高压隔离开关温升的研究

本文从传热学角度出发,将高压隔离开关中涉及发热与散热的部分简化为一维导热问题,电流在导电杆上产生的焦耳热作为分布热源。触头接触电阻上产生的热量作为集中热源作用在导电杆的一端。导电杆表面通过空气自然对流与辐射向环境散热。其他有可能被利用的散热表面作为集中热汇作用在导电杆的另一端。从上述模型出发,得到了温升表达式,它表现为电流密度、集中热源、集中热汇、导电杆横载面的周长面积比及表面黑度系数的函效。分析表明:导电杆的载面形状对温升有很大影响。同时,辐射散热量在总散热量中占有相当的比例,文中计算了当导电杆形状为竖直平板、水平平板、双竖板、水平圆柱,水平圆管时,其上的温升值。结果表明:双竖板的温升最小,而水平圆柱的温升最大。分析还表明:在适当地方设置附加散热面,可有效地降低触头上的温升值。     

移开式固体绝缘柜触头形式选择及触头盒结构的优化设计

移开式固体绝缘柜断路器动静触头连接部分的电接触较多,是一重要热源.为降低该部分的接触电阻,优化结构散热能力,对比和分析各触头形式优缺点,选用表带触头代替梅花触头,并对移开式固体绝缘柜断路器动静触头盒结构进行优化设计,采用一体化设计方案.试验结果表明,通过上述措施可有效降低动静触头工作运行时的温升,增加了产品的安全裕度.     

触头系统结构对真空灭弧室温度场影响仿真

针对真空灭弧室大电流承载能力提升问题，研究真空灭弧室触头系统的结构设计参数对降低其整体的温升及提高通流能力具有重要意义。随着真空灭弧室向着高电压、大电流发展，其触头结构参数的合理设计决定了真空灭弧室的温度分布情况，因此为研究触头结构对真空灭弧室温度场的影响情况，文章采用有限元法对真空灭弧室的温度场进行磁热双向耦合仿真分析，得到了导电杆直径、触头直径、触头片厚度、杯座厚度以及触头片开槽长度对温度场的影响。结果表明：当导杆直径、触头直径、杯厚分别增大时，最高温度先急剧下降后下降趋势趋于平缓；触头片开槽长度的增加虽会使最高温度升高，但相比其他结构而言，开槽长度对温度场的影响较小；当触头片厚度增大时，最高温度随之下降；真空灭弧室最佳结构参数为：导杆直径55 mm、触头直径65 mm、触头杯厚8 mm、开槽长度20 mm、触头片厚度5 mm,此模型最高温度较优化前降低18.3%。     

装有记忆合金压片梅花触头的开关柜温度场仿真分析

针对开关柜中真空断路器梅花触头处温升问题,基于记忆合金材料的温度形变功能,在梅花触头上安装记忆合金压片,提高梅花触头的工作性能。测量不同温度时梅花触头处的接触电阻,利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics对开关柜的温度场进行仿真分析,并进行了试验验证。仿真结果与试验结果表明:断路器梅花触头处使用记忆合金压片其温升明显低于使用普通压片时的温升,说明记忆合金压片有助于降低梅花触头温升,提高开关柜运行的安全可靠性。     

基于Ansys的柱上开关温度场仿真分析北大核心CSCD

文中采用三维建模软件Solidworks及有限元软件Ansys对充入干燥空气的柱上开关进行了温度场仿真分析,研究不同接触电阻条件下柱上开关内温度分布规律。仿真结果表明,柱上开关接触点在正常接触电阻条件下温升均符合标准要求;真空灭弧室静触头与动触头接触点接触电阻增大1.56倍,隔离开关动触头与隔离开关静触头接触点接触电阻增大1.80倍,温升达到标准规定的限值。最后,进行了相应的温升试验,温度的仿真结果与试验结果相吻合。     

具有串并联结构的363 kV真空断路器温升研究

温升是高压真空断路器状态监测时需要重点考虑的技术指标,具有串并联结构的363 kV快速真空断路器对每一个灭弧室单元提出了更高的可靠性要求。为向363 kV快速真空断路器的温升监测提供参考,基于断路器的实际设计尺寸,建立了三维电磁-热耦合模型,引入辐射、对流、接触电阻等多重边界条件,采用有限元法计算得到了整机不同工况下的温度分布。计算结果表明:导电铜排和真空灭弧室触头温度最高,断路器整体在额定电流和短路冲击电流下的最高温度为73. 3℃和93. 3℃,满足温升标准和热稳定性要求。     

真空断路器合闸速度与动触头合闸弹跳探析

由于真空断路器触头采用平面对接方式接触,合闸瞬间动静触头碰撞会引起动触头弹跳,动触头合闸弹跳时间是真空断路器机械特性的一项重要参数。对真空断路器而言,稳定的性能参数是其安全运行的前提。动触头合闸弹跳时间是影响真空断路器的电寿命、机械寿命、触头熔焊和合闸过电压的重要因素。真空断路器动触头合闸弹跳分散性很大,影响因素也很多。从动静触头接触产生碰撞为切入点,研究解决动触头合闸     

550 kV快速真空断路器的设计与试验

文中基于多断口串联技术,提出了气体绝缘罐式550 k V快速真空断路器。首先介绍了550 kV快速真空断路器的拓扑和结构方案,然后针对绝缘和温升开展仿真计算,以校核结构设计的合理性,最后通过绝缘和温升试验验证产品性能。仿真结果表明,所有断口处于合位时,最大场强在快速开关进出线处的屏蔽罩上,为19.5 kV/mm,所有断口处于分位时,最大场强在真空灭弧室静触头端面处,为18.9 kV/mm,各部分场强均符合场强设计基准;根据温升场分布,最高温升在真空灭弧室动静触头接触处,为50.8 K。此外,样机通过了对地和端间绝缘试验,单断口罐体的温升试验结果与仿真计算值最大偏差小于4 K,结果符合标准要求。     

小型直流电磁继电器温度场仿真分析

利用ANSYS软件建立了小型直流电磁继电器热电耦合分析模型。热源包括电磁线圈与触头回路,其中触头接触处按接触电阻相等的原则等效为小圆柱体,触头引出脚处外接导线的发热及散热按热通量相等进行当量折合,导电部件均考虑了电阻率随温升的变化。散热分析中计入了热传导、对流及辐射的影响,并考虑导热系数及对流传热系数随温度的变化。运用所建模型,对直流继电器带外壳和不带外壳时,在不同线圈电压下进行稳态热分析,得到了继电器各部分的温度场。根据有限元计算结果计算了各种情况下的线圈平均温升,并与实验数据进行了比较,结果表明两者能较好吻合。     

新型手车式大电流真空断路器动静触头电场分析与仿真

中、高压开关柜是海上油气田电力输送的关键设备,在传统移开式中、高压开关设备中,真空断路器的动触头大都采用梅花触头,梅花触头的优点是对公差要求较低、自调整能力较好,但由于其外型较大、形状不规则,大电流导通时易造成触头四周电场不均匀。为此新开发出一款用于12kV手车式真空断路器的新型动静触头,利用有限元仿真软件对该触头进行电场数值分析和仿真,结果表明触头电场分布均匀,动静触头结合端面处空气间隙最大电场强度满足设计要求,对比梅花触头改善明显。     

不同海拔地区棒–板间隙临界半径的试验研究

在棒–板间隙的正极性操作冲击放电试验中,放电电压受到棒端部半径大小的影响。为得到放电电压随棒端部半径变化的规律,选择棒电极端部为半径19~475 mm的球面,得到2~5 m间隙距离下棒–板间隙的放电电压。试验数据表明,棒端部半径增大到某临界值时,放电电压开始明显增大,该临界值称为临界半径。提出新的临界半径计算方法,并分析临界半径现象产生的原因。为了解不同海拔下棒–板间隙临界半径的变化,分别在北京(海拔50 m)和西藏羊八井(海拔4 300 m)开展了相同棒–板间隙的临界半径试验研究,得到两地的临界半径。试验结果表明,临界半径的大小与棒–板间隙距离和所处海拔有关。     

72.5kV真空灭弧室电位和电场分布研究

为分析72.5 kV真空灭弧室的电位分布和电场分布及其影响因素,建立了其轴对称有限元分析模型,计算了其电位分布和电场分布,研究了真空击穿的面积效应,并分析了主屏蔽罩的结构尺寸及多个屏蔽罩对真空灭弧室内部电场分布的影响。结果表明:真空灭弧室动静触头之间、触头和屏蔽罩之间的电位变化比较显著,灭弧室内部电场分布不均匀;随着触头间隙距离、触头半径及倒角部分曲率半径的增大,触头表面有效面积将增大,而灭弧室内部最大场强将有所减小;增大主屏蔽罩的半径和长度,可以使屏蔽罩两端的场强有所减小,在真空灭弧室内安装多个屏蔽罩,可以改善内部电场分布。计算结果可为高电压等级真空灭弧室的优化设计提供参考。     

短路电流下的电器发热分析

阐述了短路电流作用下电器发热分析的已有结果，研究了导体联结面、触头接触面和导体内部三种情况下在通过短路电流时的不同温升规律。指出了热稳定试验时依照Ｉ＾２ｔ相等的原则，采用延长时间、降低电流进行试验的数学关系是不合理的。     

高压限流熔断件稳定温升的计算和验证

通过高压限流熔断件正常工作时其表面与空气间自然对流换热原理的分析,建立了熔断件表面温升分布的数学模型研究结果表明,熔断件垂直安装时,其上、下触头温升有很大差别,几乎差１倍,这主要是由于熔断件与空气间自然对流换热系数变化大的缘故。相应的实验验证了这一结果,文中所述的分析方法及所建立的数学模型可推广应用于同类结构的其它电器产品。     

大功率直流接触器温度场仿真及影响因素分析

对大功率直流接触器的温度场进行了三维有限元热-电耦合仿真.在建立热分析模型时通过热源等效处理,综合考虑了动、静触头间接触电阻和电磁系统中线圈的发热对接触器温升的影响.在仿真中基于热相似理论计算了接触器各向表面的对流散热系数,考虑了连接铜板对散热的影响,并利用试验对仿真结果进行了验证.基于该模型,进一步研究了接触压力、接触墩外露表面的散热面积、外壳的厚度和材料、连杆材料对接触器温度场分布和触头温升的影响规律,并利用数据拟合得到了触头温升与接触压力的函数关系,为接触器的性能改进和提升提供了理论依据.该研究成果也适用于其他同种类型的开关电器.     

On the possibilities of dynamic evaluation of contact surface temperature under impulse-current loads

This paper considers monitoring of the condition of electric-power-plant contact busbar connections. Stationary temperature measurements of operating buses do not provide adequate accuracy of the contact-connection control, for example, measurement of transient resistance, due to the high thermal conductivity of the busbar material, which leads to a substantial equalization of the temperature field along the busbar. It is proposed to use dynamic measurements of the plant temperature conditions, arising in particular in short-circuit clearing, electric-motor starting, etc. Temperature fields near a contact connection arising in heavy short-time currents differ from stationary fields in having a substantially greater contrast, which significantly increases the possibilities of diagnostics. The maximum temperature value of the busbar contact surfaces, which is outside the reach of direct measurements, is of greatest interest. The quality factors of f lat busbar contact connections and a contact-connection temperature algorithm, which are determined from the time–temperature dependence, detected on the outer busbar surface near the contact in the short circuit clearing, are considered. To analyze nonstationary fields of current density and a contact area temperature, numerical simulation methods and known analytical results of the heat transfer theory are used.     

频繁开断下车载真空断路器寿命试验方法的讨论

车载真空断路器(VCB)是动车组受能控制系统的关键部件,对动车组的安全稳定运行非常重要。但车载断路器的工作状况特殊,使得其寿命特征与电力系统断路器存在较大区别。因此,普通断路器的寿命试验方法不能完全适用于车载断路器。笔者以CRH2A型动车用断路器为对象,提出了一套完整的寿命试验方法,主要分为工频耐压试验、冲击耐压试验和机械寿命试验,检测灭弧室内触头的接触电阻,分别得到接触电阻、工频和冲击耐受电压与开断次数的关系,从中能分析出VCB的机械和电气寿命的极限。     

电机温升高的分析处理

针对Y2电机温升过高的原因进行了系统探讨,对由于热传导条件障碍造成的电机温升过高进行了具体分析,并设计了专用工装用于加工铁心与机壳的配合面,增加了电机铁心与机壳的接触面积,并对工装的原理、结构做了简要说明。研制方案实施后,电机温升高的问题得到了解决。     

126kV真空断路器的运动建模与优化设计

根据对真空断路器运动原理的分析,建立了126kV真空断路器的动力学模型.提出了一种新的方法来设计真空断路器产品的运动特性,该方法利用多体动力学仿真软件ADAMS 建立真空断路器产品的虚拟样机模型,对真空断路器的分、合闸过程进行仿真分析,通过对样机模型结构和力学等参数的修改,最终实现产品的优化设计.仿真结果也验证了该方法的有效性.     

整流罩结构对电机机座表面对流传热特性的影响

为了尽可能地降低全封闭风扇冷却（TEFC）电机各部件的温升,避免过高温升对绝缘结构的破坏,采用数值计算方法研究了整流罩结构对TEFC电机机座表面对流传热特性的影响。首先,对一台样机进行温升试验,绕组温升的仿真值与试验值的误差为6.2%,验证了数值计算方法的可行性。其次,在数值计算时将样机三维模型做必要的简化,着重研究了整流罩外径、整流罩端面与翅片端面的间距以及电机转速对机座表面横向平均努塞尔数的影响。最后,结果表明机座表面翅片结构一定时,存在一个最佳的整流罩外径值使机座表面的对流传热效果最佳;整流罩端面与翅片端面接触时,机座表面的横向平均努塞尔数最大,同时机座表面的对流传热能力随着风扇转速的增大而增大。