类型均能获得优于95.6%的识别结果,平均正确识别率达到96.5%,具有较高的应用前景。

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。

基于光伏充电的低压混合式断路器设计及仿真

直流断路器是实现直流系统电流故障清除和隔离的关键设备。基于人工过零点的直流断路器熄弧时刻具有不确定性,且换流电容需要更换辅助电源,降低断路器可靠性,增加维护成本。为此,在传统直流断路器基础上,提出了一种基于光伏充电的混合式直流断路器拓扑结构设计方案。该方案在断路器过零点未熄弧时闭锁IGBT开关,加速电弧熄灭,并设计光伏储能供电系统为换流电容预充电能,以保障断路器持续运行。同时对所提断路器的拓扑结构、开断时序、拓扑参数进行了设计,基于MATLAB/Simulink实验平台建立了150 V混合式直流断路器模型,讨论IGBT开关器件闭锁时刻及电阻电容二极管(resistance-capacitance diode,RCD)缓冲电路对断路器开断的影响。在此基础上,通过仿真实验分析了正常和短路工况下断路器开断过程,验证了所提方案的可行性。

光伏升压箱变所用电开关选择

介绍了光伏升压箱变所用电典型设计方案及所用电开关选择原则,通过研究低压断路器技术参数,分析了断路器短路分断能力随工作电压升高而迅速下降的特点。使用电力分析计算软件ETAP计算短路电流,确定系统短路水平,提出所用电开关选型及参数确定解决方案。

燃机用国产发电机断路器的研究与应用

燃机用发电机断路器是电力行业的核心设备,其国产化水平的提高对于电力行业的发展具有重要意义。介绍了燃机用国产发电机断路器的研究及应用情况,对燃机用发电机断路器成套装置的结构特点做了详细阐述,同时对首台套国产设备的应用情况做了介绍。通过燃机用发电机断路器成套装置的工程应用,带动相关产业链的发展,提高了燃机发电成套装置的国产化率。

宁夏电网35kV电容器组关合涌流计算与仿真分析

随着宁夏电网新型电力系统建设的不断推进,新能源及新型用能负荷的特性对无功补偿需求更加迫切,而作为变电站无功补偿中最经济的并联电容组因投切用真空断路器及SF_6断路器受高频涌流影响,难以满足频繁投切要求,一定程度制约了供电电压质量提升。从宁夏电网35 kV电容器组配置特点出发,分析变电站通用典型设计后对电容器关合涌流的影响,开展关合涌流简化计算方法及仿真分析研究。实例计算及仿真结果表明,在单个电容器组及背靠背电容器组关合两种方式下,采用简化计算涌流峰值及仿真计算方式偏差分别在10%及20%以内,简化计算方法及仿真模型可为电容器投切开关选型和涌流影响下设备健康评估提供依据。

基于移动式断路器分合闸线圈电流连续监测系统的研究与应用

分合闸线圈的电流信号是断路器分合闸线圈是否健康运行的重要参数之一。通过对操作动作后检测的电流波形变化和与历史数据对比分析,可实现动作相关二次元件和机械部件潜在故障的快速诊断。提出的移动式断路器分合闸线圈电流连续监测系统实用、高效且便捷,已在上海多座变电站实现应用,并协助诊断出诸多断路器潜伏性缺陷,为实现断路器的状态检修提供了一种有效的技术手段。

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。

一起220kV变电站线路闸刀设备异常事故的分析与思考

对220kV某变电站线路闸刀设备异常事故进行分析和讨论,针对该线路闸刀进行间隙检查、机械特性检查,结合现场检查、测量及各类测试结果进行分析后发现引起此次事故的根本原因是B相连杆因卡簧生锈断裂脱开导致闸刀B相实际未合上。针对此次事故进行了严谨的分析并对该批次闸刀拐臂提出了多项解决措施和建议,提高了设备的可靠性,满足电网正常运行。

风电场六氟化硫断路器防跳问题防范措施

目前全球可开发利用的资源越来越少,而全国风电机组生产制造厂商却越来越多,生产规模较之前不断扩大。国内一批企业通过技术引进、消化吸收、联合设计以及自主研发等方式,使风电机组功率呈现逐年扩大之势,多兆瓦级风电机组的研发进程正在加快。制造厂商在风电机组设计方面更加智能化和细分化,研发出了很多适合不同环境气候条件的定制化机组。国内风电行业虽然起步较晚,但风力发电技术迅猛发展,风电场的建设规模也在不断扩大。SF6断路器作为发电送出线路及主变压器等设备中的一种高压开关,具有控制和保护作用。它不仅具有较突出的灭弧和绝缘性能,而且在风电场实际应用中性能相对稳定,操作也非常方便。然而,风电场在处理断路器故障进行分闸操作时,断路器的跳跃将会导致事故发生并可能扩大故障,造成设备及人身危害。本文对风电场LW8-40.5六氟化硫断路器机构的跳跃式分合闸问题进行了分析,并提出了有效的防跳措施,保证了风电场升压站系统运行的安全可靠性。

关于取消新疆电网750 kV断路器合闸电阻可行性的仿真研究

目前,超、特高压输电线路常用合闸电阻吸收能量,并将其作为限制合闸过电压的主要手段,但是带有合闸电阻的断路器不仅造价昂贵,而且还存在运行可靠性差、故障率高等缺点,如果能利用低残压、保护性能优异的金属氧化物避雷器替代合闸电阻来限制操作过电压,不仅可以降低成本,还能简化断路器操纵机构以提高电力系统运行的可靠性。文中以新疆电网最长距离的750 kV线路为研究对象,通过沿线安装多组避雷器的方式,将沿线最大2%合闸过电压限制到规程规定的1.8 p.u.以内,为新疆电网所有750 kV长距离线路取消断路器合闸电阻的可行性提供了理论依据。

Investigation of a CO2 Switching Arc Using Spectroscopic Diagnostics and Computational Fluid Dynamics Simulations

A deep understanding of the physical processes coming along with the current interruption in high voltage circuit breakers is essential for the optimization of today’s switching technologies.Therefore a switching arc in a model circuit breaker is studied by means of computational fluid dynamics(CFD)simulations and optical emission spectroscopy(OES)in this contribution.Experimental investigations are performed in carbon dioxide(CO2)at absolute filling pressures of 0.1 and 0.5 MPa.CFD simulations are carried out based on a model of the arcing zone including a consistent treatment of the radiation transport and the wall ablation.Carbon ion line radiation is analysed in the experiment using an optical path in the heating channel between the electrodes inside the nozzle system.The pressure value in the arc is estimated based on the line width-intensity dependence.Obtained values correspond to the measured pressure outside the arc.For the temperature profiles,a good agreement within the accuracy of the approaches is observed between the CFD simulations and the results of OES.