New Generation of Outdoor Vacuum Circuit Breakers with Rated Voltage up to 40.5 kV

The article describes design peculiarities of the novel compact vacuum circuit breaker with rated voltage 40.5 kV. The design incorporates several novel technical solutions： polycarbonate support insulation, mono-stable magnetic actuator, labyrinth pulling insulator, core-type flexible contact and new compact vacuum interrupter （VI）. Phases are encapsulated into silicone rubber providing required creepage distance and excellent tracking resistance. These novelties along with extensive modeling of the mechanical and electrical fields followed by design optimization resulted in weight reduction of more than 50% compared with alternatives available in the market. And this is in spite of built in sensors measuring： phase currents, zero-sequence current, phase voltages.

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。

Characteristic investigation of permanent magnet actuator for vacuum contactors operating with an intrinsically safe low voltage

This paper reports a new application of permanent magnet actuator for vacuum contactors.A novel permanent magnet(PM) actuator to drive a vacuum contactor with intrinsically safe and low supply voltage is proposed.PM is mounted on the static iron of the contactor to enhance its holding force and reliability.While only one coil is used to break the vacuum contactor,two series coils are deployed to yield a high magnetomotive force to realize the making operation.The electrical circuit equation,mechanical equation and magnetic field are all coupled in the simulation.A prototype is manufactured and tested to validate and showcase the performance of the contactor which is equipped with the proposed PM actuator.

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 。

高可靠性永磁机构真空断路器研究

永磁机构真空断路器是一种新型开关设备,由于具有结构简单、可靠性高等优点,近年来受到科研机构和生产单位的广泛关注。文中选用永磁真空柱上重合器作为研究对象,从设计、试验及标准等方面,对永磁机构提出了新的要求,提出了永磁机构的供电电源电容器"门槛"电压的概念,并定义线圈通流时间为"脉宽",论证了采用"动脉宽"和"定脉宽"两者相结合的方式,可使永磁机构合闸更可靠。规定了永磁机构电容器的能量必须满足的要求,针对重合器3合4分的操作顺序,提出了采用多组电容分级投入的方式,很好地解决了电容器的容量问题。利用有限元的方法仿真分析了永磁机构磁场等,为永磁机构断路器的产品优化及可靠性设计提供了依据,最后制订了专门的考核方法并对产品进行了试验验证。仿真和试验结果验证了优化设计方法的可行性,提高了断路器的可靠性。

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。

采用数字信号处理器的永磁机构同步控制系统

断路器的同步(或相控)操作能有效削弱分合闸所产生的涌流、过电压等暂态冲击,是电器智能化的前沿课题。文中介绍了以数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407A为核心的永磁机构同步控制系统的软硬件设计。该系统实时采集电参数并用有限冲激响应(FIR)数字滤波器检测参考信号零点,针对不同输入指令调用相应的控制算法,使永磁机构在预定相位完成同步投切。整个装置的设计均采用模块化思想,具有必要的抗干扰措施,并能与控制中心通信,便于现场调试与维护。试验结果表明样机运行稳定可靠,达到了预期的设计要求。

基于永磁操动机构的光控模块式多断口真空断路器技术

提出了一种设计多断口真空断路器的新思路,即采用基于永磁操动机构的光控模块式真空断路器单元串联成为更高电压等级的多断口真空断路器。它使用光纤控制技术在低电位端对处于高电位的真空断路器的电子操动机构进行控制。最后,对光控真空模块单元中的电源系统进行了介绍。

真空开关动作时间的自适应控制

相控开关技术可以有效地削弱电网各类负载投切操作引起的系统暂态过程,是建设智能电网的重要技术之一。真空开关选相操作的技术关键是控制真空开关机构的运动特性,实现真空开关在不同环境下的动作时间稳定。利用模糊PID自适应控制技术,针对基于永磁机构的真空开关提出一种新型控制驱动方案;并基于TMS320LF2407A处理器实现了新型真空开关永磁机构驱动控制系统的设计。实验研究验明了该控制系统在环境因素变化时可保持合闸时间误差稳定在±0.25 ms以内。

72.5kV高压真空断路器永磁操动机构的研究与设计

高压真空灭弧室有较长的运动行程 ,并需要较高的分、合闸速度。在较长的开距下 ,气隙磁阻较大 ,动铁芯往往不易获得能满足高压真空灭弧室要求的机械力 ,这给配用永磁机构带来了相当的难度。根据真空灭弧室及其机械传动系统负载反力的非对称性 ,该文提出在分闸工作气隙区域内设置由导磁材料构成的磁分路。引入磁分路后 ,进入动铁芯磁极端面的磁通被分成工作气隙主磁通和边缘扩散磁通 ,这样动铁芯的电磁吸力特性被有效改善 ,即使在较长的运动行程下也能获得满足 72 .5kV高压真空断路器开断要求的动能。该文对永磁操动机构的静磁场和动态特性进行了分析 ,给出了计算和仿真测试结果。

配永磁机构真空断路器动态仿真与实验

为了研究断路器分、合闸过程的动态特性,笔者针对一台配永磁操动机构的真空断路器,基于虚拟样机技术建立了断路器的动力学模型,推导出模型动作过程所满足的运动方程及电磁方程,对真空断路器的分闸、合闸动态过程进行仿真分析与实验对比。仿真和实验结果表明,模型的动态特性满足断路器的技术参数及实验数据的要求,为研究断路器的优化设计和故障诊断提供了依据。

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。