高速机械开关单元多场耦合仿真优化设计 被引量：15

1

作者 田阳 田宇 +3 位作者 李志兵 董恩源 刘北阳 徐晓东 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期1273-1280,共8页

我国正在建设张北±500 kV柔性直流电网示范工程,混合式高压直流断路器是其关键控制和保护设备。快速机械开关单元是混合式直流断路器的关键部件,采用电磁操动机构,机械动作过程涉及电磁场、热场和机械位移场,需要进行多场耦合仿真... 我国正在建设张北±500 kV柔性直流电网示范工程,混合式高压直流断路器是其关键控制和保护设备。快速机械开关单元是混合式直流断路器的关键部件,采用电磁操动机构,机械动作过程涉及电磁场、热场和机械位移场,需要进行多场耦合仿真优化设计。该文开展高速机械开关单元多场耦合仿真优化设计。首先,设计一种基于双线圈推金属盘驱动与双稳态弹簧保持操动机构的高速机械开关单元结构。然后,针对高速机械开关单元动作过程,提出一种能全面反映机构运动、触头碰撞和线圈温升情况的电磁场、热场和运动场多场耦合计算方法。最后,进行高速机械开关单元多场耦合仿真优化设计。初步确定高速机械开关性能提升关键因素,重点分析不同斥力线圈匝数对分闸时间、线圈允许温升及分闸反弹等关键技术指标影响,最终确定高速机械开关各项最优技术参数。仿真结果表明,该文设计高速机械开关单元能在1.8 ms内分闸到达额定绝缘开距,满足技术要求。该文的优化设计为混合式直流断路器快速机械开关优化设计提供理论指导,对于其他快速机械开关设计也有重要参考价值。 展开更多

关键词 直流断路器 高速机械开关 斥力机构 多场耦合 分闸反弹

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500 kV直流断路器快速机械开关典型故障特性及可靠性提升方法研究 被引量：3

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作者 魏争 文卫兵 +2 位作者 杨勇 张涛 陈争光 《全球能源互联网》 CSCD 2023年第1期54-63,共10页

直流断路器是构建柔性直流电网不可或缺的关键设备。快速机械开关是直流断路器中承载电流、实现快速分合闸、耐受分闸恢复电压的核心组件,其结构复杂、动作速度快、电气应力严酷、可靠性要求高,因而设计研制难度大,任一环节出现问题均... 直流断路器是构建柔性直流电网不可或缺的关键设备。快速机械开关是直流断路器中承载电流、实现快速分合闸、耐受分闸恢复电压的核心组件,其结构复杂、动作速度快、电气应力严酷、可靠性要求高,因而设计研制难度大,任一环节出现问题均会影响直流断路器乃至柔直电网的安全可靠运行。然而,目前快速机械开关由于存在设计选型不合理、工艺管控不严格、试验考核不完善等问题,导致在实际工程应用中故障率较高。针对已应用于张北柔性直流电网试验示范工程的500 kV直流断路器,分析了直流断路器研制、调试、运行过程中快速机械开关典型故障的特性及原因。在此基础上,围绕快速机械开关典型故障从设计选型、生产制造、试验考核等方面入手,有针对性地提出可靠性提升措施,为500 kV直流断路器快速机械开关设计研制和运维检修提供了指导和依据。 展开更多

关键词 直流断路器 快速机械开关 典型故障特性 可靠性提升措施

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直流快速开断技术研究进展和展望

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作者 吴益飞 吴翊 +2 位作者 庄伟斌 吴鑫 荣命哲 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期467-477,共11页

由于直流电流无自然过零点且短路电流上升率高,直流电流快速开断与系统故障切除成为制约直流电力系统发展的一大瓶颈。该综述首先介绍了直流快速开断技术要求与难点。其次,详细分析了直流快速开断过程涉及的关键技术,包括电流转移技术... 由于直流电流无自然过零点且短路电流上升率高,直流电流快速开断与系统故障切除成为制约直流电力系统发展的一大瓶颈。该综述首先介绍了直流快速开断技术要求与难点。其次,详细分析了直流快速开断过程涉及的关键技术,包括电流转移技术、固态式直流开断技术、介质恢复技术和高速机械开关技术等,综述了各种技术的当前发展现状及其应用情况,对比了不同技术方案的特点及适应性。最后,对直流快速开断技术未来发展方向进行了讨论和总结,为小型化、高性能、低成本、高可靠快速直流断路器的研发及推广应用提供了新的技术思路。 展开更多

关键词 直流电力系统 直流快速开断技术 电流转移 介质恢复 高速机械开关

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快速机械开关机械特性和结构强度研究 被引量：5

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作者 熊杰 刘彬 +1 位作者 于海波 刘国伟 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期68-75,83,共9页

电磁斥力机构是快速机械开关的核心部件,在快速合闸和分闸过程中巨大的电磁驱动力会给电磁斥力机构和整个机械传动系统带来强烈的瞬态冲击。针对该问题,文中对电磁斥力机构在合闸和分闸全过程中的机械特性和结构强度进行了研究。采用LS-... 电磁斥力机构是快速机械开关的核心部件,在快速合闸和分闸过程中巨大的电磁驱动力会给电磁斥力机构和整个机械传动系统带来强烈的瞬态冲击。针对该问题,文中对电磁斥力机构在合闸和分闸全过程中的机械特性和结构强度进行了研究。采用LS-DYNA建立快速机械开关的有限元仿真计算模型,并求解得到合闸和分闸全过程各零部件的机械运动特性和瞬态冲击强度。采用激光测距对某单断口快速机械开关进行了实验测量,得到合闸和分闸过程的时间—行程特性曲线,实验测量结果和仿真计算结果匹配良好。最后对仿真计算模型进行参数优化,从而降低合闸弹跳、分闸过冲与反弹并减少零部件内部的瞬态冲击应力。文中的仿真计算方法和所获结果能为快速开关的运动特性分析、瞬态强度校核和设计参数优化提供指导。 展开更多

关键词 电磁斥力机构 快速机械开关 机械特性 结构强度 冲击

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快速开关限流型交流母线电压保持设备研究 被引量：1

5

作者 杨兵 刘少飞 +4 位作者 方太勋 谢晔源 许元震 曹磊 徐舒 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2023年第12期48-54,共7页

传统“钢煤石化”企业电网的网架结构复杂,以电缆连接为主。当某一条联络线或者负荷发生短路故障后,由于故障清除时间较长(100ms以上),导致企业内部电网的交流母线电压长时间暂降,引发厂内变频设备、各种数字设备等跳闸,给生产运行带来... 传统“钢煤石化”企业电网的网架结构复杂,以电缆连接为主。当某一条联络线或者负荷发生短路故障后,由于故障清除时间较长(100ms以上),导致企业内部电网的交流母线电压长时间暂降,引发厂内变频设备、各种数字设备等跳闸,给生产运行带来重大隐患。文中提出一种快速开关限流型交流母线电压保持设备(HSBVP),实现对交流母线电压快速支撑,具备起效时间快,设备成本低等优势。文中首先详细分析HSBVP的工作过程和安装位置,形成设备应用场景。其次针对快速开关体积大,无法实现与常规空气柜开关柜尺寸兼容的问题,文中提出上下封闭磁路设计的紧凑型斥力机构,提高斥力机构效率,压缩机构体积;同时采用“一拖三”电磁斥力机构设计方案,有效提高三相机构的分合闸时间的一致性。另外文中搭建企业电网等效阻抗计算模型,并通过真实企业电网机电暂态模型验证,形成一套限流电抗器容量的计算方法。最后本设备通过第三方型式试验,快速开关在接到分位指令5ms内实现直流分量超过80%的31.5kA的故障电流的深度限流,快速维持上一级母线电压稳定,有效解决了企业内部电网的电压暂降问题,具备良好的推广前景。 展开更多

关键词 电压暂降 母线电压保持 快速机械开关 电磁斥力机构 快速限流

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适用于高压直流断路器的多断口串联高速机械开关同步性研究

6

作者 陈龙龙 周万迪 +3 位作者 张升 李伟 方春恩 任晓 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期148-154,共7页

多断口串联的高速机械开关作为混合式高压直流断路器的重要组成部分,其多断口间的同步性对高压直流断路器的开断性能有着重要影响。对多断口高速机械开关的拓扑结构和工作原理进行了研究,分析了操动机构的线圈参数、储能电容、环境温度... 多断口串联的高速机械开关作为混合式高压直流断路器的重要组成部分,其多断口间的同步性对高压直流断路器的开断性能有着重要影响。对多断口高速机械开关的拓扑结构和工作原理进行了研究,分析了操动机构的线圈参数、储能电容、环境温度、充电电压、控制系统等因素对同步性的影响规律,并提出了通过控制线圈内阻、储能电容值偏差和工艺等措施保证断口间的同步性。在此基础上,对张北多端柔性直流工程535 kV混合式高压直流断路器用高速机械开关的同步性进行测试,测试结果表明各断口的分散性在±0.2 ms内,为高压直流断路器的可靠开断提供了保证。 展开更多

关键词 高压直流断路器 高速机械开关 多断口 同步性

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直流断路器用快速机械开关的试验研究 被引量：3

7

作者 王卫东 邢文奇 孙珂珂 《电工电气》 2018年第9期46-51,共6页

根据张北500 kV柔性输电工程及混合式直流断路器技术要求,分析了混合式直流断路器快速机械开关应用工况设计要求,并确定试验参数。提出了满足混合式高压直流断路器要求的快速机械开关动态耐压性能及满足系统工况要求特殊电流耐受试验原... 根据张北500 kV柔性输电工程及混合式直流断路器技术要求,分析了混合式直流断路器快速机械开关应用工况设计要求,并确定试验参数。提出了满足混合式高压直流断路器要求的快速机械开关动态耐压性能及满足系统工况要求特殊电流耐受试验原理的试验方法,设计了试验回路,分析了试验方法的可行性。该试验方法及回路设计对直流断路器的设计研发具有指导性。 展开更多

关键词 混合式直流断路器 快速机械开关 动态绝缘试验 短时电流耐受试验

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双电容混合型直流断路器

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作者 张国军 许澜涛 《电源学报》 CSCD 北大核心 2021年第5期134-142,共9页

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... 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,通过仿真验证数学推导结果的正确性。分析结果表明,该拓扑模型可以实现上述各功能,具有一定的可行性。 展开更多

关键词 混合型直流断路器 高速机械开关 双电容 运行时间

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适用于直流配电网的混合式断路器研究 被引量：5

9

作者 姚宁 李德召 +4 位作者 杜道忠 王智勇 王文杰 张广泰 方太勋 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期184-190,共7页

随着分布式电源的快速发展及直流负荷的迅猛增长,交流配电网不能满足未来电网的发展,直流配电网以其控制灵活、稳定性高、电能质量好等优势成为未来发展趋势。直流断路器作为关键保护设备,对配电网的可靠运行有着重要意义。文中提出一... 随着分布式电源的快速发展及直流负荷的迅猛增长,交流配电网不能满足未来电网的发展,直流配电网以其控制灵活、稳定性高、电能质量好等优势成为未来发展趋势。直流断路器作为关键保护设备,对配电网的可靠运行有着重要意义。文中提出一种配电网用的混合式直流断路器方案,直流断路器分3条支路:主通流支路由快速机械开关和IEGT阀组串联组成、转移支路由压接式IEGT阀组组成、能量吸收由每一级IEGT并联的避雷器组成。从仿真设计到样机试制进行阐述,并且样机完成10 kV电压等级下关断15 kA故障电流试验,结果表明,提出的直流断路器方案可满足在直流配电网的应用。 展开更多

关键词 直流配电网 混合式直流断路器 IEGT阀组 快速机械开关

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基于多物理场耦合的高速机械开关可靠性研究

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作者 周万迪 张升 +3 位作者 李伟 方春恩 刘远 张彪 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期974-985,共12页

为了研究高速机械开关核心部件在分闸过程中受形变、应力和疲劳的影响,采用数学建模和多物理场耦合仿真分析方法,以Workbench为平台实现基于电磁场、力学场、瞬态结构场以及疲劳寿命的操动机构分闸过程分析。首先,利用建模软件建立高速... 为了研究高速机械开关核心部件在分闸过程中受形变、应力和疲劳的影响,采用数学建模和多物理场耦合仿真分析方法,以Workbench为平台实现基于电磁场、力学场、瞬态结构场以及疲劳寿命的操动机构分闸过程分析。首先,利用建模软件建立高速机械开关分闸模型;其次,通过多物理场仿真核心部件的应力与形变分布;最后,分析高速机械开关在不同材质、结构和放电电流条件下,对斥力盘、驱动杆、连轴器的疲劳寿命和机构稳定性的影响。仿真结果表明:采用材料为航空铝7075-T6并倒角的斥力盘形变较小;适当的斥力盘厚度与驱动杆直径可有效减少应力和形变;采用40Cr的连轴器疲劳寿命最长;减小斥力峰值能有效减小形变应力与延长疲劳寿命,对延长斥力作用时间效果不明显。该文对于高速机械开关在单一电磁场无法有效反映分闸过程中核心部件形变应力、疲劳的问题,提供了更为全面的技术支撑。 展开更多

关键词 高速机械开关 WORKBENCH 多场耦合仿真 疲劳 驱动杆 连轴器 斥力盘

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基于声学特征信号识别的高速机械开关故障检测方法研究 被引量：1

11

作者 田阳 郭媛媛 +2 位作者 李亚美 邵明鑫 徐党国 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期186-195,共10页

世界首次研制的500kV高压直流断路器已投入运行,高速机械开关是直流断路器重要部件,对高速机械开关运行过程中机械状态准确评估,是确保直流断路器全寿命周期内长时无故障运行的关键。文中结合张北柔直工程运维需求,分析了高速机械开关... 世界首次研制的500kV高压直流断路器已投入运行,高速机械开关是直流断路器重要部件,对高速机械开关运行过程中机械状态准确评估,是确保直流断路器全寿命周期内长时无故障运行的关键。文中结合张北柔直工程运维需求,分析了高速机械开关单元结构特点及工作原理,并结合运行经验,确定主驱动轴松动和储能电容不足两种典型故障类型。提出了声学信号采集关键技术指标,开发设计了声学信号采集和分析系统,开展高速机械开关声学信号采集和快速分闸特性关联测试试验,基本确定声学信号适用性。在声学传感器的15个预置位置分别采集高速机械开关单元正常状态分闸、主驱动轴松动和储能电容容量不足典型故障下分闸时的声学样本数据集,利用构建的EMD-GRU高速机械开关单元故障识别算法模型,对声学信号样本数据集进行训练和验证,获得传感器不同布置位置的准确率。对两种典型故障的声学信号进行了经验模态分解,分析出了两种典型故障声学特征信号窄时域时间点和峰值组数的关联差异。结果表明,文中提出的基于声学特征信号识别的高速机械开关故障检测方法可相对准确区分正常分闸、故障(主驱动轴松动、储能电容量不足)分闸状态下声学信号,识别准确率可达到93.3%,为后续工程化应用打下坚实基础。 展开更多

关键词 直流断路器 高速机械开关 声学信号 样本数据 故障识别

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