高可靠性与长使用寿命是高压直流接触器的发展方向。通过高压直流接触器电寿命试验分析吸合时间、释放时间、燃弧时间等特征参数的退化趋势,进而结合接触器的退化与失效机理,以释放时间为特征变量,建立基于函数拟合和自回归的寿命预测数学模型。对比结果表明,基于自回归的寿命预测模型预测精度最高。
低压断路器的寿命预测有利于保障电力系统的安全稳定运行。当前低压断路器寿命预测方法依赖于触头质量、振动等数据的测量和分析,而数据的获取成本过高且处理过程复杂。为此,提出一种基于燃弧能量估计的低压断路器寿命预测方法。首先,采集时间信号和电信号,计算单次燃弧时间和单次燃弧能量映射数据集,并分析两者的相关性;其次,建立拟合函数估计累计燃弧能量,构建剩余电寿命预测模型;最后,利用某塑壳断路器(MCCB)寿命试验数据进行验证。结果表明,所提模型可取得较为理想的寿命预测准确度,为低压断路器的寿命预测提供理论与实践依据。
针对直流故障电弧在不同工况下识别准确率不高的问题,提出基于灰狼优化算法的最小二乘支持向量机(GWO-LSSVM)对多负载工况下的直流电弧进行故障诊断。首先,应用改进的自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN),对参考高铁站混合负载得到的不同工况下直流电弧电流信号进行本征模态函数(IMF)分解。其次,进行筛选得到相关分量,结合多尺度排列熵(MPE)构造特征向量。最后,针对诊断模型的收敛速度较慢及模型倾向于陷入局部最优解的问题,应用GWO算法优化的LSSVM模型进行故障状态的识别。实验结果表明,准确率达到98.33%。通过与其他算法对比,证实所提方法的高效性。
在开关柜运行过程中,绝缘缺陷可能导致局部放电现象的发生,如果不能及时发现并采取处理措施,就会进一步造成绝缘击穿故障。为了有效诊断局部放电类型,提出一种基于D-S证据理论的多传感信息融合技术,结合反向传播(BP)神经网络进行局部放电类型识别的方案。实验表明,经过多传感信息融合后放电类型识别准确率较单传感器模式平均提高约13%,整体识别准确率达到96.08%,验证所提算法的有效性及合理性。
为研究SF6/N2混合气体的电弧特性,建立了一套直流小电流开断平台,通过高速摄像机和可视化样机拍摄不同SF6气体含量、不同工况下SF6/N2混合气体的电弧燃烧过程。研究表明,随着充气压力的升高和SF6气体含量的升高,电弧半径减小,弧柱中心亮度增强;随着开断速度的减小和电流的增大,电弧半径增大,电弧亮度整体增强。燃弧时间和电弧电压临界值与混合气体中的SF6气体含量呈负相关关系,而与充气压力呈正相关关系。电弧图像的辅助分析方法,有助于理解SF6/N2混合气体的灭弧机理,推动SF6/N2混合气体在开关设备中的应用。
分合闸速度及合闸弹跳时间等是反映真空断路器电气性能的关键参数,若不符合要求,将导致触头磨损严重、触头烧蚀、降低灭弧室使用寿命。介绍磁控真空断路器的结构及工作原理,通过一系列理论计算详细分析影响其机械特性的因素,并采用因素分析法进行相关试验测试,最终得出机械特性参数随分闸簧力、触头压力、磁保持力的变化趋势,为实际生产过程中设计、安装磁控真空断路器提供参考依据。
双线圈结构航空接触器的吸合过程是影响其响应时间和寿命的关键。基于COMSOL Multiphysics有限元软件,提出双线圈结构航空接触器吸合过程的仿真分析方法,实现线圈电流、动铁心和动触桥位移、电磁吸力和弹簧反力等参数随时间变化过程的计算。通过比对实测的线圈电流波形证明所提方法的可行性。
电磁脱扣器作为中压直流断路器的核心部件,其性能影响了直流断路器的短路分断能力。仿真计算一种电磁脱扣器的静态电磁吸力特性和动态运动特性,并确定电磁脱扣器的设计参数,最后进行试验验证。试验结果表明,电磁脱扣器脱扣时间与仿真结果较吻合,达到设计目标,所用方法可用于直流断路器的电磁脱扣器设计和优化。
为验证SF6/N2混合气体应用于隔离开关的灭弧可靠性,针对252 kV隔离开关开断母线转移电流过程,建立电弧磁流体动力学(MHD)模型,仿真研究SF6气体和SF6/N2混合气体在不同气体配比、不同开断速度下的燃弧过程。同时建立弧后电击穿评估模型,通过计算电流过零后100 μs内的临界击穿电压,定量研究SF6/N2混合气体的浓度、隔离开关的开断速度对灭弧性能的影响规律。研究结果表明,28%SF6+70%N2混合气体具有较好的燃弧性能与弧后击穿特性,可以实现对SF6气体的替代。开断速度的提升能够进一步提升混合气体恢复强度,但对隔离开关操动机构提出更高要求。
气体绝缘开关柜要求绝对密封,因此合理设计气体绝缘开关柜内部的电器元件,使电场分布更加均匀,达到更加可靠的绝缘性能,保证气体绝缘开关柜在配电系统中安全运行。以环保气体绝缘开关柜的绝缘支架为研究对象,基于Ansys软件建立环保气体绝缘开关柜三维电场有限元计算模型,对环保柜绝缘支架结构优化前后电场分布进行有限元分析,为实际产品的设计和开发提供参考。
为满足轨道交通、新能源等领域的中低压直流开关电器的检测需求,研制了大容量直流短路试验平台。其交流侧供电采用10 kV电网电源和短路冲击发电机双回路方案,最大短路容量达3 200 MVA,最大试验能力达2 kV/350 kA及6 kV/120 kA;平台采用12脉波整流技术,直流输出信号的纹波系数<1.5%。对短时耐受电流150 kA且耐受时间200 ms的某直流断路器进行短时耐受电流试验;对额定电压1 500 V、额定短路开断电流250 kA的某直流熔断器,以及最大故障条件下短路电流135/95 kA的轨道交通用直流断路器,分别进行短路分断能力试验。结果表明,试验平台能够提供满足产品需求和标准要求的试验电流、纹波系数和时间常数。
根据GB/T 4473—2018《高压交流断路器的合成试验》中关于共箱式断路器的试验要求,结合中国电力科学研究院高压开关试验站试验设备、控制测量设备、试验场地等具体情况,决定采用适合本试验室的所有相电流引入的三相合成试验线路。针对三相共箱式断路器进行的短路电流开断试验T100s(b),分析计算中性点非有效接地条件下首开及后开瞬态恢复电压值,利用仿真模型对回路各参数进行仿真验证,仿真结果满足标准要求。
