真空断路器动作特性受运动阻尼影响的研究

电网中开关操作时间的准确性和稳定性是实现开关选相操作的前提,环境温度是影响开关操作准确性的重要因素之一。在对真空断路器动作特性受温度影响的研究中发现每台机构的运动阻尼参数具有独特性,且会随环境温度变化而变化。为探究不同运动阻尼对真空断路器动作特性的影响,对多台同型号真空断路器进行变温实验,得出温度影响下运动阻尼对断路器动作特性影响的普适性规律。通过多组断路器温度实验的对比,得到运动阻尼随温度的变化规律,并结合ANSYS仿真对运动阻尼进行量化分析,运用MATLAB拟合得出各温度下阻尼与行程间的关系公式。研究表明:对于真空断路器,运动阻尼的不同会导致动作特性发生明显变化,且低温环境下阻尼差异的影响比高温环境下大;断路器合闸动作中运动阻尼量化值整体随环境温度升高先减小后小幅增大。     

同位素温差电源工作特性的数值研究

数值模拟了某型同位素温差电源的热电耦合工作过程,探讨了在温差材料常物性假设条件下环境温度、热源加热功率、表面发射率、肋片高度、肋片数等参数对温差电源工作特性的影响。结果表明,加热功率对电源内部的温度影响最明显,而环境温度、表面发射率及肋片参数对电源表面的温度影响显著;环境温度及表面发射率对温差电源电性能的影响作用较小;散热肋片安装后电源整体温度明显降低,输出电性能得到改善;较大的加热功率有利于提高温差电源的转换效率。     

半导体温差发电模块传热特性的数值研究

针对在光伏-温差混合发电系统中加入温差发电模块能否强化传热、降低光伏电池温度这一问题,结合温差发电的基本原理及传热学理论,采用有限容积法,研究了负载电阻、冷端对流换热系数对温差模块电学特性和传热特性的影响情况。结果表明:随着负载电阻的增加,回路中的电流逐渐减小,电压升高,输出功率会在最佳匹配电阻下达到最大值;负载电阻的增大同时也会导致温差模块传热性能降低,当电阻小于相应温差下对应的临界值时,温差模块会起到强化传热的作用;冷端对流换热系数对系统的传热性能的影响较大,当热端与环境温度之差为150 K,冷端对流换热系数为500 W/(m2·K)时,温差模块的发电效率可达到2.14%,是相同条件下对流换热系数为50 W/(m2·K)的3倍。     

跨临界CO2制冷系统气体冷却器实验研究

对跨临界CO2制冷系统气体冷却器进行了实验研究.研究表明:随着高压压力的变化,尽管气体冷却器进口的CO2温度与冷却水的换热温差变化范围较大,但气体冷却器出口CO2温度几乎不变;系统的高压压力为9MPa时,气体冷却器中CO2的压降只有高压压力的1%左右,相对较小;随着气体冷却器出口C02温度的升高,系统制冷量先呈线性减小...     

具有串并联结构的363 kV真空断路器温升研究

温升是高压真空断路器状态监测时需要重点考虑的技术指标,具有串并联结构的363 kV快速真空断路器对每一个灭弧室单元提出了更高的可靠性要求。为向363 kV快速真空断路器的温升监测提供参考,基于断路器的实际设计尺寸,建立了三维电磁-热耦合模型,引入辐射、对流、接触电阻等多重边界条件,采用有限元法计算得到了整机不同工况下的温度分布。计算结果表明:导电铜排和真空灭弧室触头温度最高,断路器整体在额定电流和短路冲击电流下的最高温度为73. 3℃和93. 3℃,满足温升标准和热稳定性要求。     

SF6断路器灭弧室内电弧特性参数间的相互关系研究

电弧特性是研究断路器开断性能的关键要素之一.本文基于灭弧室热态气流场仿真技术,以252kV压气式SF6断路器灭弧室为结构模型,深入研究了断路器开断期间,灭弧室内电弧特性参数间的相互关系.研究结果表明:在电弧存在的区域,气体的压力较高,气体的密度较小;电位线分布密集的区域,电弧的温度较高;速度的分布与电弧的温度分布相反;激波会引起气体压力下降,电弧半径增大,电弧温度降低;在激波存在的区域,气体的流速可达超音速.研究工作为直观地理解灭弧室内气流场的分布、分析电弧特性参数间的作用规律提供了参考.     

直冷式冰箱冷冻室板管蒸发器的换热研究

本文分别建立了冰箱板管式冷冻蒸发器的自热对流换热模型与辐射换热模型,把对流换热模型简化为肋片模型与一维稳态水平平板对流换热模型,把辐射换热模型简化为封闭凸四面体模型,实验结果表明,所建立的模型能够准确的计算冷冻蒸发器的制冷量,且辐射换热与对流换热一样是冷冻蒸发器的主要换热型式.     

考虑热辐射效应的锂离子电池温度场仿真分析

温升是影响锂离子电池力学性能和使用寿命的主要参数。研究了热辐射效应对温度的影响,首先建立了圆柱型电池传热模型,针对ICR65/400锂离子电池数值分析了热辐射系数对电池内部温度场变化的影响;然后讨论了放电倍率、对流换热系数和环境温度对热辐射的影响;最后在高放电倍率、自然对流和低温环境下,对有无热辐射效应的温度场进行了比较。结果表明:圆柱型锂离子电池放电过程中最高温度出现在电池中心处,最低温度在电池表面;当放电倍率、环境温度和对流换热系数不变时,热辐射系数越大,电池散热越快,体系降温速率越快,达到热平衡时间越短;电池放电倍率越高,其生热速率越快,热辐射的散热效果越显著;当对流换热系数和放电倍率不变时,环境温度越低,其与电池温差越大,热辐射的散热效果越显著;当环境温度和放电倍率不变时,对流换热系数越小,热辐射的散热效果越显著;热辐射效应可有效降低电池内部温度。     

电站间冷系统空冷散热器翅片管束流动传热性能的数值研究

空冷散热器为电站间接空冷系统的主要设备,研究空冷散热器翅片管束的流动传热特性,对于电站间冷系统的优化设计与高效运行具有重要意义。对间接空冷系统空冷散热器常用翅片管束流动传热性能进行了数值模拟研究,通过计算获得了空冷散热器冷却空气流动阻力和平均对流换热系数随迎面风速的变化规律,拟合得到了摩擦因子与努赛尔特数随雷诺数的变化关系。利用对流换热的综合性能评价标准(performance evaluation criteria,PEC),即Nu/f1/3,对6种翅片管束的流动传热性能进行了比较。结果表明,随迎面风速增加,空气对流换热增强,压降增加,翅片管的对流换热系数随之升高,摩擦因子降低,但是换热系数的增加幅度小于压降的增加幅度。Forgo型翅片管束综合流动传热性能优于椭圆型管束。本文研究结果为电站间冷系统空冷散热器的选型和优化设计提供了一定的理论依据。     

竖直上升直肋管内超临界二氧化碳换热特性与肋结构优化

高性能超临界二氧化碳(S-CO₂)换热器是实现S-CO₂布雷顿循环系统高效紧凑化的关键核心设备,S-CO₂在光滑通道内换热系数较低,寻求高换热性能与低阻换热结构是发展高效紧凑式换热器的关键。采用五轴电火花成型技术制造出直肋管,通过实验方法研究了S-CO₂在四头直肋管内传热规律,系统分析了流动参数对直肋管强化传热特性影响,定量评估了直肋管与光管换热能力的差异;采用数值模拟方法研究了直肋管结构参数对强化传热和阻力特性的影响规律,获得最优的直肋管结构。结果表明：增加压力和质量流速可以降低壁面温度,提高对流换热系数,直肋管的平均换热能力是圆形光管的1.96倍左右;相较于圆形光管,直肋管可以有效延迟传热恶化发生,且使传热恶化延迟能力提升0.3～1.8倍;当固定肋宽0.5 mm,肋高2.5 mm,直肋管的综合换热能力最好,综合换热因子为1.58;而固定肋高为0.5 mm,高宽比0.33,直肋管的综合换热能力最好,综合换热因子为1.22。     

模块化三断口真空断路器分布电容计算和均压电容分析

为了研究三断口真空断路器的电压分布特性,建立了基于光控模块式真空断路器的三断口真空断路器三维有限元分析模型,计算得到了竖直型和U型布置方式下三断口真空断路器的分布电容参数。进行了模块化三断口真空断路器工频分压特性试验,测量了2种布置方式下的电压分布。引入电容等值模型以实现对计算结果准确性的验证。试验与计算结果对比表明,电压分布相对误差<4%,2种布置方式下,高压端断口的分压均超过60%,需配置合适的均压措施。并基于分布电容参数,分析了不同均压电容值下三断口真空断路器的静态分压特性。     

真空断路器关合速度与预击穿对同步关合的影响研究

通过对真空灭弧室击穿电压的测量及电场强度的计算,拟合出了真空灭弧室在小间隙下的击穿电压与间隙的关系式.并结合配永磁机构的真空断路器关合时的动特性,对10kV系统与35kV系统的电容器组进行关合时,考虑到断路器合闸时间的分散性,在一定合闸速度下,确定了关合涌流为最小的最佳预期关合点.     

高压真空灭弧室内部电场分布的影响因素

为了解高电压真空灭弧室内部的电场分布情况,建立了真空灭弧室的电场数学模型。应用电场数值分析方法和有限元软件详细计算不同屏蔽罩与触头尺寸对真空灭弧室内部电场分布影响的结果表明,因高电压真空灭弧室开距较大,触头间隙不再是场强集中的区域,在高压真空灭弧室小型化设计过程中,除考虑电极间的绝缘外,更需考虑电极与屏蔽罩之间的绝缘。合理设计屏蔽罩的尺寸、位置和触头的形状可有效改善灭弧室内部的电场分布,提高真空灭弧室的耐压能力,从而为国内72.5kV以上电压等级真空灭弧室的研制提供了理论依据。     

真空断路器高电压化技术进展

总结了有关真空断路器高电压化技术研究的进展,其中包括真空断路器高电压化的绝缘技术、真空灭弧室结构型式和高电压真空断路器的结构设计等,以供国内同行参考。     

液压机构液压系统的气体污染与控制

针对液压机构液压系统气体污染的危害问题,介绍了高压断路器液压机构的工作原理,分析了液压系统气体污染产生的途径,重点论述了气体污染对系统运行的危害——造成渗漏油、动作时间不稳定、气蚀等现象,最后提出了防范气体污染的措施,主要从结构设计和整体布置上避免气体的存留,并采取抽真空或加装排气阀的方法进行排气处理,有效控制液压系统的气体污染。     

低压真空断路器的大电流开断技术

低压真空断路器具有无火灾爆炸危险、良好的环境适应性,以及寿命长、维护量小等一系列优点。低压真空断路器的开断能力与触头直径之间呈线性关系,其极限开断能力取决于电流过零时的触头表面温度。当它开断大的短路电流时,一般采用与电弧轴向垂直的横向磁场真空电弧控制技术,使集聚态真空电弧在触头表面上快速旋转,减轻时局部触头区域的烧蚀。在低压真空断路器中CuCr触头材料显示出最好的性能。低压真空断路器将在煤矿、化工、冶金、纺织、采矿等时断路器有较高环境要求的领域中占有一席之地。     

真空断路器中关键零件机械可靠性计算与分析

给出了两种与高压断路器机械可靠性特点相适应的机械可靠性计算模型,并运用模型对目前在我国中压电网中应用十分广泛的真空断路器的机械可靠性进行了计算与分析,得到了对断路器机械可靠性影响较大的主要机械零部件的设计可靠度和在断路器不同开断次数下的可靠度,为提高高压断路器的可靠性提供了理论依据。     

基于低能量直流的真空断路器短路开断能力评估

针对目前真空断路器无法在现场进行短路开断能力评估的问题,提出一种利用低能量直流对真空断路器短路开断能力的评估方法。首先分析真空断路器的基本结构和电弧开断原理,得出工程实践中真空断路器开断故障电流失败的原因;其次使用小容量直流高电压、直流大电流模拟真实情况,在断路器触头间注入可控的直流电流和直流电压,通过检测断路器分闸过程电气量变化时间来评估断路器的极限开断能力。对安徽某变电站VS1-12真空断路器进行现场测试,结果表明低能量直流法能有效评估真空断路器短路开断能力,适合现场对断路器短路开断能力的筛查评估。     

Extending the Application Field of Vacuum Circuit Breakers to Generators for Capacities up to 400 MW

The progress that has been achieved in the development and manufacture of vacuum circuit breakers opens the possibility of using them for a wider range of applications at power plants, including as generator circuit breakers. Such characteristics of modern vacuum circuit breakers as increased breaking capacity and high switching life are factors that make them closer in competitiveness to SF6 circuit breakers for generators with capacities up to 400 MW. The article considers problem aspects relating to clearing of short-circuit faults in the generator voltage circuits and interruption of out-of-phase making currents and no-load currents of generator transformers. Conditions leading to a longer period of time to the moment at which the switched current crosses zero are considered. It is pointed out that, unlike the IEC/IEEE Standard 62271-37-013, GOST (State Standard) R 52565-2006 does not specify the requirements for generator circuit breakers in full. The article gives the voltage drop values across the arc for different design versions of vacuum circuit breaker contacts and shows the effect the arc in a vacuum circuit breaker has on the time delay to the moment at which the current crosses zero. The standardized parameters of transient recovery voltage across the generator circuit breaker contacts are estimated along with the contact gap electric strength recovery rates ensured by modern arc quenching chambers. The switching overvoltages arising when vacuum circuit breakers interrupt short-circuit currents and no-load currents of generator transformers are analyzed. The article considers the most probable factors causing the occurrence of switching overvoltages, including current chopping, repeated breakdowns of the circuit breaker contact gap, and virtual current chopping. It is found that, unlike repeated breakdowns and virtual current chopping, an actual current chopping does not give rise to dangerous switching overvoltages. The article also determines the vacuum circuit breaker application field boundaries in which dangerous switching overvoltages may occur that would require additional measures for limiting them.     

小开距下直流真空断路器介质恢复试验及分析

介绍了一种能在小开距下分断高上升率短路电流的方法,并就其真空介质恢复特性展开试验研究。设计了等效真空介质恢复试验方案,从燃弧能量与零电压恢复时间两方面对真空介质恢复过程进行分析,得到直流真空断路器短路分断控制方法的设计依据。研制了额定1 000V/800A直流真空断路器试验样机,可在小于1ms内成功分断上升率约为20A/μs的短路电流,并将电流峰值限制在8kA以内。试验结果证明了所提出的小开距下分断高上升率短路电流的方法有效、可行。