配电磁斥力操作机构的真空断路器合闸同期性改进研究

在交流配电网的真空断路器领域内,配三相电磁斥力操作机构的真空断路器因其优异的机械性能成了研究热点,但偶然装配误差、极高运动速度及不完善电气拓扑等问题,致使其合闸同期性极难控制。针对上述问题,设计了一种机械联动的新型二拖三电磁斥力操作机构的真空断路器,采用电磁及动力学仿真对结构参数进行初步设计,并经合闸试验验证效果。试验结果表明：新型二拖三操作机构的真空断路器可提高合闸平均速度18%,有效抑制合闸弹跳时间;针对三相装配间隙误差问题,通过机械强制矫正,使三相合闸时间差控制在0.1 ms内;快速真空断路器驱动结构采用单侧驱动杆非居中布置,可有效提高三相合闸同期性。     

超高速隔离开关用气液复合缓冲器研究与试验

超高速机械开关配备有效的缓冲器可以降低开关开启关闭过程中的冲击力,提高开关的绝缘性能及机械寿命。结合超高速隔离开关的需求,分析了该高速缓冲器的缓冲参数,对气液阻尼模型进行研究,研发了一款气液复合型缓冲器,经过性能测试及样机试验,达到3 000以上寿命次数,能够满足超高速隔离开关的工程应用需求。     

高压直流断路器供能变压器的设计与试验北大核心CSCD

混合式高压直流断路器的负载形式多样且复杂,针对其供能问题,文中提出了一种级联结构的隔离供能变压器设计方案,以满足±535 kV/25 kA混合式高压直流断路器分层次多目标的供能需求。其中最为关键的是对地隔离供能变压器,因此首先介绍对地隔离供能变压器的级联结构,并对电场、温升进行了仿真校核;然后进行了对地隔离供能变压器抗震性能的有限元计算分析,结果表明满足9级烈度地震的强度要求;最后进行了对地隔离供能变压器样机长期直流耐压下温升试验,以及单节隔离变压器高低温试验和输出绕组温升的测定,结果表明在长期直流耐压下,隔离变压器温升约18 K,电阻温升约33 K,电容器温升约12 K,而单节隔离变压器在高低温作用以及高温带载情况下,环氧树脂未发生开裂等问题,且满足绝缘要求,同时测试计算得到输出绕组温升约为26 K,与热仿真结果基本一致,另外通过试验验证了对地隔离供能变压器的绝缘性能满足要求。     

混合式直流断路器IGBT关断能力提升技术研究

混合式高压直流断路器主要由快速机械开关和电力电子器件构成,主要依靠快速机械开关承载电流,通过电力电子器件开断和关合电流,为基于MMC柔性直流输电提供直流侧短路保护。但是直流断路器分断电流大,远远高于IGBT常规分断能力。文中根据直流断路器IGBT的特殊工作条件和电气应力,分析影响IGBT关断能力提升的影响因素,分别从降低IGBT导通损耗、关断损耗和抑制IGBT关断过电压等3个方面提升IGBT的可关断电流能力。文中首先仿真不同回路参数对IGBT损耗的影响,通过优化IGBT退饱和能力和关断过程暂态特性,降低关断损耗,最终完成IGBT结温仿真校核。同时通过研究IGBT关断过电压的影响因素,仿真不同回路参数对IGBT过电压的影响,提出抑制IGBT的关断暂态过电压的具体方法。研制50 kV转移支路阀组,搭建试验平台,完成26 kA的大电流开断,IGBT稳态损耗和暂态损耗都得到有效控制,相关技术和研制设备已经应用张北工程±535 kV混合式高压直流断路器项目,具有十分重要的工程意义。     

基于正交试验的快速开关设计

电力系统对断路器开关分合时间的要求越来越高,目前在一些运行较为苛刻的工况下,要求分合闸时间都在毫秒级。传统的弹超机构和永磁机构断路器开关分合闸时间均较长,已无法满足日益增长的要求。因此,对基于电磁斥力原理的快速机械开关的研究也日益增多,且应用也日益广泛。目前电磁斥力型开关设计时较为重要的三个基本因素：线圈盘匝数、扁铜线截面积、电容电压,对电磁斥力的影响较为复杂。在设计电磁斥力型的快速开关时,均是根据经验来定这三个基本因素的值,再通过制作样机进行试验来验证电磁斥力值是否满足需要,存在验证时间长、费用高等缺陷。因此,提出通过正交试验来分析三个因素对电磁斥力的影响,并进行多因素多水平的优化分析和仿真,从而获得各个因素的最佳参数组合。结果表明：通过对三个因素进行正交试验,可以分析得出线圈盘匝数、扁铜线截面积、电容电压的最佳参数组合,从而得到最大的电磁斥力,减少不必要的配置,节约了样机成本并缩短了研发周期。     

硅堆球面压装结构的可靠性分析

硅堆压装结构需要为半导体器件提供良好的机械和电气连接。文中分析一起半导体器件压接力发生偏移的原因，优化了一种硅堆球面压装结构。在此基础上，分别从硅堆结构强度仿真、压接力分布试验和整体电气性能测试三个方面，验证了优化后的球面压装结构的可靠性。通过显微观察器件失效形式并试验对比优化前后的两种硅堆结构，结果表明采用曲率更大的球面结构，硅堆在器件压接力均布性上更具优势，硅堆组件的可靠性也更高。     

500 kV快速开关型故障限流器的罐式快速开关

快速开关型故障限流器是有效限制短路电流的方案之一。该研究提出一种适用于500 kV故障限流器的多断口串联罐式快速开关，该开关采用气体绝缘金属封闭式结构，断口采用真空绝缘形式。操作机构采用电磁斥力机构，开展三维有限元仿真优化有效提升斥力机构的出力效率，平均分闸速度>5m/s。对地绝缘方面，开展了断口绝缘屏蔽结构的电场仿真优化机绝缘试验，结构优化后场强最大为18k V/mm。端间绝缘方面，开展了整机的杂散电容仿真、均压效果仿真与试验验证，通过配置均压电容不均压系数限制在1.24以下。最后搭建整机样机，进行了短路开断试验，试验结果表明：罐式快速开关具备快速开断50 kA电流的能力，全开断时间小于15 ms。