智能开关用新一代永磁机构的研制

基于有限元法研究配智能开关用单稳态永磁机构的动态特性,进行质量和反力归算,建立有限元模型。计算分析了单稳态永磁机构分合闸动作电流、机构行程特性以及断路器的机械特性,并进行了试验研究。在试验中实测了断路器触头的分、合闸行程曲线和永磁机构分、合闸线圈的电流曲线,仿真结果准确可靠,机构及断路器特性优异。     

基于动态分析的永磁机构最佳设计参数的选择

开发了永磁机构动态分析软件,采用有限元法进行磁场计算,耦合机构运动和电路方程,仿真了机构及开关的动作特性并通过试验验证.提出了永磁机构中非工作气隙δ的概念,研究了δ,电容器容量,线圈参数以及供电方式对开关分合闸电流及速度的影响.本文从节能和缩小开关体积的观点出发,进行参数的优化选择.     

真空断路器永磁操作机构控制器保护电路元件参数优化设计

根据真空断路器双稳态双线圈永磁机构操作控制器的典型结构,给出了建立其归一化电路的方法.基于归一化参数的机构操作控制器主电路模型,分别讨论了缓冲电路的元件参数、续流回路的元件参数对电力电子开关器件电流、电压冲击的关系,得出了相关的计算曲线.以过电流、过电压倍数及其过渡过程时间为优化指标,针对实际样机,对其设计参数进行了电...     

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。     

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。     

断路器合闸回路的改进建议

1 合闸回路的一般缺陷 继电保护控制回路中,断路器合闸回路较典型的设计一般如图1。 在图1中,断路器在分闸位置时,辅助接点DL闭合。当KK开关合闸时,KK开关接点接通,手合继电器SHJ的电压线圈励磁。合闸回路中,SHJ接点接通,SHJ的电流线圈动作,SHJ得以保持,则HQ动作,断路器合闸。合闸成功后,辅助节点DL打开,SHJ电流线圈失磁,合闸回路断开。 分析合闸回路不难发现,手合继电器SHJ自保持回路的断开是依赖于断路器的辅助接点DL的,假如DL由于某种原因不能分开的话,合闸回路将长期接通,合闸线圈将长期带电,由于合闸线圈是按短时通过电流来设计的,功率     

基于断路器线圈电流波形的分合闸时间估算方法

文中提出一种基于断路器线圈电流波形的分合闸时间估算方法,先通过设备交接试验或首次例试时测取分合闸时间及线圈电流波形的时间特征参数,然后在运行操作时带电检测分合闸线圈电流波形,再提取线圈电流波形的时间特征参数,最后利用断路器主触头动作时间与辅助开关转换时间的配合关系估算分合闸时间,其计算精度满足工程应用要求,可以在一定程度上代替停电例行试验。     

一种永磁操动机构的智能控制与电子驱动装置的研制

永磁操动机构的控制与驱动电子化可实现其小型化和免维护。笔者研制的智能控制与电子驱动装置采用CPLD完成智能控制,并采用由SCR和IGBT组成的电子开关通断合分线圈电流,它不仅能完成断路器的合分闸操作,还具有过流/欠压分闸、合分闸闭锁、以及操作系统的故障监测、诊断与报警等功能。通过在断路器上成功的操作试验,给出了电子开关控制切断合分闸线圈电流较合理的时间范围。     

基于控制回路的断路器永磁机构故障特征提取方法

为了识别高压断路器故障模式并提取其故障特征,文中以ZNY1-10(6)/630-12.5型高压断路器永磁操作机构为研究对象,分析了断路器分合闸时操作机构的动作过程,在此基础上模拟了操作机构供电电压异常、分合闸线圈老化、触头及连杆机构卡涩、储能电容故障、辅助开关失效5种常见故障,选择控制回路中分合闸线圈电流和电容电压做为监测信号,确定并提取了对应特征量。提出了一种基于模糊理论的断路器故障特征提取算法,获得了故障与特征量变化的对应关系,实现对故障的区分、归类并达到辨识的目的,为高压断路器故障诊断及寿命评估提供了判断依据。     

适用于直流断路器的大电流快速开关分闸特性

快速开关分闸稳定性是影响直流断路器开断性能的关键要素。文中对大电流快速开关的双弹簧永磁操动和电磁斥力双动机构的分闸过程,用有限元方法进行电磁、热和位移等多物理场耦合计算,分析了永磁操动机构驱动线圈是否有必要投入以及不同驱动线圈电流对双动机构分闸特性的影响。结果表明：在永磁操动机构驱动线圈投入的情况下,可提前将永磁吸力抵消,进而避免电磁斥力因做功时间较短而引起分闸回弹现象;由于分闸初期电磁斥力非常大,永磁操动机构驱动线圈的投入对分闸初期的速度影响较小;在电磁斥力消失后,永磁操动机构驱动线圈电流在一定范围内越大,到达额定开距的速度越大,为避免其造成分闸反弹,应合理选择驱动线圈电流值。将仿真结果与实际样机分闸特性曲线进行对比,二者具有较好的一致性,验证了仿真方法的正确性。     

低压断路器结构设计的发展动向

介绍了几种结构新颖的低压断路器。包括旋转动作的断路器、封闭式万能断路器和低压真空断路器，以这些最新开发的电器为基础，论述了低压断路器结构设计的发展动向。     

真空断路器开断并联电抗器的三相建模

针对40.5 kV真空断路器开断并联电抗器的工况,为了消除现有仿真模型的不足,笔者简单综述了真空断路器开断感性小电流的仿真研究的现状,对一种型号的40.5 kV真空断路器进行了试验,得到其触头间介质动态绝缘强度曲线、高频电流熄灭判据和截流数据,并建立了断路器开断并联电抗器的三相仿真模型,同时考虑了三相间的耦合。应用ATP-EMTP软件进行了该型号真空断路器开断并联电抗器的三相仿真研究,并与现场试验结果进行了比对,仿真结果与试验结果大致相符。     

真空断路器操作过电压对电机产生的危害及对策

真空断路器开断电机回路时 ,会产生截流过电压、多次重燃过电压及三相同时截流过电压。因此 ,在电机回路中装设真空断路器时 ,必须有完善的保护设备来限制真空断路器的操作过电压 ,以保护主设备 ,使电力系统安全、可靠、经济地运行。特别是在发电机回路中使用真空断路器时 ,更要慎重 ,除具有完善的保护措施外 ,还要考虑其绝缘水平配合、发电机回路的电容电流、切断直流分量的要求等因素 ,使真空断路器的优良性能得到充分发挥     

低压真空断路器的发展前景

通过与高压真空路器和ＭＥ系列低压断路器对比，论述了低压真空断路器的经济和技术性能以及发展前景。     

真空断路器开断并联电抗器过电压试验研究

针对国内35kV与20kV系统真空断路器开断并联电抗器系统事故多发情况,开展35kV系统工况下的现场试验,分析了开断后的暂态过程及过电压的机理,并在实验室进行了20kV系统真空断路器在额定电流下投切电抗器的截流试验,研究截流值和过电压规律。结果表明:截流过电压幅值远小于重燃过电压,多次重燃过电压是真空断路器开断并联电抗器频繁出现高过电压的主要原因;在系统典型额定工况下,300A负载电流下的截流值比100A负载电流下小,真空断路器的截流值随着开断电流的增大而减小的理论在系统额定电流下同样成立。     

基于SOM的真空断路器机械故障诊断

给出了适用于小样本训练的自组织映射(SOM)网络的基本概念和突出特点,分析了真空断路器的机械特性与对应机械故障的关系。在此基础上,提出以真空断路器的机械特性作为训练与识别样本并基于SOM的真空断路器机械故障诊断方法。重点介绍了应用该方法进行断路器机械故障分类的全过程:通过提取正常与故障状态下断路器的机械特性并输入至SOM网络中进行故障区分。实验分析表明,该故障诊断方案可有效对真空断路器常见机械故障进行分类。     

高压交流真空断路器开断直流电路的试验

以人工过零法进行了用ZN3—10/600—150型、ZN4—10/1000—200型和ZN—10/1000—300型高压交流真空断路器单个灭弧室成功地开断8、11和15.5kA直流电流,以及用两台ZN4—10/1000—200型断路器灭弧室两串三并开断直流电路,最高开断参数达25.8kA、26.7kV的试验。对具有纵向磁场的ZNN—10型(暂)真空断路器,在固定开断电路参数的条件下,进行了单个灭弧室连续开断直流电路的试验,为50kA、30kV高压直流断路器的建造奠定了试验基础。     

节能和新能源需求促进低压断路器的发展

介绍近期推出的低压断路器新品种及其应用的新技术：包括可工作于变频条件下的风力发电机专用断路器;进入“电能管理新时代”的带控制器的新型智能断路器;直流电器在小电流区域开断性能不稳定的问题,及解决这一问题的关键技术;仪器和数控设备用紧凑型塑壳断路器及其开断新技术.     

一种可用于12 kV高速真空断路器的侧动式机械缓冲装置

在12 kV高速真空断路器中,一般不增加合闸缓冲装置,直动式操动机构往往会造成较大程度合闸弹跳,降低使用寿命.在优化设计的基础上,研制了一种双稳态永磁机构侧动式12 kV高速真空断路器.该真空断路器合闸时间在15 ms以内,分闸时间在10ms以内,合闸弹跳时间短,分闸反弹幅值小,达到了预期的目的.     

Extending the Application Field of Vacuum Circuit Breakers to Generators for Capacities up to 400 MW

The progress that has been achieved in the development and manufacture of vacuum circuit breakers opens the possibility of using them for a wider range of applications at power plants, including as generator circuit breakers. Such characteristics of modern vacuum circuit breakers as increased breaking capacity and high switching life are factors that make them closer in competitiveness to SF6 circuit breakers for generators with capacities up to 400 MW. The article considers problem aspects relating to clearing of short-circuit faults in the generator voltage circuits and interruption of out-of-phase making currents and no-load currents of generator transformers. Conditions leading to a longer period of time to the moment at which the switched current crosses zero are considered. It is pointed out that, unlike the IEC/IEEE Standard 62271-37-013, GOST (State Standard) R 52565-2006 does not specify the requirements for generator circuit breakers in full. The article gives the voltage drop values across the arc for different design versions of vacuum circuit breaker contacts and shows the effect the arc in a vacuum circuit breaker has on the time delay to the moment at which the current crosses zero. The standardized parameters of transient recovery voltage across the generator circuit breaker contacts are estimated along with the contact gap electric strength recovery rates ensured by modern arc quenching chambers. The switching overvoltages arising when vacuum circuit breakers interrupt short-circuit currents and no-load currents of generator transformers are analyzed. The article considers the most probable factors causing the occurrence of switching overvoltages, including current chopping, repeated breakdowns of the circuit breaker contact gap, and virtual current chopping. It is found that, unlike repeated breakdowns and virtual current chopping, an actual current chopping does not give rise to dangerous switching overvoltages. The article also determines the vacuum circuit breaker application field boundaries in which dangerous switching overvoltages may occur that would require additional measures for limiting them.