新型混合式限流断路器设计及其可靠性分析

混合式限流断路器兼备了机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速分断的动态特性,是国际上断路器研究的新方向。文中提出了一种基于快速晶闸管的新型混合式限流断路器结构,并针对低压场合,开展了2kA/320V混合式限流断路器样机的设计研制工作。深入分析了限流断路器的关断可靠性,证明了关键参数设计的正确性,并对参数设计进行了优化。试验结果表明,自行研制的超高速斥力开关能够在接到分闸指令280μs时间内完成触头分离,将电流转移到由大功率快速晶闸管组成的固态开关电路上,该快速晶闸管开关电路可在最短53μs时间内实现对10kA短路电流的可靠分断。     

混合型限流断路器在高短路电流上升率时换流试验分析

提出了一种基于高速斥力开关和双向晶闸管开关的新型混合型限流断路器方案,在研制出3 kA/320 V限流断路器样机基础上,对其在高短路电流上升率时的换流过程进行了分析和试验研究.推导了换流过程的等效电路模型和换流时间的计算公式,并进行了不同电流上升率的限流试验以验证所建模型的正确性.通过减小换流支路电感和减小斥力开关动作延时,样机成功实现了13.6 kA的电流转移(电流上升率为26 A/μs)及限流分断,换流时间仅为100μs.     

新型3 kA触头机构的设计及温升分析

设计了一种混合型限流断路器用3 kA触头机构。在对动、静触头接触电阻进行计算的基础上,采用新型Ansys有限元软件对触头机构的3 kA通流温升进行仿真分析。仿真得到触头机构上的最高点温升为45 K,可满足相关标准对混合型限流断路器的温升要求。通流试验验证了仿真结果的正确性。     

低压电器中气动斥力的实验研究

气动斥力对于低压电器中动触头斥开后的运动状态起着重要作用,影响其性能。该文针对一个双断点模型,通过测量电弧电流、电压和作用在动导电杆上的力,应用三维有限元方法分析回路中的电动斥力,实验研究了3～6kA预期短路电流有效值,2～6mm触头开距情况下气动斥力的特性,以及产气材料和出气口大小对于气动斥力的影响。结果表明:单位电弧功率产生的气动斥力FB/ui是燃弧时间的减函数,与触头的间距关系较小,而且短路电流峰值在4kA以上时特性较为接近,加入产气材料或增大出气口均会增大气动斥力的数值。     

触头间电动斥力的三维有限元分析

触头间电动斥力的大小对于开关电器的设计是很重要的。基于电流-磁场-电动斥力之间关系的方程,应用三维有限元分析,引入圆柱导电桥模型作为接触点模拟触头间的电流收缩,从而计算出作用在触头上的电动斥力。结果表明,电动斥力与导电斑点情况和触头形状有很大关系,同时,利用这种方法计算电动斥力是有效的。     

低压限流断路器中电流和灭弧室之间相互作用的机理

本文介绍了限流低压保护开关置中单路,双路和四路灭弧的不同形式触头分布情况。讨论了电弧换向从动触头臂到换向杆的影响。介绍一种新型快速旋转电枢的电磁铁。通过有限方法研究了这种电磁铁的性能。用相同方法研究了灭弧室的结构和各种参数对触头斥力的影响。用电容器组进行了试验并用数据采集系统测量了试验结果。     

基于超快速电磁斥力开关的新型混合式限流开关的设计与试验

针对直流电网短路故障时迅速产生的短路电流,提出了一种零电压型混合式直流短路电网限流开关拓扑结构,以超快速电磁斥力式机械开关为通流支路,用快速限流熔断器代替固态开关支路和能量吸收支路的功能。开发出额定为640V／2500A的原理样机,试验结果表明样机将预期峰值为100kA,时间常数为4．17ms的短路电流限制10kA以下,证明了所设计限流开关工作的快速有效性。     

基于电弧电压的混合型直流断路器

混合型直流断路器同时具有传统机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速关断的动态特性,多端直流输电网络很大程度上依赖于直流断路器技术的发展。文中提出了一种基于电弧电压的混合型直流断路器,推导了电流换流物理过程的数学关系。通过有限元分析软件,进行了关键部件——电磁斥力机构高速开关的仿真计算。在以上基础上进行了1kA/15kV直流断路器样机的设计研制,试验结果表明,该样机的电弧最大换流能力为3kA,电流从高速开关向固态开关转移的过程呈指数关系,与理论推导相符。该样机能够在5ms内分断10kA短路电流,分断时间主要取决于高速开关开断速度以及电弧电压大小。     

大功率混合式限流开关设计及试验分析

针对舰船低压直流电力系统,提出了一种基于快速晶闸管和超高速斥力开关的新型混合式限流开关,开展了新型混合式限流开关的设计研制工作,EMTP仿真和实验室短路试验证明了该新型限流开关的有效性和可靠性。     

新型混合型限流断路器分析及试验

研究了一种基于高速斥力开关的交直流两用混合型限流断路器方案,该限流断路器在限流过程中先经过一个强迫换流过程,使得触头分离时高速斥力开关上电流减小到较小值,触头分离后再经历一个自然零电压换流过程,将斥力开关电流换流到二极管支路上.重点对限流断路器换流过程进行了理论分析及仿真,分析了其可能出现的4种分断情况.研制了400V/500A限流断路器样机,并进行了不同短路电流上升率的限流试验,验证了理论分析的正确性.     

交流接触器的同步控制

合闸相角对交流接触器的动态特性,尤其是触头碰撞弹跳有重要影响.首先用定相合闸装置,对一台80 A的样机在不同的合闸相角下的触头弹跳时间进行测量;然后采用虚拟样机技术,对交流接触器闭合的动态全过程进行仿真研究.最后提出了一种交流接触器的同步控制方法.     

一起CT断线告警引起母线保护退出运行的故障分析

介绍一起由闸刀辅助接点损坏引起母线保护CT断线告警的故障,通过对BP-2B差流回路和闸刀开入逻辑的分析,得出此故障是由于外部回路的闸刀接点开入错误所导致,提出多种可行性解决方案,以期减少和杜绝因闸刀辅助接点损坏或接触不良可能引起的危害。     

高压开关全电压关合试验相关问题研究

以国际电工委员会(IEC)和我国关于高压断路器合成试验的相关标准为依据,笔者提出了一种基于真空触发开关(TVS)的电流源快速合闸开关和全电压关合试验回路。分析了全电压关合试验的实施难点以及影响与直接试验等价性的主要因素,引入短路关合电流是否投入的综合判据,设计并实现了可进行额定参数为110 kV/63 kA电流源主控开关和全电压关合试验系统样机。以进行具有最大预燃弧时间的全电压关合为例,对所研究的试验系统进行了功能和可靠性现场试验。结果表明,该系统在大功率试验站强电磁干扰环境下具有较高的控制精度和工作稳定性。     

一起3/2接线方式敞开式隔离开关发热故障分析

文中主要针对一起3/2接线方式隔离开关接触不良引起保护装置异常事件,从3/2接线方式等值电路、电流分配、接触电阻增大和线路负载变化所引起接触点温升特性等方面进行分析,并与双母线接线方式中隔离开关接触不良引起温升特性进行对比,得出3/2接线方式中隔离开关接触不良所引起接触点温升特性与负荷变化、标准回路电阻变化的对应关系和差异。     

户外高压隔离开关电触头温升机理研究

针对110 kV以上电压等级隔离开关电触头易发热的现象,以具有代表性的GW4A-126型高压隔离开关为对象,研究电触头的温度特性。在简化电触头结构后,应用有限元分析软件ANSYS 建立触指部分的三维模型,在不同接触电阻、接触面积和负载电流的条件下对模型施加载荷,根据得到的温度场分析触指最高温度的变化情况。仿真结果表明：接触压力、接触电阻、接触面积、负载电流和触点材料是影响电触头温度的主要因素;接触电阻和负载电流越大,电触头温升幅度越明显;增大接触面积可以提高电触头的热稳定性。     

Determining the breaking capacity of vacuum interrupter chambers according to the failure criterion using a method of nondestructive testing

During research tests of vacuum interrupter chambers (vacuum interrupters, VIs), their breaking capacity is determined by bringing the chamber to a thermal failure, i.e., to a situation in which a VI is already unable to switch a current off and a safety switch of the test bench interrupts the current. Thus, the highest short-circuit current is defined, which can be interrupted by an opening switch with a VI under prescribed standard conditions. This current is characterized by the effective value of its periodic component and the fraction of the aperiodic component in the current curve. However, if in the case of a failure, some elements of the VI (or the chamber as a whole) are destroyed, this will impede analysis of the cause of this failure. This paper describes a test method in which the development of a failure is not allowed, and the risk of a failure is established on the basis of its primary features. It is shown that such features are a considerable burning-arc duration before the first arc-current zero and arc reignitions even at a low transient restoring voltage. It is also established that, for VI chambers with contacts that create an axial magnetic field, the rated breaking current can be determined using the failure criterion, for which the critical value of the electric charge, which is transferred through the vacuum arc before the first current zero, is adopted. This failure criterion makes it possible to reduce the number of tests that are needed for determining the rated breaking current. The calculated data for determining the values of the critical charge and the rated breaking current are presented.     

大功率纵磁场真空断路器的大电流加速电寿命试验的研究

通过对国产10kV/630A/20kA真空断路器实际电寿命试验以及大电流开断试验,研究了大功率纵磁场真空断路器采用大电流加速电寿命试验方法的可行性,试验及理论分析表明,对于纵磁场真空断路器采用大电流加速电寿命试验不仅方法可行,而且还能由短路电流分断次数推算出等效额定电流下的操作次数来。     

A Hybrid dc-to-ac Polyphase Variable Frequency Converter

A method to combine a thyristor switch with a rubbing contact distributor in order to produce a polyphase square-wave output from a dc supply is described. The switch operates sequentially on each phase and is rated at a fraction of the total output of the converter. An experimental converter was used to study the problems of transferring the static switch from phase to phase without sparking under various loading conditions. A successful 6-kW laboratory converter was evolved, capable of operation on inductive and resistive load from 50-Hz to zero output frequency with a high efficiency. The economic features of the system and its application are discussed.     

直流混合型限流开关分析与设计

为研究一种适用于船舶直流电力系统短路保护的限流装置,提出基于斥力开关及快速熔断器的直流混合型限流开关方案.斥力开关在短路发生后迅速分断,电流转移到与开关并联的快速熔断器支路,由快速熔断器完成短路电流的分断和能量的吸收.研制了额定640 V/600 A的原理样机,进行了预期电流峰值为100 kA,时间常数为7 ms的限流...     

Development of copper-tungsten clad-contacts for 400 A-arc-less switching of hybrid dc switch

A hybrid dc switch has been studied extensively due to the increasing demand for photovoltaic plants or dc power distribution systems. The advantages of the hybrid dc switch are low contact resistance and high-speed interruption. We have demonstrated an arc-less commutation of current from copper-based tungsten contacts to a SiC-MOSFET. The arc-less commutation prevents the contact erosion that is one of the drawbacks of conventional dc mechanical switches. This report shows the experiment results on the threshold current of the arc-less commutation and the contact resistance with different material contacts up to 400A in a hybrid dc switch.