基于电炮原理的中压快速接地开关技术
发布时间：2021-11-22 00:04
电炮作为新型超高速发射装置,凭借优良的性能,在军工、航空航天、高压物理及高能量密度物理等研究领域取得了广泛而卓有成效的应用。中压开关柜内部电弧故障会造成设备的严重损坏并且时刻威胁着人身安全,因此,需要采取合理措施加以保护。本文针对触点电器传统操动机构的局限性及其技术发展趋势,并参照中压开关柜电弧故障保护需求,将军工电炮原理应用于解决中压开关关键技术问题,提出了基于电炮原理的新型中压快速接地开关技术,并对其结构设计、参数优化、动态特性及电弧故障快速保护能力进行深入研究,主要开展了以下研究工作:（1）阐述采用电炮操动机构的新型中压快速接地开关技术系统架构及其工作原理,研究新型电炮操动机构的选型及定型、机构反力特性的分析、电动斥力对合闸保持力的影响、永磁盘尺寸及驱动线圈参数的理论估算等。（2）利用Maxwell电磁场仿真软件建立电炮操动机构的轴对称二维有限元模型。依此,运用控制变量法详细分析了不同因素对电炮操动机构动态特性的影响。进一步地,提出了一种基于Matlab和Maxwell联合仿真计算的多结构参数优化方案,以完成行程时间最短作为目标函数,实现了电炮操动机构的设计参数综合仿真优化。（3...
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１中压快速接地开关系统组成图??单相中压快速接地开关样机包含三个主要部分：电炮操动机构、分合闸保持永磁盘机??构、固封极柱真空灭弧室
机构的电炮类别，本文在此基础上进一步选出适用于中压快速接地开关系统的最优电炮原??理结构。具体选型分析过程及选型结果在２．５节具体分析。??中压快速接地开关的励磁控制模块原理图如图２－２所示，主要包括电容充电回路和电??容放电回路，用来完成储能电容的充电和放电操作。??控制??单元???ｉ各???继电器?驱动??驱动电路?Ｉ电路??！??－????????ｊ??ｉ?ｄ?限流电阻ｎ￣［￥％￥］■?——￣｜?！??Ｍ?％－?ｉ?＼ｋ?＼??°?＾回路波?丨?八阐：??。?ＦＥｚＬＩ?ｉ＿ｕ?Ｌｉｆ?ｉ??电容充电回路ｌ?ｉ?！?ｉ电容放，回ｉ??图２－２励磁控制模块原理图??本文重心在于电炮操动机构的分析研究，因此对于电容充电回路着墨较轻，为满足串??联储能电容较高充电电压的要求，在保证实验安全的前提下，通过升压变压器升高励磁控??制模块交流输入电压至４２５Ｖ，从而保证其整流后输出约６００Ｖ左右的直流电压。本文通过??下述方式来实现储能电容的快速充电：将单相交流电压经过升压变压器升高到一定值后，??经整流及滤波，得到纹波较小的直流充电电压，经限流电阻后对储能电容进行充电，该直??流充电电压将大大缩短储能电容的充电时间。??２．?３中压快速接地开关的工作原理??开关设备内部潜在电弧故障不可避免
??推动操动机构动作，具备结构简单且快速动作的特点，从而受到广泛的青睐［４３］。图２－３为??基于涡流斥力机构的快速开关样机，图中储能电容给驱动线圈放电，并高速推动斥力盘动??作，带动动静触头快速分合闸。??響１??■??图２－３基于涡流斥力机构的快速开关样机［４４１??图２－４为ＡＢＢ公司所开发的基于微型气体发生装置的快速接地开关，配合特定结构??的灭弧室动静触头可迅速动作、可靠关合。该技术已成功应用到ＡＢＢ公司的快速接地开??关成品设备中。??（ｎ??＾＾ＳＳＳＳＳＳ＾＾Ｓｍ?ＳＳ２＾Ｅ２Ｉ５５Ｓ＾ｗｉＥ??；＾ＳＳ??■?ｒ?ｒ??图２－４?ＡＢＢ公司基于微型气体发生装置的快速接地开关??２．４．２传统操动机构及快速操动机构存在的问题??传统操动机构在速动性上还不足以满足智能电网对开关设备速动性的高要求，其较长??的分合闸动作时间所带了的分散性问题不容忽视；以涡流斥力机构为代表的快速操动机构??在满足快速动作的同时，亦存在下述需要进一步研究的问题：ａ）其行程受限。由于涡流??斥力作用范围有限，斥力盘与驱动线圈盘开距与涡流作用力成反比；ｂ）由于其结构为盘??式结构，在快速动作时，操动机构存在对中性问题，机构需要额外的对中结构来束缚其产??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYSWORKBENCH有限元法的ATSE接触系统电动力计算[J]. 王亚涛,董天亮. 智能建筑电气技术. 2015(06)
[2]涡流斥力机构及其低压控制与保护技术[J]. 缪希仁,王田. 福州大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]126kV真空断路器分离磁路式永磁操动机构[J]. 孙丽琼,王振兴,何塞楠,马立超,耿英三,刘志远. 电工技术学报. 2015(20)
[4]智能电器最新技术研究及应用发展前景[J]. 王建华,张国钢,耿英三,宋政湘. 电工技术学报. 2015(09)
[5]基于涡流斥力机构的低压交流接触器技术[J]. 王田,缪希仁,孙秦阳. 电器与能效管理技术. 2015(02)
[6]接触器短路分断特性的动力学仿真及实验研究[J]. 鲍光海,吴守龙. 电工技术学报. 2014(09)
[7]智能电网[J]. 余贻鑫,栾文鹏. 电网与清洁能源. 2009(01)
[8]开关柜内部故障电弧探测法的研究现状及趋势[J]. 蓝会立,张认成. 高电压技术. 2008(03)
[9]超高速斥力机构与永磁机构的实验性能对比分析[J]. 董恩源,李博,邹积岩. 高压电器. 2007(02)
[10]电磁动能武器简介[J]. 王京,姜琛昱,何焰蓝. 大学物理. 2005(11)
博士论文
[1]低压控制与保护电器智能化技术研究[D]. 鲍光海.福州大学 2011
硕士论文
[1]快速电磁操动机构的拓扑结构及放电回路优化研究[D]. 赵夏.山东大学 2014
[2]电磁枪械（磁阻型线圈式）的有关问题研究[D]. 朱洪强.南京理工大学 2007
[3]三级重接型电磁发射测控单元的设计与实现[D]. 柏兴林.大连理工大学 2005
本文编号：3510526
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１中压快速接地开关系统组成图??单相中压快速接地开关样机包含三个主要部分：电炮操动机构、分合闸保持永磁盘机??构、固封极柱真空灭弧室
机构的电炮类别，本文在此基础上进一步选出适用于中压快速接地开关系统的最优电炮原??理结构。具体选型分析过程及选型结果在２．５节具体分析。??中压快速接地开关的励磁控制模块原理图如图２－２所示，主要包括电容充电回路和电??容放电回路，用来完成储能电容的充电和放电操作。??控制??单元???ｉ各???继电器?驱动??驱动电路?Ｉ电路??！??－????????ｊ??ｉ?ｄ?限流电阻ｎ￣［￥％￥］■?——￣｜?！??Ｍ?％－?ｉ?＼ｋ?＼??°?＾回路波?丨?八阐：??。?ＦＥｚＬＩ?ｉ＿ｕ?Ｌｉｆ?ｉ??电容充电回路ｌ?ｉ?！?ｉ电容放，回ｉ??图２－２励磁控制模块原理图??本文重心在于电炮操动机构的分析研究，因此对于电容充电回路着墨较轻，为满足串??联储能电容较高充电电压的要求，在保证实验安全的前提下，通过升压变压器升高励磁控??制模块交流输入电压至４２５Ｖ，从而保证其整流后输出约６００Ｖ左右的直流电压。本文通过??下述方式来实现储能电容的快速充电：将单相交流电压经过升压变压器升高到一定值后，??经整流及滤波，得到纹波较小的直流充电电压，经限流电阻后对储能电容进行充电，该直??流充电电压将大大缩短储能电容的充电时间。??２．?３中压快速接地开关的工作原理??开关设备内部潜在电弧故障不可避免
??推动操动机构动作，具备结构简单且快速动作的特点，从而受到广泛的青睐［４３］。图２－３为??基于涡流斥力机构的快速开关样机，图中储能电容给驱动线圈放电，并高速推动斥力盘动??作，带动动静触头快速分合闸。??響１??■??图２－３基于涡流斥力机构的快速开关样机［４４１??图２－４为ＡＢＢ公司所开发的基于微型气体发生装置的快速接地开关，配合特定结构??的灭弧室动静触头可迅速动作、可靠关合。该技术已成功应用到ＡＢＢ公司的快速接地开??关成品设备中。??（ｎ??＾＾ＳＳＳＳＳＳ＾＾Ｓｍ?ＳＳ２＾Ｅ２Ｉ５５Ｓ＾ｗｉＥ??；＾ＳＳ??■?ｒ?ｒ??图２－４?ＡＢＢ公司基于微型气体发生装置的快速接地开关??２．４．２传统操动机构及快速操动机构存在的问题??传统操动机构在速动性上还不足以满足智能电网对开关设备速动性的高要求，其较长??的分合闸动作时间所带了的分散性问题不容忽视；以涡流斥力机构为代表的快速操动机构??在满足快速动作的同时，亦存在下述需要进一步研究的问题：ａ）其行程受限。由于涡流??斥力作用范围有限，斥力盘与驱动线圈盘开距与涡流作用力成反比；ｂ）由于其结构为盘??式结构，在快速动作时，操动机构存在对中性问题，机构需要额外的对中结构来束缚其产??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYSWORKBENCH有限元法的ATSE接触系统电动力计算[J]. 王亚涛,董天亮. 智能建筑电气技术. 2015(06)
[2]涡流斥力机构及其低压控制与保护技术[J]. 缪希仁,王田. 福州大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]126kV真空断路器分离磁路式永磁操动机构[J]. 孙丽琼,王振兴,何塞楠,马立超,耿英三,刘志远. 电工技术学报. 2015(20)
[4]智能电器最新技术研究及应用发展前景[J]. 王建华,张国钢,耿英三,宋政湘. 电工技术学报. 2015(09)
[5]基于涡流斥力机构的低压交流接触器技术[J]. 王田,缪希仁,孙秦阳. 电器与能效管理技术. 2015(02)
[6]接触器短路分断特性的动力学仿真及实验研究[J]. 鲍光海,吴守龙. 电工技术学报. 2014(09)
[7]智能电网[J]. 余贻鑫,栾文鹏. 电网与清洁能源. 2009(01)
[8]开关柜内部故障电弧探测法的研究现状及趋势[J]. 蓝会立,张认成. 高电压技术. 2008(03)
[9]超高速斥力机构与永磁机构的实验性能对比分析[J]. 董恩源,李博,邹积岩. 高压电器. 2007(02)
[10]电磁动能武器简介[J]. 王京,姜琛昱,何焰蓝. 大学物理. 2005(11)
博士论文
[1]低压控制与保护电器智能化技术研究[D]. 鲍光海.福州大学 2011
硕士论文
[1]快速电磁操动机构的拓扑结构及放电回路优化研究[D]. 赵夏.山东大学 2014
[2]电磁枪械（磁阻型线圈式）的有关问题研究[D]. 朱洪强.南京理工大学 2007
[3]三级重接型电磁发射测控单元的设计与实现[D]. 柏兴林.大连理工大学 2005
本文编号：3510526
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