轨道交通直流断路器灭弧室优化设计

为缩短直流断路器灭弧时间,增强灭弧性能,选用能够增加灭弧能力的纯铁材料和镀锌工艺,采用V形对称双列布置金属栅片,增加导弧板和电弧与栅片的接触数量,优化灭弧室结构;并选取灭弧栅的3个栅片倾斜角度,运用Fluent模块进行燃弧阶段灭弧室气流场仿真,通过设置不同入口流速分布分析灭弧室内气流场分布情况,确定45°为最优的灭弧栅片倾斜角度,完成轨道交通用直流断路器灭弧室的优化设计。仿真结果表明,优化后的直流断路器灭弧室,可使电弧更加快速充分地与灭弧栅片接触,缩短燃弧时间,提高分断性能,改善灭弧效果。     

电子操动可靠性分析及其在新型直流断路器中应用

针对断路器的操动机构及其可靠性问题,提出了一种电子操动机构,它是典型的智能化操作系统．对其进行了操动精度分析、操动可靠性设计等;同时提出了一种新型结构的直流断路器,它采用单一操动机构来实现电流转移原理．应用电子操动结台新型直流断路器进行实验表明,基于电子操动的新型直流断路器能够成功地分断故障电流．     

应用于直流电网的直流断路器参数选取研究

混合式高压直流断路器所能承受的电流水平不仅反映了整个网络向故障点的馈能情况,同时也是其内部各开关器件承受能力的外在体现。直流电网的稳态潮流分布及故障时的电流变化情况则是高压直流断路器载流支路及主断路器支路参数选取的重要依据。本文以直流电网潮流分布为基础,考虑了直流电网可能存在的多种运行方式,分析了高压直流断路器承受的稳态电流水平,进而为其载流支路参数选取提供参考。同时,在基于半桥子模块结构的换流器故障机理分析的基础上,进一步研究了直流电网线路发生故障时的网络电流、换流器出口电流及换流器桥臂电流的变化情况,为高压直流断路器所需开断故障电流水平提供理论依据,并为高压直流断路器的主断路器支路参数及限流电感参数整定及其与换流站闭锁保护相互配合提供一定的参考。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建的四端环网模型上验证了所提方法的正确性。     

配电网单相接地期间电压互感器直流偏磁机理及抑制措施分析

为解决单相接地期间中性点不接地配电网电压互感器直流偏磁,导致励磁电流畸变过电流,谐波、振动、损耗和发热增加等,造成电压互感器故障、一次侧熔断器频繁熔断和危害配电系统的问题。通过瞬时对称分量法求解了故障期间电压互感器励磁电流表达式,分析了电压互感器直流偏磁的产生机理,提出了一种考虑灭弧的直流偏磁抑制措施,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了中性点不接地配电网,针对单相接地引起电压互感器直流偏磁的影响因素及抑制措施的有效性进行仿真。结果表明,铁心饱和、故障相角是影响电压互感器直流偏磁的重要因素,所提措施能够有效抑制直流偏磁过电流的发生。     

利用开断模型分析引弧板对低压断路器电弧运动的影响

为了描述电弧在跑弧道上运动的动态过程,得出引弧板对低压断路器灭弧性能的影响规律,提出了一种基于开断模型的描述电弧在跑弧道(含引弧板)上运动全过程的分析方法。首先建立了一种基于多场耦合的对低压断路器开断过程进行仿真的方法,该方法通过对多体动力学仿真软件ADAMS进行二次开发,实现了开断过程中电路、电弧、气吹、电动斥力、复杂机械运动等多场域的相互耦合;然后以某带引弧板的低压断路器为分析对象,利用所提出的仿真方法,对电弧从起燃、运动、转移到熄灭的全过程进行了计算仿真,分析了不同引弧板形状对低压断路器开断性能的影响,并通过实验验证。计算与实验结果表明,钩状引弧板的弧形轮廓在迎着电弧运动方向上具有更大的接触面积,且弧角朝栅片方向弯曲符合电弧的整体运动趋势,有利于电弧在弧根转移后进一步进入灭弧栅片,从而减少触头的烧蚀和提升电弧进入栅片的效果。     

具有限流功能的改进型电容换流式直流断路器

高压直流断路器作为直流系统的故障隔离设备,在保障直流电网可靠稳定运行方面有着举足轻重的地位.针对目前高压直流断路器在耗能、限流和快速性等方面的缺陷,提出一种具有限流功能的改进型电容换流式直流断路器拓扑.首先,具体介绍该拓扑结构的工作原理和参数设计;其次,以320 kV直流系统为背景,通过电磁暂态仿真软件搭建断路器模型进行仿真;最后,与两种传统断路器进行比较.结果 表明,该断路器相较于其他方案,在限流方面,故障发生后迅速投入限流装置,并快速切除故障电流,降低电力电子电流应力的同时满足系统对断路器快速性的要求;在成本方面,所用电力电子器件有明显减少,具有良好的经济性;在避雷器吸能方面,电容换流单元增加电阻提前避雷器的动作时间,有效降低避雷器吸能.     

基于Comsol Multiphysics的新型高压直流继电器电弧仿真分析

传统直流电磁继电器采用电磁驱动方式，分断间距为2~3 mm，在工作负载增大时需增加线圈匝数，导致继电器质量增加、灭弧难度增大。为解决上述问题，采用微电机蜗轮蜗杆作为驱动机构、分断间距相比传统电磁继电器大数倍的新型高压直流继电器设计方案，并利用多物理场耦合软件Comsol Multiphysics，基于磁流体动力学（MHD）理论建立了直流继电器的二维电弧仿真模型。考虑到分断间距、电流、磁场强度以及分断速度等条件对电弧的影响，分析了不同上述条件下电弧的运动特性，得到了适定参数下较为合理的间距、工作电流、磁场强度和分断速度，为新型高压直流继电器灭弧系统的结构设计提供参考。     

220kV 线路断路器SF6泄漏引起220kV失灵保护动作的事故分析

SF6气体在断路器中主要起到绝缘、灭弧的作用,而且SF6必须在一定的密度下才能满足断路器的绝缘、灭弧的需要,当出现SF6气体泄漏时,为防止灭弧能力不足的断路器切断负荷或故障电流,会启动断路器的分闸闭锁继电器,使其串联在分闸回路上的辅助触点断开,从而达到闭锁断路器分闸的目的。然而当断路器的分闸闭锁信号出现时,线路保护范围内的故障无法通过线路断路器正常切除,从而使220kV失灵保护动作,引起故障的停电范围扩大。本文通过分析220kV线路断路器SF6泄漏引致220kV失灵保护动作的原理分析,针对事故的各种信号、现象进行分析,最终发现事故的原因并对故障进行处理。     

船用直流空气断路器电子式过电流保护

针对船用直流空气断路器短路分断和过电流保护问题,选择船用ZDS直流空气断路器作为基型,对其电子式过电流保护装置的设计进行了研究,完成了电流检测、控制单元及直流变换器的设计.通过过电流保护的分断,对所研制的样机进行了试验验证.结果表明,所研究电子式过电流保护装置的精度、调节范围与可靠性较之传统船用过电流断路器均有较大提高,为船用直流空气断路器走向电子化、模块化,以及断路器的工程设计奠定了基础.     

直流等值工频电流对距离保护Ⅱ段的影响及应对措施

交流系统故障时,直流系统馈入的直流等值工频电流影响距离保护Ⅱ段的动作特性.分析直流系统的控制特性,发现直流等值工频电流随交流系统故障严重程度的增加而降低.在分析直流等值工频电流对测量阻抗影响的基础上,进而分析直流等值工频电流对距离保护Ⅱ段保护范围的影响.提出基于实时直流等值工频电流与保护处工频电流比值的自适应距离保护措施.仿真结果表明:该文理论分析具有准确性,所提措施具有有效性.     

SF6断路器介质强度恢复过程的数值分析

以流注理论为基础，提出了灭弧室内电场，气流场计算的理论模型和数值计算方法，对ＳＦ６断路器开断小容性电流时的介质强度恢复过程进行了研究。通过对断路器灭弧室内电场和气流场的计算分析，获得了气流中达到击穿临界值时的静态和动态击穿电压特性。并受场强Ｅ、压力Ｐ的影响而移动。     

基于地震响应谱分析的±500 kV混合式直流断路器改进设计

混合式直流断路器这类高耸结构极易在地震作用下产生较大的结构内力,导致其结构破坏并引发直流电网不能正常运行等事故.为了满足混合式直流断路器的9级地震烈度的紧凑模块化结构设计与抗震特性分析,以±500 kV混合式直流断路器为分析对象,通过Solidworks建立三维实体模型,导入有限元分析软件ANSYS Workbench进行模态仿真分析,得到了混合式直流断路器的前8阶非零固有频率,然后进行模拟在9级地震烈度的地震作用下的响应谱分析,得到了混合式直流断路器的等效应力和方向位移云图.结果表明:混合式高压直流断路器的动力学特性较为复杂,模态振型具有多样性.在9级地震烈度的地震激励下,混合式直流断路器满足抗震强度要求.     

补偿线路分布电容电流的柔性直流配电网电流差动保护方法

针对系统接线方式和线路分布电容影响导致柔性直流配电网故障辨识困难的问题,在对传统电流差动保护在柔性直流配电网中的适用性分析基础上,利用线路贝瑞隆模型推得故障点电流与直流线路两端差电流之间的关系.进一步地,提出具有线路分布电容电流补偿的新型电流差动保护方案,解决对称单极接线方式下故障特征微弱、分布电容电流影响大带来的故障辨识难题.最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,建立柔性直流配电网模型,通过仿真分析验证所提出的电流差动保护方案的可行性和适用性.     

双向buck-boost直流变换装置仿真

针对某大功率双向buck-boost直流变换装置进行了设计和仿真研究,确定了装置的主电路拓扑结构,根据设计需要计算选择了主元器件参数,搭建了基于电流模式闭环控制的双向直流变换装置的仿真模型.引入工程设计法设计了该装置的电流调节器和电压调节器.该方法简化了闭环系统的设计,满足工程设计指标的需要.基于所搭建的仿真模型对双向直流变换装置的输出特性进行了仿真,仿真结果符合设计要求,设计方法合理有效.     

气体绝缘363 kV快速真空断路器电场分析

具有快速开断能力的真空断路器能够在极短时间内开断短路电流,有利于减小短路电流对电网设备的冲击,但目前单断口的真空断路器难以直接应用于高电压等级电网。提出了一种全新的SF6气体绝缘的363kV真空断路器,采用40.5kV真空灭弧室的串并联结构,采用基于涡流驱动原理的操动机构实现短路电流的快速开断。对于高电压等级真空断路器,需要重点研究断路器内部的电场分布问题。基于总体设计结构的对称性对断路器单个单元和端部单元进行了简化,然后建立了对应的断路器三维多重介质有限元计算模型,分析了导电杆、灭弧室、接线端子等关键部件的电场强度。计算结果表明:电场严重集中于上下接线端子、转接法兰的圆角处。雷电冲击电压下,接线端子圆角和转接法兰圆角最大值分别为28.5kV/mm和22.9kV/mm,导电杆的表面最大电场为13.4kV/mm,真空灭弧室内外及其他部件均处于控制范围内。对接线端子的圆角半径进行了优化设计,确定其圆角半径为12mm,为样机的生产提供了参考。     

基于双稳态永磁操作机构的智能低压真空断路器设计

分析了低压真空断路器的双稳态永磁操动机构的基础上微处理器为控制单元,研究了断路器电流三段保护的工作原理。以全波傅里叶算法为测量算法滤除复杂环境下的高次谐波干扰及恒定直流分量,得到的基波幅值与微处理器的设定值比较后发出指令控制晶闸管基极触发信号利用晶闸管来控制分合闸线圈中电流的通断。样机测试了三段电流保护性能并利用仿真工具MATLAB对测试数据进行了分析。实验表明,配电系统发生故障时,所设计的控制器能够在误差允许范围内对断路器实现有效分合闸从而提高了断路器控制的可靠性增强了配电系统的稳定性。     

断路器控制回路

一、断路器控制方式 断路器是电力系统中最重要的开关设备,在正常运行时断路器可以接通和切断电气设备的正常工作电流,在系统发生故障时则能可靠地切断短路电流. 断路器一般由动触头、静触头、灭弧装置、操动机构及绝缘支架等构成.为实现断路器的自动控制,在操动机构中还有与断路器的传动轴联动的辅助触头.断路器的控制方式有多种,分述如下:     

一种混合双端直流输电线路的纵联保护新原理

为保证混合双端高压直流输电系统安全运行,分析了混合双端直流输电线路两端电流相似度.通过故障分析发现,区内故障时线路两端电流无明显线性关系,区外故障时线路两端电流呈线性关系.根据该差异,提出了一种基于相关系数的混合直流输电线路纵联保护方法.利用PSCAD搭建混合双端型高压直流输电线路仿真模型,输出直流输电线路区内和区外故障结果,并利用MATLAB对故障数据进行处理,进行了算法仿真.仿真结果验证了所提保护方法的正确性,该方法在实际应用中数据无需严格同步,能够快速可靠地实现故障判别,具有较强的实用性.     

罐式SF_6高压断路器灭弧室电场分布的有限元分析

用有限元法对日本日立公司的ＯＦＰＴＢ－５５０型罐式断路器灭弧室内的电场分布进行数值计算,分析计算了灭弧室内动、静触头在分合过程中不同位置的静态电场,找到了最大场强的位置,得到了不同开距状态下灭弧室内的电场分布和沿触头表面的电场强度分布的情况,对断路器灭弧室内的绝缘强度进行了评估．     

基于电流变化率的多级直流配电馈线保护研究

线路保护技术不完善是目前制约直流配电网发展的重要因素之一。本文提出了一种可用于具有多级馈线的直流配电系统线路保护方案及其整定方法。利用不同故障位置下,直流电容放电电流变化率不同构成了保护判据,并且在时序上将直流故障的发展过程分为了三个阶段,根据每一阶段的等效电路及故障电流的计算结果对保护进行整定。在RT-LAB实验平台上对该线路保护方案做了一系列性能测试。仿真结果表明,所提出的保护方案能够与换流器保护形成配合,分辨故障是否发生在本级线路,保证直流断路器的动作具有选择性,有效地保护直流配电线路。