塑料外壳式断路器操作机构的动态仿真与参数化设计

采用基于多体动力学原理的虚拟样机技术,建立了塑料外壳式断路器操作机构的动力学模型.利用仿真软件ADAMS对其动力学模型的分闸、合闸和自由脱扣进行仿真分析,将运动机构的四连杆模型进行简化及对关键尺寸进行参数化设计,对预防断路器的死扣和滑扣有重要意义.该仿真分析可为该产品生产、改进和测试实验提供理论根据和指导,进一步提高产品的稳定性和可靠性.     

真空断路器新型电机操动机构的多体动力学仿真

为提高断路器的可靠性,研究了一种新型的电机机构,该电机机构具有结构简单、体积小、响应快且运动过程可控等优点,研究重点为在电机机构操作下真空断路器的分/合闸机械特性。结合40.5 kV配电机机构的真空断路器,采用多体动力学仿真软件(automatic dynamic analysis ofmechanical systems,ADAMS)建立真空断路器新型电机机构的虚拟样机模型,对断路器的分/合闸过程进行仿真分析。由动态仿真得到电机转角与动触头行程的对应关系、断路器动触头的行程及速度特性曲线等,同时对断路器进行分/合闸操作实验,通过安装在转轴上的扭矩传感器及绝缘拉杆处位移传感器测得相应的运动特性,并将仿真结果与实验结果进行对比分析,仿真模型的输出特性与实验结果吻合较好,表明虚拟样机模型是有效的。     

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。     

基于ADAMS的真空断路器合闸弹跳分析

介绍虚拟样机技术应用于真空断路器研发的基本过程。用三维制图软件UG绘制真空断路器的三维模型图。利用多体动力学仿真软件ADAMS对真空断路器的合闸弹跳进行仿真分析,结果表明增加触头超程弹簧的预压力可抑制弹跳时间。实测结果证实了该方法是可行的。     

虚拟样机实验仿真技术及其在真空断路器操动机构中的应用

介绍了虚拟样机实验仿真技术的技术路线,运用机械系统动力学自动分析软件ADAMS建立了某真空断路器操动机构的动力学仿真参数化模型,仿真分析了机构的运动学和动力学特性,并与试验结果进行了对比。结果表明,所开发的参数化仿真模型为真空断路器操动机构的开发设计和性能分析提供了一种高效的现代设计方法。     

126kV真空断路器永磁摆角电机操动机构的设计与动态特性分析

为提高断路器的可靠性并结合高压开关设备的智能化发展方向,针对126 kV真空断路器设计了一种新型永磁摆角电机驱动操动机构。根据126 kV真空灭弧室的性能要求对该操动机构进行了运动学分析,提出驱动电机的设计参数,采用场-路-运动耦合法对驱动电机的动态性能进行了有限元分析,在此基础上建立了断路器的虚拟样机模型并对其动力学特性进行仿真研究。基于仿真结果制成了永磁摆角电机操动机构样机并与真空断路器进行了联机分合阐操作试验。试验结果表明,永磁摆角电机操动机构能可靠实现126 kV真空断路器的分合闸操作并能满足断路器灭弧室的速度特性要求,验证了操动机构设计的合理性。此外,仿真计算与试验结果基本吻合,验证了仿真分析的正确性。     

真空断路器动态特性仿真与最优化设计

为了对真空断路器进行优化设计,应用机械系统动力学自动分析软件ADAMS(automatic dynamic analy-sis of mechanical systems)根据断路器实物模型搭建了断路器虚拟样机模型,并对其进行了动态仿真,仿真与实验结果对比验证了模型的正确性.对仿真结果进行了动态特性分析,得到了动触头位...     

真空断路器弹簧操动机构的动力学仿真分析

建立了真空断路器弹簧操动机构虚拟样机模型,在凸轮机构接触副碰撞函数中采用变刚度系数对断路器的分/合闸过程进行仿真分析。仿真得到绝缘拉杆和动触头的行程及速度特性曲线,同时对断路器进行分/合闸操作试验测得相应的运动特性,并将仿真结果与试验结果进行对比分析,仿真输出与试验结果吻合较好。进一步与凸轮机构接触副碰撞函数采用常数刚度系数动力学仿真结果进行速度及加速度等瞬态特性比较分析表明,在弹簧操动机构中引入变刚度系数的虚拟样机模型具有真实性和必要性。为优化设计、疲劳分析及整体可靠性提供依据和指导。     

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。     

单稳态永磁真空断路器动态特性仿真

根据单稳态永磁真空断路器结构特点,采用虚拟样机技术,进行基于Maxwell、MATLAB、ADAMS的断路器合分闸动态仿真。先使用Maxwell建立有限元模型,计算电磁力和电感等;然后将计算结果导入MATLAB,耦合电压平衡方程与机械运动方程,求解得到永磁真空断路器合闸动态特性仿真结果;随后采用ADAMS对永磁真空断路器分闸过程进行仿真计算;最后对实际样机进行测试,验证了仿真的正确性。     

具有串并联结构的模块化多断口真空断路器静动态电压分布特性

为向基于光控模块的多断口真空断路器的静态、动态绝缘特性设计提供参考,建立三维有限元分析模型,计算126 kV U型布置的三断口真空断路器的静态电位分布和真空灭弧室内部的电场分布。利用110 kV振荡型合成试验回路,进行低电压、小电流三断口串联断路器样机的开断试验,测量三断口的瞬态恢复电压分布。计算和试验结果表明:三断口真空断路器的静态和动态电压分布不均匀,高压端断口的静态分压超过65%,串联样机进行试验时底部可以不安装支架;高压端断口的动态分压(瞬态恢复电压峰值)超过60%,1 000 pF均压电容可以满足低电压、小电流开断均压要求,高电压、大电流开断情况需进一步验证。     

我国开发126kV真空断路器的必要性及其初步研究

报导了真空断路器在我国电网上的使用情况,分析了一些发达国家今后发展真空断路器的趋势。论证了在我国开发126kV等级真空断路器的现实意义,介绍了将在我国建立制造高压真空断路器基地及其操动机构的准备工作等。     

126kV 3断口真空断路器的重燃特性

为分析126kV 3断口真空断路器(VCB)的重燃特性,建立了包含重燃判据的126kV 3断口真空断路器的暂态等值模型。仿真得到了承担瞬态恢复电压(TRV)较高的1个断口发生重燃时的电流波形,为实现重燃电流尽早过零熄灭,在均压电容支路串联一阻尼电阻,结果表明:阻尼电阻取为振荡与非振荡衰减临界值时效果最佳;仿真分析了有无均压电容时,非重燃和重燃断口分别出现的过高TRV和工频恢复电压(PFRV),为保证断路器可靠开断及保护重燃断口外绝缘,在各断口并联金属氧化物避雷器(MOA)来限制过电压,结果表明:在1000pF均压电容上并联参考电压约为50kV的MOA时限压效果较好,且能满足热稳定要求。研究成果可为126kV 3断口真空断路器合理选取动态均压措施提供一定的依据。     

126 kV双断口真空断路器的理论分析

在分析国内外高电压等级真空开关研究的基础上,提出了研发126 kV双断口真空断路器的必要性和可行性,并针对双断口真空开关存在的缺陷提出了解决措施。在双断口均压问题上,笔者给出一种新型126 kV双断口真空断路器,通过理论分析,表明这种设计具有较好的断口均压特性,避免了采用断口并联电容均压方式带来的不利影响。利用永磁机构传动精度高的特点,将其应用在双断口真空断路器中,保证了双断口合分动作的同步性。     

高电压等级真空灭弧室绝缘结构的研究

为了解真空灭弧室的绝缘性能,通过对72.5kV真空灭弧室试品的冲击耐压试验以发现规律、分析其影响因素并改进绝缘结构。试验表明,其内部绝缘击穿并非发生在触头间隙,而是触头背部与主屏蔽罩间的间隙放电。增大触头边缘与背部过渡处的圆弧半径后,提高了耐压水平。进一步提出126kV真空灭弧室内部绝缘结构的设计方案,计算了电场分布情况并用真空灭弧室绝缘击穿的统计特性分析其耐压特性。     

Development of a high‐speed electromagnetic repulsion mechanism for high‐voltage vacuum circuit breakers

This paper presents a design and testing of a new high‐speed electromagnetic driving mechanism for a high‐voltage vacuum circuit breaker (VCB). This mechanism is based on a high‐speed electromagnetic repulsion and a permanent magnet spring (PMS). This PMS is introduced instead of the conventional disk spring due to its low spring energy and more suitable force characteristics for VCB application. The PMS has been optimally designed by the 3D nonlinear finite‐elements magnetic field analysis and investigated its internal friction and eddy‐current effect. Furthermore, we calculated the dynamic of this mechanism coupling with the electromagnetic field and circuit analysis, in order to satisfy the operating characteristics—contact velocity, response time, and so on, required for the high‐speed VCB. A prototype VCB, which was built based on the above analysis, shows sufficient operating performance. Finally, the short circuit interruption tests were carried out with this prototype breaker, and we have been able to verify its satisfying performance. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 163(1): 34–40, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20398     

论高压真空灭弧室和真空断路器的产品开发

介绍了真空断路器的简史,真空断路器与SF6断路器的对比,以及我国开发126kV高压真空断路器的途径。     

相控真空断路器的最佳燃弧区间研究

最佳燃弧区间的确定是相控真空断路器应用于短路电流开断时必须解决的问题之一。针对真空断路器弧后介质强度恢复过程的2个主要阶段:鞘层发展阶段和金属蒸气衰减阶段,分别建立了数学模型,提出了采用特征参数来表征它在2个不同阶段的开断能力。仿真分析了燃弧时间对这些特征参数即开断能力的影响,从而得到了最佳燃弧区间。通过对比10 kV和35 kV系统用真空断路器最佳燃弧区间的试验研究结果,证明了仿真分析的有效性。     

真空断路器故障引起电容器组带电原因分析

为了查找佛山供电局110 kV延年变电站51C电容器组在真空断路器断开时,电容器组所表现出的异常现象的原因,通过对电容器组一次接线图、设备工作原理、运行人员所测得的各数据资料等进行综合的判断分析,认此异常现象为真空断路器故障所致,因而采取了正确的操作方法,使故障设备与电网安全隔离,经对真空断路器外观检查、电气试验等诊断,确定了故障的部位,与分析结果一致,消除了故障隐患,也避免了由于设备缺陷时所采取不正确的操作方法所引发的事故。