不同机电混合式有载分接开关工作特性实验研究

为阐明机电混合式有载分接开关(EHOLTC)的工作特性,确定不同半导体器件切换过程的差异,针对不同半导体器件的EHOLTC工作特性进行了实验研究。选用晶闸管、金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为研究对象,利用级绕组取电方式作为控制电源,搭建了3种实验样机平台。结合实验数据,分别计算了各器件工作参数及功耗数据。实测数据表明,EHOLTC燃弧能量约为机械式OLTC燃弧能量的1‰,能够有效抑制燃弧,MOSFET单元转移电弧电流能力最强。功率器件损耗接近过渡电阻损耗的5%,以IGBT单元损耗最低。全控器件换流时间较短,因换流点相位存在不确定因素,有承受高压的风险,可考虑用于中性点调压。从经济和安全角度,半控件具有一定优势。     

电力电子技术在有载分接开关中应用研究

机电混合式有载分接开关在抑制燃弧功率、降低过渡损耗等方面,成为优化机械式有载分接开关性能的解决方案。为深刻理解机电混合式有载分接开关工作原理,验证控制策略的可行性,进行了多仿真平台研究。分别建立了基于Matlab的离线仿真、基于dSPACE的半实物仿真及基于Matlab/dSPACE/RTDS的实时仿真模型,对切换开关时序及功率器件控制策略进行了仿真计算。分别搭建了常规基于过渡电阻的有载分接开关样机以及基于晶闸管的机电混合式有载分接开关试验样机,通过对比测试结果,机电混合式拓扑结构可有效抑制电弧,过渡损耗约为常规开关损耗的1/20,并可辨识各开关动作位置,与仿真结果具有一致性。     

基于IGBT的配电变压器有载调压开关参数设计及分析

对比了机械式、混合式和全电力电子式配电变压器有载调压开关(OLTC)的结构特点,提出了一种基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的配电变压器OLTC电路结构和控制方案,给出了该OLTC主电路IGBT器件、过渡电路和吸收电路的参数设计方法,推导了所设计OLTC的有功损耗计算式。所提方案克服了机械式OLTC动作慢、切换产生电弧等缺点,可辅助配电变压器实现快速、无弧的有载调压。搭建了仿真模型和实验平台,对OLTC的调压性能进行了测试,分析了开关参数对其有功损耗及IGBT承受电流电压的影响,将仿真、实验和理论计算结果对比,验证了所提有载调压方案的有效性。     

基于抑制起弧原理的中压无弧直流断路器

直流断路器是多端直流输电和直流配电网的关键设备。机械式和混合式直流断路器面临的困难是开断过程中触头间存在燃弧问题。文中讨论了产生电弧的电场强度和电压条件,并通过大量实验统计分析,总结出了抑制起弧所需满足的电场强度和电压条件。设计了抑制起弧的辅助缓冲电路,用以限制开断过程中触头间电压的上升,使其低于由机械开关速度决定的触头间介质绝缘电压,从而实现了直流断路器的无弧开断。通过仿真和低压模拟实验验证了抑制起弧原理和缓冲电路设计的正确性和有效性,并分析了中压无弧直流断路器的可行性。     

变压器混合式有载分接开关熄弧方法的仿真及试验研究

变压器传统有载分接开关切换过程中的电弧会显著降低触头寿命和加速变压器油劣化。为了解决该问题,提出了一种新的混合式有载分接开关方法,并试制了实验室的模型样机。这种方法采用伸缩动触头保证切换时序,以机械组件的运动实现晶闸管模块的无源触发,以晶闸管辅助机械开关实现切换过程中的熄弧。搭建了熄弧电路的仿真模型进行仿真,并建立了标准的低压切换试验回路进行试验。仿真结果表明:晶闸管门极触发回路简单可靠,能有效抑制电弧电压的建立,从而消除电弧。试验结果表明:晶闸管在一个切换过程中会被触发4次,其中2次电流自然过零关断,2次被机械开关旁路后关断。仿真与试验结果相互验证,充分说明了提出的混合式有载分接开关无弧切换方法的可行性。     

有载分接开关中电力电子技术应用综述

电力系统中各环节运行状态动态变化会引起电压波动,动态调压设备在电力系统中广泛应用。有载分接开关(OLTC)和多抽头变压器的组合是目前常用的电源侧调压手段,亦成为供配电网络低电压治理的主要方式。针对常规机械式OLTC的各种不足,如何将电力电子应用技术与OLTC结合受到关注,主要包括机电混合式和全电子式两类,本文对其拓扑结构和工作机理进行了分析,总结两种结构的消弧性能和操作性能,阐明了OLTC中电力电子技术应用研究的趋势及关键问题,为深入开展有载分接开关中电力电子技术的应用提供参考,同时,也为低压配电网适应电力系统的多元化发展提供最佳解决方案。     

真空有载分接开关动力学建模及仿真分析EI北大核心CSCD

真空有载分接开关(on-load tap changer,OLTC)具有熄弧能力强、无油碳化污染等优点,已被广泛应用于换流变压器有载调压。真空OLTC机械结构复杂,切换开关动作有严格的先后顺序与时间要求,频繁动作时需承受巨大的机械与电流冲击,机械失效的情况时有发生,影响变压器和换流站的安全运行。为深入研究真空OLTC动作时的机械特性,该文以一台三相真空OLTC切换开关为研究对象,介绍真空OLTC切换开关机械结构与动作特性,提出一种真空OLTC切换开关多体动力学的仿真建模方法,计算出真空OLTC切换开关关键部件的动力学特性,结果表明切换开关动作顺序合理,触头切换准确,但是快速机构对部件的冲击力较大。基于此,该文探究配重块和缓冲机构对切换开关动力学特性的影响,并重新设计切换开关的缓冲机构,结果表明新的缓冲机构能够有效降低切换开关切换冲击力。该研究方法可为真空有载分接开关的机械结构设计与优化提供有益参考。     

继电器,微动开关触头燃弧时间与电弧能量关系的研究

在改变负载电流,时间常数等参数的情况下,用专用的微机控制与高速采集系统累计继电器与微动开关触头通断过程的燃弧时间与电弧能量。分析这些参数的变化对燃弧时间与电弧能量的影响。建立了分断过程的燃弧时间与电弧能量的关系式,并通过了试验验证。本文的目的是研究能否根据燃弧时间与电弧能量的大小来评价试品的性能。根据触头间释放电弧能量的总和相等的原则,探求快速等价试验的方法。     

永磁磁场对开关电器灭弧性能影响的研究

在分析开关电器直流电弧熄灭原理的基础上 ,在触头弧隙加装不同规格的永磁体 ,通过不同结构永磁磁场对灭弧性能影响的分析及试验研究结果表明 ,在开关电器弧隙中加装永磁体后 ,永磁产生的磁场可提高灭弧能力 ,缩短燃弧时间。     

直流真空电弧强迫开断电弧形态

随着航空270V直流系统的应用,直流开关的需求逐渐增加。现阶段直流开关大多为空气开关,其开断容量较小,使用真空开关将对于提高开断容量具有一定优势。针对航空270V直流用短间隙真空灭弧室进行高频开断实验,研究了直流强迫开断的电弧电压、电流特性,分析了回路参数对直流强迫开断中平均电流变化率di/dt和弧后过电压dv/dt的影响。通过相同开断实验电流、相同电流变化率、不同触头结构情况下开断实验,分析了电弧直径动态特性。强迫熄弧过程中,平板触头电弧直径逐渐减小,纵磁触头电弧直径变化较小并在熄弧前迅速变化。针对不同电流实验,随电流升高电弧直径略有增加。起弧阶段,平板触头电弧直径随燃弧时间呈对数函数增加,而纵磁触头电弧直径基本保持不变。拟合得到平板电弧起弧时直径变化函数,随燃弧时间延长,平板触头电弧直径逐渐增大至大于纵磁触头电弧直径。     

基于PSCAD/EMTDC电力变压器有载调压仿真研究

传统机械式有载分接开关存在切换过程中产生电弧、动作速度慢等问题。为解决这一问题,需研究新型无弧有载调压分接开关。本文在PSACD/EMTDC中建立机械式有载分接开关和电力电子式有载分接开关模型,对两者的调压过程进行分析比较,计算出两种方式下有载调压过程中的能量损耗,为新型有载分接开关的研究提供了参考。     

直流接触器触头电弧侵蚀特性

触头开断过程中会产生电弧,从而导致触头表面被侵蚀,影响其电接触性能。由于直流供电系统不存在自然过零点,致使直流接触器触头受电弧侵蚀影响比交流接触器更加严重。为了研究电弧对触头的侵蚀作用,基于磁流体动力学理论,考虑电弧与触头之间的能量耦合,建立电弧-触头动态耦合模型,研究了电流等级和分断速度对触头电弧侵蚀特性的影响。仿真结果表明：近阳极区电弧温度高于近阴极区电弧温度;电流等级由20 A提高到30 A时,电弧温度和燃弧时间显著提高,燃弧能量增加75.93%,使得触头侵蚀更加严重;触头分断速度由0.1 m/s增加到0.2 m/s时,电压电流的变化率提高,燃弧时间和熔池体积减小,燃弧能量减少47.83%,电弧对触头的侵蚀作用降低。实验结果与仿真相吻合,验证了仿真模型的正确性。     

一种基于电流强制转移原理的直流混合式断路器

在短路故障下,为了实现液态金属限流器高速开关触头无弧打开,提出了一种基于高速开关和液态金属限流器实现直流分断的混合式断路器拓扑结构。介绍了拓扑结构的设计原理及特点;分析了电流转移过程的操作原理;基于振荡电流源模拟故障电流对液态金属限流器的电流转移过程进行了试验研究,分析了不同因素对于液态金属限流器弧后恢复时间的影响,并确定了合适的转移起始电压。     

低压开关分断过程不同参数对触头侵蚀影响分析

对自由燃弧状态下低压开关分断过程中电弧温度场及触头熔池的变化进行了分析。以电磁流体动力学为基础,采用滑移网格技术,建立了简化的直动式触头系统打开过程中的电弧及熔池的统一数学模型。计算了不同参数条件下触头间电弧温度场及触头熔池的变化情况,得到了触头分断速度和分断电流对电弧温度场及触头熔池变化趋势的影响。与现有文献及经验结论进行了对比,证明该模型可以较为准确地反映触头烧蚀趋势,对新型触头的分析和设计具有一定的指导意义。     

小波奇异性检测诊断有载分接开关故障

为有效判断出有载分接开关(OLTC)的状况,测量了OLTC切换过程中其表面的振动信号,分析了切换动作过程。运用Hilbert变换提取了振动包络,采用小波变换及模极大值算法滤除了包络中的高频成分及随机噪声,结果表明该算法能够抑制OLTC振动包络信号中的高频及随机噪声。提出了OLTC振动包络信号各波峰的奇异性指数的计算方法,奇异性指数的物理意义就是信号在奇异点处的光滑程度,或者说是信号峰值陡峭程度的一个度量,所以包络信号各波峰的奇异性指数可用来判别OLTC的动静触头表面状况、弹簧压紧情况等。因此,运用奇异性指数作为特征参数,分析了触头正常及触头表面磨损、触头表面烧损、触头弹簧松动时的OLTC切换时表面产生的振动信号,提出与触头正常时相比,触头磨损及触头弹簧松动时其相应的振动包络信号波峰的奇异性指数变大;触头烧损时其相应的振动包络信号波峰的奇异性指数变小,结果表明这种基于包络分析及小波奇异性的算法可用于振动法检测OLTC状况。     

基于电力电子辅助式有载分接开关的Sen变压器开关暂态建模与分析

提出了基于电力电子辅助式有载分接开关（OLTC）的Sen变压器（ST）的开关暂态模型,并对切换过程进行了分析,包括基本的开关逻辑、重叠角和分接头短路的影响以及不同功率因数下最佳切换角的选择方法。基于T形等效电路和拉普拉斯变换建立了基于电力电子辅助式OLTC的ST的开关暂态模型。根据电力电子辅助式OLTC的拓扑结构,建立了基本的开关逻辑。分析了重叠角和分接头短路对切换过程的影响。通过对不同功率因数下切换过程的分析给出了最佳切换角的选择方法。借助MATLAB和PSCAD/EMTDC分别进行解析计算和时域仿真,验证了所提开关暂态模型、开关逻辑和最佳切换角选择方法的有效性,并表明可以在一个周期内完成切换。此外,通过切换角可以控制重叠角和短路电流峰值的大小。     

低压电器开关电弧图像增强的直方图算法

由于开关电弧的发光特性和电器触头系统及灭弧室的反光特性,使从高速图像采集系统拍摄到的图像中很难观察到电器触头.应用直方图及局部直方图的图像增强算法对电弧图像增强处理,以期在观察到电弧图像的同时也观察到触头和燃弧过程中灭弧室中的细节情况.仿真结果表明,该方法能清楚地观察到触头和电弧的相对位置.     

接触器可靠性设计的软件实现方法

触头侵蚀是指触头在分断或闭合电路的过程中，由于机械的撞击和摩擦、化学的腐蚀、电弧与火花的烧蚀造成触头金属损失或材料定向转移的现象。近年来，由于对触头电弧侵蚀机理的研究，利用开关分断整个进程中，金属相和气相电弧两个不同过程，触头材料在阳极和阴极转移方向相反的现象，通过控制分断相角和燃弧延续时间，可实现触头材料的零磨损。     

VFTO的全时段仿真与实测对比研究

隔离开关操作过程中,动静触头两端距离的变化会导致二者之间的介质被击穿,产生电弧放电现象。随着开关动作的持续电弧的状态在燃弧和熄弧之间反复交替,产生重燃现象,而电弧的反复重燃会在回路中产生特快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage,VFTO)。为了研究实际情况下电弧的反复重燃过程,在以往研究的单次燃弧基础上,弄清多次燃弧过程的电弧电压的变化规律。文章对VFTO的典型波形进行了理论分析,并在优化基于逻辑判断的电弧重燃仿真模型的基础上将仿真数据与实际现场测得的VFTO数据进行对比,验证了该电弧全时段仿真模型的正确性。研究发现电弧多次重燃导致VFTO的电压波形发展趋势类似"台阶"状,未考虑残余电荷影响时过电压幅值最大约为1. 7 p. u.,单次燃弧持续最长时间约为8 ms,整体振荡衰减波过程的频率约为0. 5MHz,超高频频率约为25 MHz,高频频率约为6. 5 MHz。     

粗细调有载分接开关的适用性

介绍粗细调压方式的工作原理和分接开关结构特征.变压器绕组布置存在的漏磁感应现象,造成分接开关触头切换电流与恢复电压相位移和触头燃弧时间延长,探讨限制粗细调"临界中间位置"下触头开断强度的措施.