126 kV真空断路器操动机构机械可靠性研究

文中在分析讨论传统可靠性设计方法在真空断路器机械可靠性设计应用中存在局限性的基础上,提出基于失效物理和可靠性物理(PoF/RP)的真空断路器操动机构及其零部件可靠性设计方法,对操动机构内部传动部件的冲击疲劳寿命计算方法进行了理论分析。分别对126 kV单断口真空断路器弹簧操动机构、分离磁路式双稳态永磁操动机构,以及快速斥力机构在断路器合分闸操作冲击应力作用下易损部件的疲劳寿命进行了分析。计算结果显示:弹簧操动机构合分闸联锁挚子在断路器合分闸操作冲击应力的作用下其疲劳寿命计算结果为1 654次;双稳态永磁操动机构在断路器以2.5 m/s速度分闸、1.5 m/s速度合闸时,其动、静铁心在冲击应力作用下的疲劳寿命17 710次;快速斥力机构触头簧传动支撑部件在断路器以5.5 m/s速度分闸、1.3 m/s速度合闸过程中,其冲击疲劳寿命为302次;该计算结果与实验结果相近。     

12kV真空灭弧室触头合闸冲击下疲劳寿命研究

真空灭弧室合闸过程中,触头往往会承受较大的合闸冲击,在多次合闸操作后,触头极有可能产生疲劳破坏,从而影响真空灭弧室的工作性能。该文建立VS1型真空断路器操动机构动力学仿真模型,对断路器合闸过程中动触头动态特性进行计算;并利用三维非线性显示动力学分析软件LS-DYNA对杯状纵磁触头合闸冲击碰撞过程进行模拟,得到触头结构在合闸冲击作用下各时刻的应力应变结果;在nCode软件中建立真空灭弧室触头结构疲劳寿命分析流程,对触头结构疲劳寿命危险区域进行预测,并对支撑盘结构进行优化以提高触头结构疲劳寿命。结果表明：在冲击载荷作用下,杯状纵磁触头杯指及触头片开槽处会产生应力集中现象,易发生破坏;三种支撑盘结构中,凸台型支撑盘能使触头结构应力分布更加合理,可有效提高触头疲劳寿命。     

ZW-12/630型10 kV断路器非全相分闸的原因分析及处理

1 现场情况 在一次设备例行试验中发现,某户外10 kV真空断路器分闸后A相仍处于合闸导通状态. 该断路器为ZW-12/630型,配CT23A-D型弹簧操动机构,2002年3月完成现场安装调试后于同年8月投入运行. 2原因分析 2.1 真空灭弧室的结构及开闭原理 真空灭弧室主要包括静触头、动触头、波纹管、主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩、均压屏蔽罩、屏蔽罩法兰、绝缘外壳等部件.正常情况下,自由状态时的真空灭弧室动、静触头是自然闭合的导通状态,只有借助外力(来自操动机构的操作动力)的作用才能完成动、静触头的开断.     

真空断路器弹簧操动机构优化设计与可靠性分析

在真空断路器弹簧凸轮操动机构中,其开断特性与合闸弹簧、分闸弹簧和触头弹簧是息息相关的,它们性能的优劣对真空断路器的安全开断起着极其重要的作用。因此对真空断路器弹簧操动机构进行优化设计,并对其合闸弹簧、分闸弹簧以及触头弹簧进行可靠性分析,通过对其强度-应力干涉模型的分析,确定其在一定工作时间内的可靠度,进而实现对其开断特性的可预知性。     

外部接线对横磁场触头结构真空断路器开断能力影响的分析

计算了手车结构中外部接线对真空灭弧室弧柱的电动力,认为横磁触头结构真空断路器在开断大电流时,外部接线产生的电动力是导致开断失败的主要原因。建议尽量缩短真空灭弧室两端径向引出线的长度,以减少外部接线对灭弧室开断能力的影响。     

触头运动特性对直流接触器开断性能影响

为研究触头运动特性对直流接触器开断性能的影响，建立直流空气接触器电磁操动机构与灭弧系统联合仿真模型，对接触器操动机构进行运动—结构—电磁耦合仿真，得到操动机构动作过程中触头位移—行程曲线，并与电弧磁流体模型相耦合，仿真得到了直流空气接触器从机构运动到触头打开电弧形成、弧根运动直至熄灭的全过程。讨论了接触器操动机构参数变化对开断性能的影响，并通过电弧现象背后的物理场变化分析了开断过程中重击穿现象产生的原因。结果表明：操动机构驱动动触头进而带动电弧完成了电弧拉伸、弧根转移以及被栅片切割等重要电弧演变过程；反力弹簧和触头弹簧预压力增大有利于提高触头的分断速度，加速电弧熄灭，但分断速度过高有可能导致电弧重击穿现象发生，其根本原因是栅片入口处产生的顺时针气流漩涡；通过控制触头的分断速度和灭弧室栅片区磁场分布，实现了对重击穿现象的抑制。     

配弹簧机构的高压断路器分闸特性建模与仿真

分析高压断路器分闸运动特性,对提高断路器的性能有重要的意义。文中以配弹簧操动机构的高压SF6断路器为研究对象,从断路器分闸时空载的角度考虑,在分析缓冲器与灭弧室的工作原理基础上,利用Adams与MATLAB软件建立了弹簧操动机构与灭弧室联合模拟仿真模型。得到断路器空载条件下的分闸运动特性,所得的仿真曲线与试验曲线相吻合,证明了仿真模型的准确性,并在此基础上分别研究了压气室气体压力与缓冲器缓冲阻力在空载分闸过程中的变化规律。该建模与仿真方法能够方便给出各零部件的受力情况,为后续零部件强度与疲劳寿命的校核提供了帮助,同时也为提高断路器开断性能提供了参考依据。     

ZW３２-１２型弹簧操动式断路器运动特性分析及零件优化

ZW３２-１２型断路器的弹簧操动机构易发生故障,因此减小操动机构故障率将提高断路器可靠性.利用Solid- worksMotion和Simulation模块对断路器进行动力学分析,着重对分合闸时间、分合闸速度、动静触头接触力和弹簧 力大小进行分析,并在此基础上对操动机构中关键零件进行应力分析和优化设计.结果表明:通过优化超程弹簧压缩 长度,调整超程弹簧预紧力的方式可以缩短合闸弹跳时间;增加磙销直径可以减小其最大应力,当直径增加为５．５ mm 时,其最大应力低于屈服强度.     

HSM3-63塑料外壳式断路器的研发

介绍了HSM3-63塑料外壳式断路器在研发过程中应用现代仿真技术对主要零部件进行分析、计算与优化设计,并设计了小电流瞬动电磁铁结构、增大电动力斥开效果的触头系统和增强灭弧能力的灭弧室,产品具有体积小、节材降耗、短路分断能力高、瞬时动作整定电流小、可靠性高等特点。     

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SF_6断路器配弹簧操动机构的开断特性研究

分析高压断路器开断特性,对提高断路器的性能具有重要的意义。文中以配弹簧操动机构的高压SF6断路器为研究对象,在分析灭弧室具体结构的基础上,建立压气室压力特性数学模型与电弧效应的热力学模型,利用Adams与MATLAB软件建立弹簧操动机构与灭弧室的联合仿真模型,对断路器配弹簧操动机构的开断特性进行计算分析。计算获得的动触头行程曲线与试验测试结果吻合,证明了仿真模型的准确性,并在此基础上分析了动触头行程、压气室气体压力、缓冲器缓冲阻力随时间的变化特性。该建模与仿真方法,不仅能够快速计算与评估SF6断路器配弹簧操动机构的开断特性,还能够方便给出各部件的受力情况,为进一步确定灭弧室与弹簧操动机构的结构参数提供帮助,也为SF6断路器从经验设计方法向仿真设计方法转变提供很好的基础。     

基于运动仿真技术的塑料外壳式断路器机构弹簧优化设计

基于三维CAD软件UGS NX和虚拟样机仿真软件ADAMS,对某塑料外壳式断路器进行机构运动仿真,通过研究断路器机构固有分断特性,分析分断弹簧和动触头弹簧对操动机构的作用及影响,从而为弹簧参数的进一步优化设计提供有益的参考.     

基于阳极放电模式的杯状纵磁触头真空灭弧室分闸速度设计

真空断路器短路开断能力与真空电弧的控制技术及断路器分闸速度的控制技术紧密相关。该文的研究目标为基于真空电弧强电弧模式向扩散态模式转变规律对杯状纵磁触头真空灭弧室分闸速度进行设计。通过对杯状纵磁触头在不同分闸速度、不同燃弧时间条件下进行拉弧试验,研究的影响强电弧模式持续时间、强电弧模式转变为扩散态模式时刻的临界纵向磁场及与之对应的临界触头开距与分闸速度的关系。试验结果显示,真空灭弧室分闸速度和燃弧时间对真空电弧阳极放电模式的演变具有显著影响,较高的分闸速度能够使得强电弧模式快速转变为扩散态模式。强电弧模式转变为扩散态模式时刻对应的临界触头开距及其临界纵向磁场强度、强电弧模式持续时间,随电弧电流的增大而增大,且不同的分闸速度条件下强电弧模式转变为扩散态模式的临界触头开距具有峰值效应。在真空断路器分闸速度的设计过程中,宜使得真空灭弧室刚分速度高于该峰值临界触头开距所对应的分闸速度。研究结果可为应用杯状纵磁触头的真空断路器的分闸速度的设计提供理论依据。     

电动力作用下万能式断路器操作机构运动特性仿真及试验

分析了短路分闸时电弧的运动过程,根据不同触头开距建立了多种类型的电弧模型。基于有限元方法计算了不同模型下动触头受到的电动力,将计算的最小和最大电动力数据导入ADAMS空载仿真模型,从而建立了DW45型万能式断路器(ACB)短路条件下的运动特性仿真模型。仿真结果得到了ACB在电动力作用下的最慢、最快分闸过程。试验测量验证了实际分闸过程处于仿真范围内,证明了模型的有效性。     

ZN63A-12/3150A型10kV真空断路器非全相分闸的原因分析与处理

正1 现场情况在一次设备维护过程中,对某10 kV真空断路器进行机械特性测试时发现,断路器处于分闸位置时,A相仍然导通。该断路器为ZN63A-12/3150 A型,2009年7月完成现场安装调试工作,于同年12月投入运行。2原因分析正常情况下,在断路器可靠分闸后,其动、静触头应该处于断开位置。灭弧室在自由状态下,断路器动、静触头是自然闭合的,只有借助外力(来自操动机构的操作动力)的作用才能完成动、静触头的开断。初步怀疑断     

关于高电压等级真空灭弧室研究与开发

总结分析了高电压等级真空灭弧室研究开发的关键问题 (包括真空灭弧室绝缘设计、触头结构和触头间隙纵向磁场、触头材料、真空灭弧室与操动机构配合等 ) ,可为此类灭弧室和断路器研究开发提供参考     

GIS中快速真空开关灭弧室波纹管机械寿命研究

当快速真空断路器放入GIS中,真空灭弧室波纹管会承受3种不同条件的严峻考验,分别为高分闸速度、高气压环境、重复性大幅度机械压缩。为了确定GIS内真空灭弧室波纹管在高气压环境及高分闸速度下的机械寿命,采用流固耦合仿真方法对波纹管在分闸过程中的机械波传递、等效应力值及机械寿命进行了仿真分析研究。仿真结果表明:波纹管分闸过程中机械波传递速率不随分闸速度及内部气压的变化而改变,随着气压和分闸速度的增大,波纹管最大等效应力值呈阶跃式增大,机械寿命则呈减小趋势。通过对波纹管机械寿命实验,得到了GIS中真空灭弧室波纹管在高气压环境高分闸速度下的机械寿命情况,实验结果与仿真结果较为吻合。     

真空断路器合闸弹跳时间长问题处理

真空断路器合闸弹跳是真空断路器机械特性的一项重要参数,弹跳时间长会产生较高的过电压,影响灭弧室的寿命。分析了合闸弹跳时间长的危害及产生原因,阐述了减小合闸弹跳时间的方法及理论分析,得出了适当增大触头超程弹簧预压缩,是减少真空断路器合闸弹跳时间的有效方法的结论。     

弹簧机构输出与灭弧室触头运动映射关系分析

文中通过对断路器传动回路的运动学进行计算分析,得到了弹簧操动机构输出与断路器灭弧室触头运动之间的非线性映射关系。解释了常规测试断路器机械特性的方法存在一定的误差的原因,并分析了传动机构制造和安装存在误差对灭弧室触头运动产生的影响,为断路器整个传动回路的优化设计及其操动机构中凸轮机构的优化设计奠定分析基础。     

12 kV真空灭弧室触头电动斥力计算与结构优化

在真空灭弧室合分闸过程中,动静触头间产生的电动斥力会加剧触头弹跳现象,引起高温电弧烧蚀触头,从而影响到真空灭弧室的工作性能。文中运用虚拟样机技术建立真空灭弧室触头结构三维有限元模型,并引入圆柱状导电桥模型作为接触点模拟触头间的电流收缩现象,采用电磁场仿真软件Ansoft Maxwell计算出动静触头间电动斥力;并对触头结构进行优化以减小触头间电动斥力。计算结果表明:触头闭合时洛伦兹力与霍尔姆力方向相反,存在一个合适的接触力能够使触头的总电动斥力降低至0N;灭弧室触头产生的电动斥力随着杯座开槽个数、杯指回旋角度、触头片开槽长度增加而减小;在4种铁芯结构触头中,环状铁芯优化效果较好,既可有效减小触头间电动斥力,同时也能改善触头的磁场特性。