考虑电动斥力的真空断路器刚柔耦合系统机械特性研究

针对真空断路器分闸过程涉及到的灭弧室侧电磁力与操动机构侧机械运动的耦合计算问题,结合Mayr-Cassie混合式电弧模型、灭弧室电磁场模型以及操动机构刚柔耦合动力学模型提出一种断路器分断过程电-磁-机械动态特性耦合计算方法。基于真空断路器分断过程动态特性计算结果,通过显式动力学方法对分闸过程中触头弹簧系统的冲击碰撞现象进行模拟计算,并结合应变寿命理论及Miner累计损伤理论计算触头弹簧结构的工作寿命,在此基础上对触头弹簧结构进行优化改进工作。研究结果表明:在断路器分闸过程中电动力方向并不总是为触头斥开方向,在超程阶段结束之前动触头承受的电动力为斥开方向,在超程结束后动触头承受电动力为闭合方向;在承受分闸冲击时,优化前的触头弹簧结构应力危险范围在弹簧销与导向套的接触界面处,应力数值为273.28 MPa,其疲劳寿命为2027次,优化后的触头弹簧结构疲劳寿命为12030次,满足断路器产品额定机械寿命的要求。

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。

电弧放电对G-R阻尼装置参数设计的影响

阻尼电阻值设计是G-R阻尼装置抑制投切电容器过电压的关键,为获得最佳抑制效果,需对影响阻尼电阻值的因素开展研究,其中,真空断路器投切电容器过程中产生的电弧放电是重要影响因素。为此,建立电弧放电条件下阻尼装置投入运行时的等效电路,并讨论电弧放电对投切电容器过电压的影响。以Mayr电弧模型作为单次放电模型,建立电弧重燃模型,分析单相、两相及三相多次重燃条件下的投切电容器过电压的特征。在此基础上,分析电弧放电对最佳阻尼电阻值设计的影响。研究结果表明:电弧放电并不能改变过电压先随阻尼电阻的增大而减小、后随阻尼电阻的增大而增大的变化规律;在电弧重燃条件下最佳阻尼电阻值比未考虑电弧放电时减小了大约5Ω,从G-R装置设计角度来看电阻减小可在一定程度上减少G-R装置的体积和成本,减小量约为10%。

真空直流断路器的合闸暂态谐波抑制方法

阐述真空直流断路器合闸暂态谐波抑制方法,建立断路器合闸暂态谐波模型,通过逆变换计算出断路器三相电路中的暂态谐波,识别断路器合闸暂态谐波状态,通过在真空直流断路器合闸电路中引入一阶低通滤波器,对暂态谐波滤波处理,实现断路器合闸暂态谐波抑制。实验证明,应用设计方法断路器电压能够快速恢复到稳定状态,并且暂态谐波降幅比较大,具有良好的断路器合闸暂态谐波抑制效果。

126kV真空断路器的运动建模与优化设计

根据对真空断路器运动原理的分析,建立了126kV真空断路器的动力学模型。提出了一种新的方法来设计真空断路器产品的运动特性,该方法利用多体动力学仿真软件ADAMS建立真空断路器产品的虚拟样机模型,对真空断路器的分、合闸过程进行仿真分析,通过对样机模型结构和力学等参数的修改,最终实现产品的优化设计。仿真结果也验证了该方法的有效性。

真空断路器开断并联电抗器的三相建模

针对40.5 kV真空断路器开断并联电抗器的工况,为了消除现有仿真模型的不足,笔者简单综述了真空断路器开断感性小电流的仿真研究的现状,对一种型号的40.5 kV真空断路器进行了试验,得到其触头间介质动态绝缘强度曲线、高频电流熄灭判据和截流数据,并建立了断路器开断并联电抗器的三相仿真模型,同时考虑了三相间的耦合。应用ATP-EMTP软件进行了该型号真空断路器开断并联电抗器的三相仿真研究,并与现场试验结果进行了比对,仿真结果与试验结果大致相符。

混合断路器大电流开断过程中真空电弧与SF6电弧相互作用的仿真

真空断路器和SF6断路器串联的混合断路器,可有效利用真空和SF6气体两种介质不同的灭弧特性实现更大短路电流的分断。为研究两种电弧的相互任用,运用ATP软件及其TACS工具建立了系统实验仿真平台、12kV真空断路器与40.5kV SF6断路器的电弧模型;将仿真结果与实验波形结合通过数学方法分别求得实用的真空电弧和SF6电弧模型参数;搭建了实用真空电弧模型与SF6电弧模型串联的混合断路器模型。通过设定不同的系统仿真参数,研究开断过程中真空电弧和SF6电弧的相互作用及真空断路器与SF6断路器的分压关系;分析两断路器不同时刻分断的协同特性与介质恢复过程;量化研究混合断路器的断流容量增益特性。仿真结果证明,真空断口首先承担恢复电压有利于SF6断口的介质强度恢复;两断口间的电压分布关系主要由电弧电阻与断口间电容决定;在不增加SF6气体使用量的情况下混合断路器具有比SF6断路器更大的断流能力。研究结果为大容量混合断路器的设计提供了理论依据。

海上风电场中压电缆集电系统暂态过电压仿真

为研究海上风电场真空断路器重燃造成机端变压器绝缘损坏的机理,特对真空断路器进行高频建模分析.首先利用自定义真空断路器模型建立了海上风电场中压电缆集电系统PSCAD/EMTDC仿真简化模型,研究了断路器重燃特性和分闸初相角以及电缆长度对机端变压器高压侧暂态过电压和重燃次数的影响.仿真结果表明:断路器3个特征参数中介质恢复强度对暂态过电压和重燃次数影响最大,分闸初相角为45°开断感性负载断路器发生重燃现象时产生的过电压最大,过电压幅值可达3.26 p.u.,陡度可达12.46 p.u..最后文中提出在机端变压器高压侧同时串联扼流线圈,并联小电容,增加氧化锌避雷器过电压保护装置.仿真结果表明加装过电压保护装置后暂态过电压幅值和陡度以及重燃总次数得到了明显的抑制.

相似理论在真空灭弧室研究和设计中的应用

本文应用相似理论得出,真空灭弧室中电弧运动速度与电流强度成线性关系的相似准则,和极限开断电流与触头直径、开距间的经验公式。认为用小电流模型来研究大电流真空灭弧室是可行的。

12kV真空断路器运动学模型的建立及其应用

根据对真空断路器运动原理的分析,建立了12kV真空断路器的动力学模型。通过所建立的模型,对弹簧操动机构进行了设计。实验结果表明,所建立的数学模型为真空断路器弹簧操作机构提供了一种有效的设计方法。

模块化三断口真空断路器动态分压特性

为得到基于40.5kV光控模块单元的U型三断口真空断路器的动态分压特性,给合理选择均压措施提供参考,通过低压、小电流的合成开断试验测量了该断路器弧后瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)的分配特性。同时通过试验验证了串接大电容使均压电容兼作分压器用的TRV测量方法的有效性。而对大电流弧后三断口真空断路器的TRV分配特性,基于连续过渡模型在PSCAD/EMTDC中进行了仿真分析。试验和仿真结果表明:小电流开断时,TRV分配特性与静态电压分配特性相近,静态均压设计可满足小电流开断的要求;大电流开断条件下,各断口残余电荷参数的差异可能对TRV分配产生显著影响;进行动态均压设计时,需要考虑断口不同期可能导致的TRV分配不均匀程度增大的问题。

断路器操动机构用直线感应电机的设计与研究

针对40.5kV真空断路器分合闸运动特性对操动机构的要求,结合圆筒型直线感应电机(C-LIM)的性能优点,文章提出了应用于高压断路器的C-LIM操动机构。对断路器操动机构实现了整体结构简单化设计。结构具有无需传统操动机构依靠机械传动的连杆和锁扣等复杂零部件、操作噪声低、响应快速、能优化预定行程曲线、可控性高、易于与综合自动化监视系统的连接和提高状态监测范围等优点,适用于中高压断路器的操动机构。文章亦对C-LIM磁路分布及各种特性进行了有限元分析,验证了C-LIM设计的有效性,并完成了满足40.5kV真空断路器工作要求的国内首台C-LIM样机制作。

基于灰色关联度和TOPSIS的真空断路器运行状态综合评估

基于灰色关联度和TOPSIS法对真空断路器运行状态进行综合评估,根据真空断路器典型故障类型,构建由振动信号、真空度、电寿命、触头温度组成的评估指标体系,采用熵权法确定各项指标权重系数。通过样本与正理想解和负理想解的欧氏距离和灰色关联度描述样本与理想方案的贴近程度,综合灰色关联度和欧氏距离计算评估样本的相对贴近度,并据此对评估样本进行优劣排序。实例论证及与其他方法对比表明,该方法可以客观有效地评估真空断路器运行状态,为合理安排真空断路器检修计划以及指导真空断路器设备维修提供可靠参考。

直流真空断路器换流频率对开断特性影响研究

直流断路器作为提高直流输电可靠性、灵活性的重要环节,是一项极具研究意义的关键技术。为给机械式直流断路器的振荡回路参数设计提供指导,有必要研究换流频率不同时的介质恢复过程以及开断特性。本文对真空断路器弧后介质恢复过程分阶段进行分析,提出了鞘层预备阶段的概念,给出了鞘层预备阶段持续时间的计算方法,进一步发展了鞘层发展理论,在此基础上通过理论分析和仿真来研究真空断路器换流频率对开断能力的影响,得到换流频率对开断极限电流的影响规律。

24kV真空断路器开断并联电抗器过电压相关问题仿真建模研究

结合电抗器本体实测参数和现场试验系统典型参数,对过电压特性进行了理论分析,并在4套真空断路器开断特性模型参数的基础上,基于RTDS分别开展了300次投切仿真试验。根据过电压累积概率分布确定了适合24 kV真空断路器的2套模型,并进一步分析了分闸角、过电压振荡频率分布、相间过电压/相对地过电压比值、外接分压器和系统中性点电阻等相关问题进行了仿真分析,供电力部门过电压试验、防治工作参考。

相对熵赋权法下中压真空断路器状态的灰云-模糊熵评估模型

针对目前中压断路器评估中存在的结果模糊度较高、确信度较差的不足,采用相对熵组合赋权思想提出一种中压断路器运行状态的灰云-模糊熵评估模型。该模型采用直觉层次模糊分析法确定评判参量的主观权重,基于分析信息量差异的交叉熵法得到客观权值,采用相对熵求得最优组合权重;同时,运用云模型改进灰色白化权函数;引入模糊熵理论来刻画评估的复杂不确定程度,并作为辅助参评量。实例分析表明,该方法可行有效,为中压断路器状态评估研究提供了可行思路。

基于退化的真空断路器可靠性研究

作为电力系统终端设备之一,断路器起着控制、调节和保护作用,其可靠性水平对电力系统的稳定产生重要的影响。断路器可靠性研究的重点在于机械可靠性。针对真空断路器的机械可靠性研究问题,为了更充分地利用断路器失效的过程信息,文中采用基于退化的可靠性建模方法,对6台12 kV永磁机构真空断路器做了数万次退化试验,采用主成分分析法确定了超程为退化量来建立退化过程模型。根据超程退化数据,分别采用正态分布和Weibull分布建立退化分布模型,计算得到了相应的模型参数,并给出了可靠度函数和可靠度对比曲线。

干式空心并联电抗器开断过程中复燃过电压研究

在35kV电力系统中采用真空断路器来开断电抗器引起复燃过电压,给电抗器的匝间绝缘造成破坏。基于上海某变电站实际电气主接线,构建投切35kV并联电抗器单相模型以及三相模型,计算出首开相产生的复燃过电压幅值为3.0(标么值)。根据后开相的过电压产生机理,计算出非工频电流过零相产生的过电压幅值为13.0(标么值),而在前两相均产生复燃的情况下,最后相产生的过电压幅值为16.6(标么值)。

基于有限元仿真的永磁操动机构参数设计研究

永磁操动机构结构参数设计是影响断路器性能的关键,公司在40kA真空断路器永磁机构的研发中,以永磁真空断路器生产投入经济性、运行可靠性为目标,建立永磁操动机构有限元模型对永磁体块数、激磁回路线圈匝数及电容容量三个参数进行优化研究,以确定最优化的永磁操动机构参数组合,避免单一参数分析导致的设计不合理。研究结果表明,基于有限元的永磁操动机构仿真模型与实际模型能保持较高的一致性,且该参数设计方法易于实际工程应用。

基于云物元分析理论的真空断路器运行状态综合评判方法

为了保证真空断路器的安全运行,必须对其运行状态进行客观合理的评估。采用基于云模型与物元理论来评估真空断路器运行状态。利用真空断路器的相关试验和实际运行参数建立了运行状态评价指标体系;基于云模型的双重不确定性和物元理论的可定性构建了一个云物元理论的评估模型。运用该模型对算例进行状态评估,验证了模型的可行性与可靠性,为真空断路器的安全运行提供了理论基础。