永磁机构真空断路器合闸特性受温度影响的研究

同步关合工作中,环境温度变化会造成开关动作分散性的加大。文中研究环境温度改变时,影响断路器合闸动作特性的主要因素的变化规律及机构合闸特性的变化。拟合实验数据,得到该结构参数下单稳态永磁机构真空断路器合闸时间与影响因素间的经验公式。研究表明:环境温度改变时,断路器运动部件静态受力(包括静态吸合力及阻尼)是影响断路器合闸特性的主要因素;同时,电容等效串联电阻低温下对断路器合闸特性也有着较大影响。经验公式可以很好地表征各变量与合闸时间的关系,对同步关合技术研究有一定帮助。     

真空断路器循迹控制

采用带自调整函数的模糊算法,能够使断路器永磁机构按给定曲线动作,保证断路器的合闸时间稳定,从而提高选相操作的精度。通过该算法可实时纠正断路器永磁机构的运动位移偏差,在电容电压、环境温度等外界因素发生变化时,使机构仍按给定曲线动作。通过开关特性测试仪和DSP2812硬件控制系统,得到标准位移曲线及控制算法中的基本参量值,并在 Matlab 中建立了考虑续流过程的真空断路器闭环控制系统,给出了电容电压变化的仿真结果,验证了上述控制方法的可行性。此外,针对单相配永磁机构真空断路器,进行大量的合闸实验。实验结果表明：在上述外界因素变化时,该控制方法能将断路器合闸时间稳定在±0.5 ms之内。     

液压机构操动的断路器分闸特性受环境温度影响的研究

对配液压机构的断路器分闸运动特性进行了分析,建立了描述断路器分闸过程的数学模型.研究显示,环境温度变化对断路器分闸运动特性影响很大.因此提出了温度变化对断路器分闸运动特性影响的补偿原理.     

IGBT开关瞬态的温度特性与电热仿真模型

由于半导体的材料特性随温度的变化发生改变,采用硅材料制造的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作特性受温度的影响也十分显著,开关瞬态过程将随温度发生较大变化。针对不同温度下的开关过程开展了测试实验,发现IGBT的开通与关断瞬态具有不同的温度特性,根据实验现象对IGBT的开关过程进行了分析,得出IGBT开关瞬态的温度特性主要是受载流子寿命影响的结论。对IGBT电热模型的基本原理以及现有模型方法进行了分析,根据实验中得出的结论,提出了一种改进的IGBT电热模型。基于该模型对IGBT关断时的电流拖尾过程以及整个开关瞬态过程开展了电热仿真分析,通过仿真波形与实测波形的比较,验证了实验中得出的结论以及该模型的准确性。     

基于操作功最优的永磁机构参数控制优化

以永磁机构分、合闸操作功与真空断路器开断性能要求匹配最优为目标,基于四连杆传动规律将12 kV真空断路器本体及传动机构的反力特性归算至永磁机构的运动部件动铁芯上,构建永磁机构操动特性数学模型。利用ANSYS-Maxwell仿真得到配永磁机构真空断路器的动铁芯位移、线圈电流、电容电压变化曲线等操动特性,计算出机构平均合闸速度、操作功等参数。以真空断路器操作功最优为目标函数,以线圈匝数、线径、操动电流为约束条件,在仿真的基础上建立正交回归实验,利用遗传算法对线圈参数进行优化设计,并通过实验进行验证。结果表明,在保证永磁机构操动特性满足真空断路器动作特性需求条件下,线圈优化设计后的永磁机构操作功从970.41 J降低到362.26 J,降低了动铁芯碰撞速度,提高了机构的稳定性。     

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。     

新型机电混合断路器及其电流转移过程分析

为降低传统机械式断路器动作过程产生的触头烧蚀、暂态恢复电压与介质恢复过程的竞争、关合涌流等暂态过程的影响,该文提出一种用于配电系统的新型机电混合断路器拓扑结构：双断口真空灭弧室负责通载额定电流,动作时电流转移到与其并联的背靠背大功率整流二极管,由二极管完成开关的零区过程。该拓扑结构可以消除上述合分操作可能产生的暂态过程,且能保持机电开关各自的优势。首先分析新型机电混合断路器的动作过程和原理并进行仿真;然后搭建实验样机,进行机电部分的电流转移特性实验。仿真及实验的结果表明：电流转移的时间受二极管的特性参数影响,存在饱和效应;在本实验条件下的转移电流峰值达到二极管额定电流3倍时电流转移率开始减小,达到5倍时电流转移趋向于饱和;该文给出的拓扑结构在典型参数下能够实现10kA短路电流的微弧甚至无弧分断,断路器的机电混合模式对电力开关的发展具有重要意义。     

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。     

基于开关电容器组的高压断路器操动控制研究

为了减小断路器分合闸操作中电机操动机构驱动电机启动的响应时间,提高断路器的分合闸速度并改善断路器的触头震荡现象,提出了应用于电机操动机构的控制系统内储能电容的升压变换器技术。针对126kV真空断路器分合闸的技术要求,采用开关电容器组作为升压装置,利用电容器切换技术改变断路器进行分合闸操作的能量存储和释放方式,对断路器动触头的运动过程进行分段控制。在开关电容器组和普通储能电容器的条件下,进行了126kV真空断路器电动机操动机构的分合闸试验。实验结果验证,与采用普通储能电容的分合闸特性实验相比较,采用基于开关电容器组的电机控制系统可以有效地提高断路器的分闸和合闸速度,并改善断路器的触点弹跳。     

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。     

真空断路器机械特性及其测量技术的分析与研究

本文以12kV弹簧操作机构真空断路器为研究样本,对真空断路器的机械特性的关键监测技术进行了深入研究,重点分析了真空灭弧室的触头内力系统,建立分析方程,并对刚分、刚合点主流的3种采样方式进行了评估和实验验证,包括电流通断法、辅助开关通断法、振动传感器取样,得出了振动传感器取样的最优方案。     

同步真空断路器高精度位置控制研究

同步真空断路器的合、分闸时间的稳定性受控制电压、环境温度、触头磨损和机械老化等外界因素的影响,采用高精度位置伺服控制使断路器触头按照给定的最佳轨迹运动,可保证同步真空断路器操作时间的稳定性。首先,采用MATLAB建立永磁机构真空断路器动态运动模型,设计自适应模糊控制器实现断路器的高精度位置控制;其次,对设计的断路器位置模糊控制算法性能进行仿真分析和优化;最后,对设计的真空断路器位置控制进行试验测试。仿真和测试结果表明,位置控制真空断路器伺服性能良好,断路器合、分闸时间分散性小于±0.5 ms,满足IEC 62271-302标准对同步真空断路器操作时间一致性的要求。     

双断口真空断路器的动态介质恢复协同特性

多断口真空断路器的串联断口间动态介质恢复协同作用对其弧后特性、开断能力有影响。为此搭建了双断口真空断路器试验样机,进行了合成回路试验,旨在得到双断口真空断路器的动态介质恢复协同特性。研究了不同间隙、不同触头结构、不同均压电容对动双断口真空断路器开断能力的影响,得到了不同组合方式下的开断增益特性,试验结果表明:双断口真空断路器最佳的组合方式是横纵组合方式且横磁触头在高压侧,这是由于这种组合电压分布更加均匀,由于真空间隙的变化影响电压分布特性,进而得到横纵组合方式最佳的间隙配合特性。通过试验得到了不同触头结构灭弧室的组合均压电容大小对开断能力的影响,均压电容选取在500~2 000 p F为宜,且两个纵向磁场触头结构组合在同期动作下开断能力最强。     

KC-2型真空断路器时间参量测试仪

随着我国电力事业的迅速发展,电力系统投入了大量真空断路器和真空接触器.为适应当前生产和使用部门日益增多的需要,开发一种既简便又能实现快速准确测量真空断路器机械特性的专用设备是电力工作者的迫切愿望.综合广大用户的要求之后,电力部电科院开关所研制的KC-2型真空断路器时间参量测试仪不仅可以测量6～35kV电压等级真空断路器、真空接触器、负荷开关等高压开关设备的时间参量,还可以测量6～500kV各电压等级其他类型的高压开关设备的有关时间参量,而且能够用于低压电器产品的时间参量测量.如测试继电器接点的抖动时间、整套保护(屏)的总体动作时间或分段动作时间等.该仪器易于操作,便于掌握,且具有较高的测试精度和智能水平.     

基于自适应预测的同步断路器

介绍一种基于弹簧操作机构的真空同步断路器.该同步断路器以TI2812DSP为控制核心.可实现在电网电压预定相位处合闸的功能,从而可大大缩短合闸操作暂态过程,提高电网电能质量.分析实现断路器同步控制的原理和影响弹簧机构动作时间的因素,并据此提出基于时间序列的自适应预测控制策略.可显著提高断路器同步动作的准确性和可靠性.随后采用高性能数字信号处理器(DSP)实现断路器同步控制器样机,并对上述控制算法进行试验验证.试验结果表明:同步断路器可以实现在电网电压预定相位精确合闸:当环境变化、控制电压波动及弹簧老化等原因引起断路器动作时间偏离时,自适应控制器能够在三四个动作周期内迅速修正偏差.重新回到并保持同步状态.     

海拔条件对低压真空接触器动作特性的影响

不同海拔高度下,对真空接触器的主要影响是由于大气压力不同引起真空灭弧室自闭力变化,使真空接触器动作特性发生变化;提出模拟不同气压下动作特性的验证试验方法,分析CKJS真空接触器的验证试验结果,得出大气压力不同,对低压真空接触器动作特性影响并不大的结论。     

126kV真空断路器分离磁路式永磁操动机构

永磁操动机构因其结构简单、可靠性高、操作寿命长、动作分散性小以及与真空断路器配合良好等特点被广泛应用于中低压等级(3.6~40.5k V)的真空断路器中。但由于高电压等级真空断路器触头的运动行程长、分合闸速度高,依靠传统结构形式的永磁机构难适应输电等级(72k V)真空断路器高速度要求。因此,本文提出一种适用于126k V真空断路器的新型双稳态轴对称分离磁路永磁机构,将永磁保持部分与电磁操动部分分离,减少两部分磁路在工作时的干扰,进而提高永磁机构的分、合闸速度。同时引入非工作气隙的设计,当保持动铁心离开分合闸位置时永磁力急剧下降,减少了永磁铁在运动过程中对机构运动特性的影响。本文采用有限元软件与多体动力学软件耦合仿真方法对该机构的静态特性及动态特性进行了计算,并根据计算结果制作了样机。样机的实验结果证明该新型永磁机构的速度特性可满足126k V真空断路器的要求,实验结果与仿真结果具有较好的一致性。     

少油断路器在低温下的动作特性

介绍环境温度变化对SW6—220型少油断路器(配Cy型液压机构)速度特性和动作时间影响的试验数据,给出了Cy型液压机构的压力——温度曲线的实测数据,并作了扼要说明。     

40.5 kV/50 kA真空开关用双层线圈式快速斥力机构驱动技术的仿真研究北大核心CSCD

对于高电压大开断容量的真空断路器,为了实现运动机构在长开距下的快速驱动,文中提出一种双层线圈式快速斥力机构来产生更大的电磁斥力,建立仿真模型模拟其运动特性。研究了金属盘厚度、线圈内径、线圈匝数和初始间隙等参数对快速电磁斥力机构运动特性的影响,结果表明:仿真结果与实验结果比较吻合,得出了一般性的设计指导原则。双层线圈式快速斥力机构能够快速动作,满足故障限流器快速开断电路的要求。分闸期间电磁排斥的上升时间非常短,下降时间相对较长,并且电磁排斥力的峰值很大。在此基础上,设计了一种新型排斥线圈放电电路,通过控制不同电容器的放电时序来驱动运动机构,不仅可以满足故障限流器开断电路的速度要求,而且电磁斥力峰值显著降低,很大程度上降低了对斥力机构机械特性的要求。基于本文电磁斥力机构的真空断路器,满足了高压故障限流器的开关装置要求。     

高压真空断路器运动特性数据采集系统设计与实现

针对高压真空断路器运动特性参数搭建一个数据采集系统。在VC++6.0中利用串口控件MSComm、显示控件TeeChart,结合数据库SQL Server 2000和多线程异步串口通信程序的开发方法,对高压真空断路器运动特性参数进行采集。其操作简便,界面友好;实现用VC++ADO对SQL存储过程的调用;解决了实际中普遍存在的数据显示不直观的问题。经实际运行测试证明该系统具有同时采集、存储、实时显示数据的功能,保证了采集高压真空断路器运动特性参数数据的准确性。