真空断路器中关键零件机械可靠性计算与分析

1引言高压真空断路器由于具有较高的开断性能和无污染等优点,在电网中得到了广泛的使用,而它的可靠性问题也成为断路器制造厂家和电力用户关注的焦点。国际大电网会议的统计结果指出,真空断路器故障中约89%以上为断路器所配操动机构的机械故障,操动机构成为影响真空断路器可靠性的决定性因素。因此,要从理论上提高真空断路器的可靠性,首先应该开展的就是高压断路器所配操动机构机械可靠性方面的研究。2机械可靠性计算数学模型2.1应力-强度分布干涉理论和可靠度计算模型应力-强度分布干涉理论认为,应力和强度都是随机变量,即呈分布状态。结构是否失效,不仅取决于应力和强度的平均值,还取决于两者的离散程度,即分布规律。图1给出了应力-强度分布与时间的关系,由图1可见,在工作初期强度大于应力,两个分布尾部不发生干涉时,结构不会失效。但随着工作时间的推移,强度和应力两个分布尾部逐渐发生干涉,零件的可靠度逐渐下降,零件就会存在不可靠的可能性。应力-强度干涉理论不仅可以计算特定结构的设计可靠度,还可以计算零件在实际运行负载条件下随工作循环次数而变化的可靠度,它也是对机械零件进行可靠性的理论基础。应力-强度干涉理论给出的可靠度计算方法如式(1)所示:...     

电网故障的诊断和处理

本文介绍以发电厂和变电站为整体分析对象的集中式的故障判定理论。应用采集到的时间序列参数信息和空间分布参数信息经过计算和处理，来判定故障的位置和故障类型。为调度自动化系统扩充故障判定提供了一个新的途径。     

CW1-2000智能型万能式断路器的可靠性试验研究与分析

通过对CW1－2000智能型万能式断路器的分析，提出了该产品可靠性特征量及指标。根据试验结果，对操作机构、欠压脱扣器和合闸电磁铁中的累积试验时间，累积故障数及平均无故障时间等数据进行了可靠性分析。结果表明：产生故障的主要原因是由振动和疲劳引起的，提出了改进措施。     

采用有限元法分析电网谐波对断路器动作特性的影响

断路器是在电力系统中起保护和控制作用的关键部件，其可靠性直接影响整个电力系统的安全运行。以往人们推测电网谐波可能是造成开关电器误动作的主要原因之一，建立了断路器受电网谐波影响的热路数学模型，采用瞬态热路法计算并分析了电网谐波对断路器动作特性的影响，但分析误差较大。文中提出了基于电网谐波的断路器瞬态热场数学模型，采用Ansys有限元分析软件对其进行计算与分析，试验结果表明了该模型的有效性。文中的研究结论对智能断路器产品的开发和研制具有一定的指导作用。     

一起500 kV断路器相继故障保护动作分析

针对一起500 kV断路器相继故障的事故，按照5052断路器故障、5051断路器故障、重合于故障的时间先后顺序，通过录波数据，分析了保护的动作过程情况。最后对5051、5052断路器进行解体开盖，发现断路器内部确实发生了击穿接地。     

EHV输电线路上潜供电弧的分布参数计算模型探讨

330kV及以上电压等级的EHV输电线路发生单相接地故障时,故障相断路器跳开后,故障点处的弧光不能自灭,数十安的自由电弧电流让断路器重合闸无法顺利完成,严重影响了供电的可靠性和安全性。EHV输电线路的输送距离较远,潜供电弧的两个重要参数：潜供电流和恢复电压,在故障相线路上都具有一定的分布特性,所以应用分布参数计算模型对自由电弧进行探讨。先从较为简便的线路单元的等值电路出发,推导出潜供电流和恢复电压的数学模型。然后,探讨并建立了带有并联电抗器和串联补偿站的超高压输电线路的潜供电流和恢复电压的数学模型。最后分析所建立的分布式数学模型的物理意义。     

基于行程信息的断路器弹簧故障程度诊断

断路器长时间运行,分合闸弹簧产生不同程度的疲劳,在电力系统发生故障时,若无法及时开断线路、切断故障,可能产生重大事故。为了检测出高压断路器分合闸弹簧的故障类型,量化断路器弹簧故障程度,判定断路器能否继续使用,文中分析了断路器行程信号蕴含的机械振动信号,提出一种行程信号的处理方法,将行程信号进行处理得到速度、波动分布标准方差,形成特征向量P=[v,σ],运用串行决策支持向量机(support vector machine,SVM)可对弹簧故障进行分类,并定义以弹簧变化量为自变量、分布标准方差的拟合函数,以量化表征弹簧故障程度的诊断。结果表明,该方法可以有效诊断高压断路器弹簧故障,且基于波动标准方差的拟合函数可以充分判断弹簧所处状态,对预防断路器故障具有实际意义。     

断路器的可靠性——评价停运数据

断路器对于电力系统运行特性来说是极其重要的,断路器可靠性的数据对系统设计规划是很有用的。本文评述由停运记录来估价可靠性的可能性。估计停运率是建立在一定的置信水平上,然而不可能由这些记录来确定什么基本类型的时间分布,在此选用了对应恒定停运率的指数分布。深入讨论可靠性讯息记录的两个标准,并且极力推荐进行相邻停运间的时间分布的研究。     

110kV以上GIS中断路器机械特性数据的统计和分析

GIS中断路器机械特性试验可以有效地反应GIS操动机构的动作状况,通过分析在运设备机械特性数据可以有效发现机构和控制回路可能存在的缺陷,减少故障的发生,提高GIS运行可靠性。文中通过对某地市局在运GIS中断路器部分机械特性试验数据和GIS设备中断路器机械缺陷的统计和分析,得出GIS中断路器分合闸时间和线圈电阻变化的规律及其原因,找出影响GIS中断路器机械特性的因素,提出了提高GIS可靠性的方法,为提高GIS设备运行可靠性提供了依据。     

基于K-S检验法和SVM的高压断路器分合闸线圈回路故障诊断

分合闸线圈回路作为高压断路器分合动作的主控制回路,其正常工作对于高压断路器的可靠性及电力系统的稳定性具有重要的意义。但是在断路器长期的在线运行过程中,分合闸线圈回路往往会出现不同类别的电气故障,影响断路器的正常工作。分合闸线圈回路的状态可以很好地反映在其分合闸线圈电流信号中,通过对断路器分合动作线圈电流信号的采集、处理和分析,可以有效地对分合闸回路进行状态检测。通过对分合闸线圈回路常见的电气故障进行现场试验,获取分合闸线圈电流并提取有效的电流、时间特征参量及其组成的复合特征参量,针对特定的故障类型采用K-S检验法筛选影响因子较高的特征参量作为特征向量,然后通过支持向量机对特征向量进行计算并对分合闸线圈回路进行故障识别。     

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。     

基于线圈电流的断路器操作机构仿真研究

为研究断路器操作机构电磁系统性能与分合闸线圈电流曲线的关系,结合操作机构分合闸过程中各阶段铁芯运动状态、阻力与电磁力的变化,分析了线圈电流曲线各阶段的影响因素。针对断路器操作机构故障难模拟的问题,采用磁路法建立电磁系统的等效磁路模型与电磁系统的动态数学模型,仿真研究了电磁系统参数变化与动铁芯卡涩、复位弹簧疲软故障情况对线圈电流曲线的影响。仿真结果表明,电磁系统参数变化与动铁芯卡涩、复位弹簧疲软故障将在线圈电流曲线各阶段产生相应变化,为断路器操作机构状态评估提供了重要参考。     

用于金属短接时间控制的辅助开关操动特性研究

高压断路器的金属短接时间是影响断路器开断能力的关键参量,直接影响断路器的关合和开断性能.合理控制金属短接时间对于保证断路器的开断能力以及整个电网的安全都有着重要的意义.通过分析高压断路器辅助开关的结构,提出了采用辅助开关实现的金属短接时间控制方案,建立了描述辅助开关操动特性的数学模型,并求解出延时时间为16.63ms,根据理论分析对延时控制机构进行了优化,辅助开关延时特性的仿真计算通过了实验验证.     

混合式高压直流断路器暂态分断特性及其参数影响分析

混合式高压直流断路器(DC Circuit Breaker, DCCB)的本质是分断故障电流。分断暂态过程中的电气参数是决定断路器分断性能的核心所在。在分析DCCB拓扑结构的基础上,将断路器分断暂态过程划分为三个阶段。通过建立带DCCB的直流电网故障等效电路和断路器分断各暂态阶段的系统级等效电路,来分析分断过程中断路器自身的暂态特性。将断路器自身参数与直流系统参数联合起来,分别对断路器的两次换流过程进行详细分析。建立了断路器分断电流、暂态电压和开断时间的数学模型,推导断路器分断全过程中的分断电流以及最大暂态电压的计算表达式,并分析了断路器参数对分断性能的影响情况。利用PSCAD/EMTDC软件,搭建系统级混合式DCCB仿真模型,验证了所建立的断路器暂态模型的正确性及参数选取对断路器开断性能的影响。     

双电容混合型直流断路器

在混合型直流断路器的基础上采用电流转移法,针对高压直流系统短路故障问题提出了一种双电容混合型高压直流断路器的拓扑模型.不仅能让高速机械开关在零压零流的条件下安全无弧分断,附带自充电功能,而且可以大幅度降低单电容直流断路器分断时的反向充电电压,从而缩短了拓扑运行时间.对拓扑运行中的各个临界阶段进行数学公式推导,通过仿真验...     

基于模糊理论的高压SF6断路器故障诊断模型的研究

为了快速、准确地对断路器将要发生的故障或已经发生的故障进行预报、分析和诊断,确定故障的性质、类别、原因、部位,笔者基于模糊诊断理论提出了高压SF6断路器的模糊故障诊断的数学模型,并根据统计分析了高压SF6断路器的常见故障和多发故障,确定了对高压SF6断路器的在线监测项目以及状态监测量与故障之间的对应关系,建立了高压SF6断路器的故障集、故障征兆集和模糊关系矩阵,并给出了最佳的模糊算子和故障诊断原则。实例验证表明:该算法使用方便,结论可信度高,可广泛应用于高压断路器的故障诊断中。     

中压配电网可靠性评估的级别树算法

提出中压配电网的可靠性评估级别树算法。考虑到中压配电网故障隔离、修复和切换等过程,以及开关动作特性,提出开关树、断路树2种可靠性级别树的概念和形成算法,进而将配电网等值为等效的开关树、断路树。采用动态链表模型存储可靠性级别树信息以减少冗余存储,降低存储复杂性。计及设备故障、备用切换等对负荷点可靠性的影响,基于可靠性级别...     

计及保护和断路器告警信息可信度的电网故障诊断优化模型

为提高已有电网故障诊断解析模型的容错性与求解效率,提出了计及保护和断路器动作状态告警信息可信度的电网故障诊断优化模型.首先,基于保护及断路器自检信息对告警信息的可信度进行评估.其次,以保护和断路器的告警信息与期望动作状态差异最小、期望动作状态可信度最大为优化目标,构建故障诊断多目标优化模型.进一步线性化优化模型,基于加...     

基于电流差动的直流配电网保护方案

针对直流配电网在发生短路故障时,短路电流上升迅速,直流断路器无法快速动作从而切除故障的问题,首先基于三相两电平电压源换流器构建直流配网的电源模块。分析了单端电源向无源网络供电时发生极间短路故障和单极接地短路故障的故障特征,提出了一种低电压保护和电流差动保护联合的保护方案,并且通过投切后备电源提高了供电的可靠性。最后在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真验证,结果表明在直流配网发生短路故障时,该保护能够快速可靠动作,并具有良好的选择性和灵敏性。