快速真空断路器若干关键技术及其应用研究

发布时间：2020-06-04 12:39

【摘要】：断路器是电力系统中最重要的保护和控制设备,随着电力工业的持续发展,电力系统对断路器的动作速度提出了更高的要求。基于电磁斥力机构的快速真空断路器,在故障限流、直流开断、电压暂降抑制等领域有着广阔的应用前景。本文在分析真空开关负载特性及操动机构出力特性的基础上,设计了基于永磁机构合闸、电磁斥力机构分闸的永磁斥力机构(Permanent Magnet Electromagnetic Repulsion Mechanism,PMERM),建立了基于PMERM的快速真空断路器模型,并分别对分合闸过程进行了运动学和动力学分析。利用有限元分析软件Ansys Maxwell建立了电磁斥力机构的仿真模型,引入多目标优化理论对电磁斥力机构进行优化设计,以电磁斥力机构3ms位移最大和整体效率最高为优化目标,在计及结构参数改变对机构运动部分质量影响的情况下,采用单一变量法对电磁斥力机构进行优化设计。通过仿真研究了电磁斥力机构自身参数、外电路参数、负载特性对其动态特性的影响,并对比了线圈-金属盘型电磁斥力机构与双线圈型电磁斥力机构动态特性的差异。建立了非直动式快速真空断路器模型,在对其进行运动学和动力学分析的基础上,研究了传动比对其动态特性的影响,推导出了最优传动比的计算公式。在只考虑分闸性能的情况下,给出了选择非直动式还是直动式传动方式的判断依据。利用Ansys Simplorer软件建立了非直动式快速真空断路器的仿真模型,仿真分析了传动比变化对分闸动态特性的影响,搭建了非直动式快速真空断路器试验平台,通过试验验证了理论推导和仿真分析的正确性。针对基于PMERM的快速真空断路器的分闸反弹问题,首次提出了一种在分闸过程中短接合闸线圈的分闸缓冲方法,利用Ansys Simplorer软件建立了分闸缓冲仿真模型,对缓冲特性进行仿真分析。最后通过样机试验验证了该缓冲方法的有效性。该方法不需要在操动机构及开关本体附加新的零件或装置,为分闸缓冲提供了一种新的解决方案。设计了基于PMERM的脉冲关合开关,在Ansys Simplorer中建立了脉冲关合开关的仿真模型,对脉冲关合动态过程进行仿真分析。制作了 27.5kV脉冲关合开关样机并进行了机械和电气性能测试,试验结果表明在脉冲关合过程中,动静触头闭合时间小于6ms,能够满足脉冲关合技术需求。以脉冲关合开关为核心,构建了基于脉冲关合技术和行波测距技术相结合的新型接触网故障定位系统,并通过了现场试验。
【图文】：

真空灭弧室、绝缘支撑、操动机构及其传动系统、基座五个基本部分组成［１（）１［１１］［１２１。逡逑只是由于使用了快速操动机构，使其比传统开关具有更快的动作速度。快速真空断逡逑路器基本组成示意图如图１．１所示。逡逑１逦开断装置逡逑ＩＩ邋＾邋１Ｓ—绝缘支撑逡逑Ｗ逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑ｊ逦逦传动机构逡逑１＞－ＣＩＩ［＾＾１逦■基座逡逑■一—操动机构逡逑逦双稳机构逡逑图１．１邋快速真空开关基本组成示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｐａｒｔｓ邋ｏｆ邋ｈｉｇｈ邋ｓｐｅｅｄ邋ｓｗｉｔｃｈ逡逑五个基本组成部分之间的相互关系如图１．２所示。逡逑２逡逑

真空灭弧室、绝缘支撑、操动机构及其传动系统、基座五个基本部分组成［１（）１［１１］［１２１。逡逑只是由于使用了快速操动机构，，使其比传统开关具有更快的动作速度。快速真空断逡逑路器基本组成示意图如图１．１所示。逡逑１逦开断装置逡逑ＩＩ邋＾邋１Ｓ—绝缘支撑逡逑Ｗ逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑ｊ逦逦传动机构逡逑１＞－ＣＩＩ［＾＾１逦■基座逡逑■一—操动机构逡逑逦双稳机构逡逑图１．１邋快速真空开关基本组成示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｐａｒｔｓ邋ｏｆ邋ｈｉｇｈ邋ｓｐｅｅｄ邋ｓｗｉｔｃｈ逡逑五个基本组成部分之间的相互关系如图１．２所示。逡逑２逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM561.2

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 袁召;喻新林;魏晓光;张宁;何俊佳;潘垣;;线圈型电磁斥力机构综合优化[J];高电压技术;2015年12期

2 方帅;袁召;魏晓光;高冲;张升;张宁;喻新林;何俊佳;;聚氨酯缓冲材料的出力特性研究与聚氨酯缓冲器设计[J];高压电器;2015年11期

3 龙玺;李泽文;黄龙;黄惠之;彭翰川;;一种铁道接触网故障行波提取及定位方法[J];电力学报;2015年02期

4 刘彬;吕玮;石亲民;黄德祥;冯亚东;刘国伟;;直流20kV快速负荷开关设计及应用[J];电工电气;2014年09期

5 刘红星;柳庆东;;基于快速斥力开关的新型故障限流器设计与仿真研究[J];电工电气;2014年02期

6 贺开华;;电磁斥力机构数学建模[J];船电技术;2013年12期

7 吕锦柏;王毅;常广;肖建涛;谢将剑;;优化的永磁真空断路器合闸控制方法[J];高电压技术;2013年11期

8 武瑾;庄劲武;王晨;江壮贤;;电磁斥力机构数学模型的简化与求解[J];中国电机工程学报;2013年24期

9 沈玉琴;倪俊芳;;基于蒙特卡罗算法的智能电网脉冲重合研究[J];电工电气;2013年05期

10 吕锦柏;王毅;谢将剑;刘焱;;基于线圈电流的永磁真空断路器控制方法[J];高电压技术;2013年04期

相关博士学位论文 前6条

1 谢久明;126kV高压真空断路器的机械特性及同步控制研究[D];燕山大学;2016年

2 吕锦柏;基于永磁机构动态特性的真空断路器控制策略研究[D];北京交通大学;2014年

3 郑占锋;基于换流技术的快速直流真空开关理论与应用研究[D];大连理工大学;2013年

4 唐宗华;面向高压电网的经济型故障限流器的关键技术研究[D];山东大学;2013年

5 娄杰;新型电磁机构的拓扑设计与优化方法研究[D];山东大学;2009年

6 董恩源;基于电子操动的快速直流断路器的研究[D];大连理工大学;2004年

相关硕士学位论文 前10条

1 喻新林;考虑反力特性配合的电磁斥力机构驱动力设计研究[D];华中科技大学;2016年

2 杨倩文;基于新型高速斥力机构的高压真空断路器研究[D];北京交通大学;2015年

3 陈宇硕;10kV高速组合式开关设计与优化分析[D];大连理工大学;2014年

4 沈玉琴;脉冲重合器永磁机构的研制[D];苏州大学;2014年

5 宁少飞;电磁斥力操作机构电磁效率优化研究[D];华中科技大学;2014年

6 孙斌;快速电磁操动机构的优化设计与动态特性分析[D];山东大学;2013年

7 姜楠;电磁斥力机构设计方法研究[D];中国舰船研究院;2013年

8 田鹏;一种永磁保持式新型高速斥力机构的研究[D];大连理工大学;2011年

9 孟君;快速斥力机构的设计与应用研究[D];山东大学;2010年

10 徐子利;智能式自适应单相自动重合闸的应用研究[D];广东工业大学;2003年

本文编号：2696407