永磁机构真空断路器分闸触头过冲与反弹抑制方法的研究

为了抑制真空断路器分闸操作过程的触头过冲与反弹现象,提高断路器的开断性能,笔者基于真空断路器永磁机构分闸操作工作原理,分析触头的运动过程,获取有效抑制触头过冲与反弹的预设行程值,建立了触头在分闸位置的速度特性与过冲及反弹幅值的特征关系。利用闭环控制策略对永磁机构线圈电流进行调节,降低触头的分闸末速度,实现对触头过冲与反弹的有效抑制。研制以数字信号处理器(DSP)为核心的控制装置,开展12 kV真空断路器永磁机构分闸操作实验,对操作过程中触头行程数据进行对比分析。结果表明,在上述控制系统的作用下,触头的运动过程处于受控状态,通过对预设行程值的标定,实现有效抑制触头过冲与反弹,保证永磁机构分闸操作可靠性,提高断路器分断能力。     

ZN5-10真空断路器跳闸线圈烧毁处理

ZN5-10型真空断路器系三相交流50Hz户内式高压断路器,该断路器本体和操动机构是连在一起属于整体型的,机械寿命从原来分体少油断路器CD10机构的2000次上升到10000次。整体型断路器的优点是克服了原CD10存在的连杆死区,可提高分闸的可靠性,保证设备和电网的安全。ZN5-10型真空断路器开断容量大,适用于频繁操作及故障较多的场合,但是操动机构在实际应用中也存在一些问题。如某变电站的ZN5-10/1250真空断路器,投产运行后就经常发生分闸线圈烧毁而不能分闸的情况。如真空断路器分闸不可靠,一旦电容器组发生故障,不但烧坏设备,而且会越级跳…     

双稳态永磁操动机构设计与分析

1引言真空断路器作为一种在电路系统中既能实现正常电流的关合与分断,同时也能切断过载、短路等故障电流的开关电器,目前在中压开关领域居主导地位。然而,现有中压以上断路器大都是有触点机械式开关,且操作频繁,因此其灭弧室本体和操动机构的性能就成为真空断路器是否具有高可靠性的关键。近年来,一种电磁操动、永磁保持、电子控制的操动机构受到了关注。这种操动机构由于取消了脱、锁扣装置,而采用永久磁铁进行终端位置的保持,动作元件和零部件数目明显减少,因而可靠性大大提高。目前,在电力运行部门和开关制造企业已形成了一个永磁操动真空断路器的研发热点。然而,现有研究工作主要集中于触头开距较小的12kV真空断路器用永磁机构的理论分析和产品研发。更高电压等级的断路器由于触头开距较大而对操动机构要求较高,研究具有较大难度。本文采用数值计算方法对35kV真空断路器用永磁操动机构的磁场和操动力进行了计算和分析,在此基础上研制了35kV真空断路器永磁操动机构样机并进行了实验。测试结果表明断路器合、分闸速度等性能指标均满足设计要求。2永磁机构的工作原理本文设计的35kV真空断路器操动机构为圆柱形双稳态永磁机构。所谓双稳态是指动铁心无论在分闸还是在合闸...     

高压断路器分闸线圈烧坏后应做防跳试验

1存在问题 高压断路器由于各种电气或机械上的原因,分闸线圈时常有烧坏的现象。一般的处理只重视查找是否分闸线圈被烧坏,然后换上新的分闸线圈,经模拟试验断路器能够正常分闸、合闸,就算完成了。这样做可能存在一个隐患,即带有防跳装置的断路器可能由于防跳继电器的损坏而失去防跳性能。如图I所示,当断路器QF由于某种原因拒分闸后,按短时通电流设计的分闸线圈YT就会长期通电,导致发热烧坏。与此同时,与YT串联的防跳继电器KCF的电流线圈也同样长期过电流。虽然线圈具有一定的耐受过电流能力（常用的DZB系列中间继电器能耐受3倍的额定电流、历时5s）,但YT在发热烧坏过程中往往要经历一个局部匝间短路阶段,当电流流过时间稍长时,就可能烧坏KCF的电流线圈。     

基于IEMD和GA-WNN的断路器分合闸线圈故障诊断方法

真空断路器二次回路或操动机构运行状态能通过电流曲线特征反映.首先,通过对真空断路器分合闸线圈铁心卡涩、电压异常(过高或过低)和击穿3种常见故障进行实验室模拟,创建了故障电流曲线特征库.其次,利用故障电流信号经过经验模态分解后的经验模态分量中的能量密度乘对应平均周期为恒定常数的性质,提出一种改进经验模态分解方法来提取分合...     

国产真空断路器的故障及试验浅析

国产真空断路器故障主要有:真空天弧室的漏气、合闸弹跳、分闸线圈烧毁、分闸机构失灵、合闸线圈烧毁、合闸机构失灵等,该文对这方面的故障情况进行了分析,结合实际存在的问题提出了相应的技术防范措施。     

新型高压断路器操动机构故障识别

利用高速、高分辨率摄像机捕捉断路器合分闸过程传动部件的运行状况,采用图像分析和识别技术获取断路器操动中传变部件运动位移、主轴转动过程及角度参数,计算分合闸时间、动触头行程、运动速度,从根本上革新断路器机械特性测试方法,提高参数测量精度和速度;再结合操动过程中声、振动的频谱特征分析、操作中分合闸线圈电流的分析,发现操动机构潜在故障,并分析故障类型,提高对运行状态判断的准确性,为断路器在线故障监测和状态检修奠定了基础。     

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。     

基于线圈电流的永磁真空断路器控制方法

为使永磁真空断路器(VCB)分合闸的动作时间保持一致,实现可靠的同步关合,基于永磁机构(PMA)的动态特性,分析了动触头在不同运动阶段下的线圈电流,以及参考电流曲线的获取方法。基于Simulink控制模型,通过改进滞环控制方法有效实现了对参考电流曲线的跟踪。为检验控制算法,设计了以ARM处理器为核心的智能控制器,通过选取3种不同容量的储能电容,在150～200V电压范围内进行了断路器的分合闸实验。结果表明,基于上述控制原理设计的控制器可以有效控制断路器的动触头的行程轨迹,使动触头的运动轨迹与参考电流曲线的运动轨迹保持一致;在选定的线圈参考电流曲线下,实际断路器分合闸的动作时间的误差≤0.3ms。     

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。     

考虑电动斥力的真空断路器刚柔耦合系统机械特性研究

针对真空断路器分闸过程涉及到的灭弧室侧电磁力与操动机构侧机械运动的耦合计算问题，结合Mayr-Cassie混合式电弧模型、灭弧室电磁场模型以及操动机构刚柔耦合动力学模型提出一种断路器分断过程电-磁-机械动态特性耦合计算方法。基于真空断路器分断过程动态特性计算结果，通过显式动力学方法对分闸过程中触头弹簧系统的冲击碰撞现象进行模拟计算，并结合应变寿命理论及Miner累计损伤理论计算触头弹簧结构的工作寿命，在此基础上对触头弹簧结构进行优化改进工作。研究结果表明：在断路器分闸过程中电动力方向并不总是为触头斥开方向，在超程阶段结束之前动触头承受的电动力为斥开方向，在超程结束后动触头承受电动力为闭合方向；在承受分闸冲击时，优化前的触头弹簧结构应力危险范围在弹簧销与导向套的接触界面处，应力数值为273.28 MPa,其疲劳寿命为2 027次，优化后的触头弹簧结构疲劳寿命为12 030次，满足断路器产品额定机械寿命的要求。     

CT35型弹簧操作机构断路器拒分故障原因分析及处理

针对国网河北省电力公司保定供电分公司某变电站35kV变压器断路器分闸操作时分闸线圈烧毁、断路器拒分的问题,对LW34-40.5配CT35型弹簧操作机构储能、机构合闸、机构分闸3个模块进行分析,认为合闸弹簧输出功不足是造成本次故障的主要原因,并提出处理措施及建议。     

真空断路器触头弹跳性能分析

1引言永磁操动机构真空断路器的开断性能有其自身的特点,它的终端位置的保持力都由永磁体来单独提供,取消了原有传统操动机构的锁、脱扣机构,大大减少了运动零部件;降低了机械故障率;提高了断路器的稳定工作性能;真正实现免维护。但由于分合闸实现机理的不同,触头弹跳产生的原因也就颇有差异。本文详细地分析了VS1—12型永磁操动机构分合闸弹跳的原因并提出行之有效的克服弹跳方法。2断路器分、合闸功能实现的基本原理永磁操动机构真空断路器在分合闸终端位置时,都由永磁体提供的磁能来实现稳定保持,断路器接到分合闸指令时,由电容器组或者直流电源向分合闸激磁线圈供电流产生电磁力,当电磁力逐渐增大到足以克服永磁体所提供的保持力时断路器的动触头开始运动并达到一定的速度值从而成功实现分合闸性能。因此,电源给激磁线圈的供电时间、所提供的操作功的大小及永磁体提供保持力大小是影响触头碰撞速度大小的主要因素,进而影响到断路器分合闸的弹跳性能。3动触头弹跳性能分析的重要性3.1合闸弹跳及其产生的原因、危害性带载工作的断路器由于触头弹跳的反复动作将产生很高的过电压,从而影响整个电力系统的供电稳定性,同时也将产生电流很大的电弧引起高温烧损触头甚至熔焊,这一...     

真空断路器合、分闸线圈烧毁原因及对策

我站自从1999年6月到2001年初,曾烧毁真空断路器的3只合闸线圈和1只分闸线圈,其中2只合闸线圈和1只分闸线圈因真空断路器辅助触点不可靠动作造成,1只合闸线圈是因为插座的接线柱之间的短路造成。其他抽水站(如泗阳抽水站、沙集抽水站)也发生同样事故。因此,我们对真空断路器合、分闸线圈保护的方案作了改进。     

运行与检修问答

<正>【问】操动机构中的自由脱扣的含义是什么?为什么要装自由脱扣? 【答】自由脱扣的含义是:在断路器合闸过程中,如果操动机构又接到分闸命令,则操动机构不应继续执行合闸命令,而应立即分闸。操动机构所以要能自由脱扣是因为,当在断路器合闸过程中,发生短路故障时,若操动机构不能及时分闸,轻者可能导致越级跳闸;重者可能导致触头熔焊、严重喷油甚至爆炸。因此,1989年全国高压开关专业会议拟订的《高压开关设备反事故技术措施》中要求:“对已装用的不带自由脱扣的CD12、CD13、CD—40等型号的操动机构,限期更换。在更换之前,严禁手动合闸或就地电动合闸”。 【问】调整操动机构时为什么要保证分闸辅助接点先投入后切开? 【答】先投入是指断路器合闸过程中,动静触头未接触之前分闸辅助接点就已接通,以保证断路器在关合短路故障时能迅速分闸。后切开是指断路器在分闸过程中,动、静触头断开之后,分闸辅助接点再断开,以保证断路器可靠的分闸。     

优化的永磁真空断路器合闸控制方法

为减小永磁真空断路器分合闸时间的分散性,改善其操作时动触头的运动特性,提出了变电压变输出能量(VVVE)优化方法。分析了开环控制时永磁机构的线圈电流特性,给出了电流的拟合方程及电流曲线的优化方法。在保持电容输出能量不变的情况下,通过类似改变储能电容初始电压(VV)的机制实现对断路器合闸时间的粗调。通过改变电容输出能量(VE)以及类似保持电容初始电压不变的机制实现对合闸时间的微调。采用改进型滞环控制的方法,控制线圈电流与参考曲线一致,实现了对断路器动触头运动特性的优化。基于上述方法设计了相应的控制器,在不同的电容初始电压下,对12kV永磁真空断路器进行了合闸实验。实验结果表明,优化后的合闸时间比原开环控制的合闸时间缩短了约4ms,且偏差≤0.3ms;动触头的刚合速度比原额定开环控制时降低了5%。因此,所提出的方法能够使合闸时间保持良好的一致性,加快了断路器的合闸过程,降低了触头碰撞能量,较大地改善了动触头的运动特性。     

电流互感器直接供电分闸电路

<正> 利用电流互感器直接供电分闸电路,在我国已推广使用。由电流互感器二次侧直接供给交流电源,通过电流继电器的动作,保证高压断路器的分闸线圈可靠地动作,比直流操作电源投资少,不需要装熔断器,也不会发生像直流电源那样的接地故障,分闸回路不需要装中间继电器,控制电路简单合理,与其他保护回路互不牵连,还可减少维修时间和费用。我厂高压配电所就是采用GL—15型过电流保护动作分闸电路的。经过运行证明完全能够实现反时限过电流保护,也能够达到短路电流速断保护分闸的要求,这种直接动作分闸的电流保护接线方式如图1所示。     

高压断路器分合闸线圈电流采集实验平台与故障模拟实验研究

高压断路器是电力系统的关键设备,分合闸线圈是断路器操动机构的核心部件。近年来,分合闸线圈故障时有发生,严重影响了电力系统的安全性能。文中研究了高压断路器分合闸线圈的回路结构和动作原理,设计了断路器机构模拟样机,搭建了断路器分合闸线圈电流采集试验平台。基于该平台,获取了正常和几种故障情况下的分合闸线圈电流曲线,提取了主要的特征参数并进行了分析,论证了分合闸线圈发生故障时特征参数的变化规律,为基于电流波形诊断分合闸线圈的运行状态提供了依据。     

一种断路器分合闸线圈保护的方案

通过分析断路器分(合)闸线圈容易烧毁的现象,在深入研究国内外断路器分合闸控制回路的基础上,提出了一个切实可行的解决方案,该方案能实现对断路器跳闸、合闸线圈的保护,能进行二次分(合)闸,还具有故障记录及相关信号出口功能.     

220 kV断路器分闸线圈烧毁分析与预防

通过一起220 kV断路器分闸后发生分闸线圈烧毁的故障案例,对断路器本体三相不一致保护回路、分合闸控制回路以及分合闸线圈烧毁故障原因进行了分析和讨论,并提出了相应的防范措施与改进方案,进一步保障设备安全可靠运行。