直流电力系统应用日益广泛,短路故障所引发的问题愈发凸显。直流短路故障电流上升速度快且缺乏自然过零点,其产生的瞬态大电流对电力设备具有极大危害,对开关的分断速度提出了更高要求。为此,提出一种基于压电执行机构的快速机械开关(PA-FMS)结构,采用混合式开关方案,实现快速直流开断。针对压电执行机构的工作特性,设计恒流驱动电路;通过电路参数优化,减小动触头的过冲和回弹。构建混合式直流断路器实验系统,测试结果表明,混合式直流断路器的故障电流转移时间约为200 μs,全开断时间<800 μs。
双断点塑壳断路器具有良好的限流能力和配电安装优势,其触头系统的平衡和稳定性能是产品结构设计的关键。针对一种结构简单、安装方便的双断点触头系统,结合力学分析和仿真计算,对系统结构进行优化设计,提出一种触头接触稳定、压力一致性和自动平衡性能良好,可实现斥开卡住功能的结构设计思路。
在高温环境中连续通电条件下,对触桥结构继电器的电接触可靠性开展实验研究,通过监测其接触电阻随通电时间的变化曲线,以及多个循环周期后的退化趋势,发现接触电阻具有逐渐增大的典型特征。进一步通过测试簧片力学性能参数,确认簧片的劲度系数降低以及触桥不平衡是接触电阻增加,并最终导致继电器接通失败的主要原因。
接触电阻是低压控制电器的关键参数。首先在梳理电接触的理论模型的基础上,提出一种考虑粗糙表面特征的接触电阻仿真分析方法。然后研究接触区域特征、接触电阻与压力载荷的依赖关系。最后,与光滑表面接触电阻计算结果对比,确认接触斑点具有随压力载荷奇异性变化的特征,这也是接触电阻非线性变化的根本原因。
欠压脱扣器作为塑壳式断路器(MCCB)的关键附件,在电源电压异常下降时能可靠分断断路器,对线路和设备起到重要保护作用。针对传统自吸式和助吸式欠压脱扣器在高温环境下存在动作可靠性不足的问题,详细阐述了自吸式欠压脱扣器的结构设计要点,并基于Ansys软件对其动态特性进行了深入仿真分析。通过仿真与试验相结合的方法对设计方案进行了有效验证。结果表明,优化后的欠压脱扣器显著提升了在高温等严苛条件下的动作可靠性,从而有效提高了MCCB的欠压保护性能。
连接器的密封性能是评估其可靠性的关键指标,而大多数连接器密封性能主要依赖橡胶件过盈配合完成设计。以氟硅橡胶标准件为基础,开展基于失效物理和质量一致性的可靠性预计方法研究。首先,研究电连接器中橡胶件的典型失效机理,建立失效物理模型;然后,利用标准件研究材料、结构、工艺参数与失效物理模型中系数之间的数学关系,建立迁移模型;最后,在典型应力下开展加速退化试验,验证所提方法的有效性。通过验证,所提模型能够准确建立不同规格的橡胶件失效物理模型,平均精度高达90%。
随着电网规模的不断扩大,设备停电管控存在的停电申请拖沓、停电计划变更频繁等问题,使得停电计划统计与分析工作变得日益烦琐复杂。首先依托i国网平台构建停电计划全过程管控平台,实现对停电计划全过程的监控管理;然后利用停电计划客户诉求波动监测技术,建立客户诉求波动预测模型,以实现客户诉求波动及原因追溯量化监测分析,提高客户服务管理水平及停电精益化服务能力;最后通过实验对预测模型校验及客户诉求监测等方面进行验证分析。结果表明,所提预测模型对停电计划精细化管理、全要素管控具有很好的效果。
针对二极管中点箝位(NPC)三电平电路损耗分布不平衡的问题,采用有源中点箝位(ANPC)三电平电路,选择不同的电流通路将器件损耗分散在不同的开关管上。通过损耗的理论计算、热仿真以及实验验证,对两种电路的器件损耗和温升展开对比分析。结果表明,ANPC电路对于平衡器件损耗,降低器件温升,有显著的作用。
随着大量非线性负荷接入电力系统,电能质量问题日益突出,传统电力变压器已无法满足现代电力系统的需求。推挽型电力电子变压器(PET)具有电压隔离、功率因数校正、网侧谐波滤除等改善电能质量的作用。通过拓扑结构推导出推挽型电力电子变压器的数学模型、传递函数和控制策略,并通过MATLAB/Simulink软件进行仿真研究。试验结果表明推挽型PET具有调节电能质量的作用。
2P DC 2 000 V框架隔离开关适用于新一代的新能源系统。针对DC 2 000 V框架隔离开关设计,在主弧触头的强制隔离上,通过增加绝缘件,将电弧集中于弧触头,提升分断能力;在触头时序可靠控制方面,依据不同电流下弧柱电压和残余电压关系,确定合适时序差,同时考虑触头磨损影响,保证电弧可靠熄灭;结合高电压动态绝缘仿真和直流弧压精控计算,精确保证产品的可靠性。经过试验验证,新的2P DC 2 000 V框架隔离开关符合新老标准要求。
变电站数字化转型是新型电力系统建设的必然趋势。从宏观角度整体阐述变电站数字化系统的建设方案。首先,在基础层,汇集现有站内在线监测数据及新增传感器采集数据,建立数据资源池;在传输层,搭建融合宽、窄带及定位信息的统一数据传输网络,同时对所有数据进行规则化治理,构建设备与遥信、遥测、遥脉、告警信息的关联关系,以供上层应用调取;在应用层,针对站内运维、检修业务,建立智能化运维和精益化检修平台,促进日常运检业务的人工替代。然后,针对站内重点设备搭建智能诊断平台,实现对设备状态的诊断和故障分析,进而实现对设备全寿命周期的管理。最后,在管控层,打通向上信息汇集和向下现场管控的通路,提高对作业现场的管控能力。最终建成一套实用、有效的变电站数字化系统,为今后变电站的数字化转型建设提供有益借鉴。
热双金属片作为小型直流断路器热脱扣器的核心零件,其动作特性决定着小型直流断路器热过载动作的稳定性。为了解小型直流断路器热双金属片的动作特性,以10 A和16 A小型直流断路器用热脱扣器为研究对象,提出一种针对热双金属片温升、挠度和热推力的测量方法,并将实测值与理论计算值进行对比,实测值略低于理论计算值,两者挠度误差率在6.70%以内,热推力误差率在8.60%以内。同时,基于10 A和16 A试验温升实测值,计算10 A和16 A小型直流断路器用热脱扣器的综合散热系数KT分别为9 W/(m2·K)和13 W/(m2·K)。KT的准确测量为小型直流断路器理论计算提供了关键参数。
通过分析单端反激同步整流电路中倒灌电流形成原因,提出一种他驱式同步整流驱动电路设计方案。经过理论计算和仿真分析,验证所提方案的可行性。搭建1台输出5 V/12 A的二次电源模块样机,经试验实测,结果表明样机可以实现对倒灌电流的定量控制。
基于国产电磁仿真平台Simdroid,开发了一款用于计算接触器动态特性的软件。软件计算过程包含3个部分:有限元静磁场计算、电流计算和运动计算。有限元静磁场计算由Simdroid实现;在电流计算中,根据静磁场结果输入主电路参数,计算每个时刻的电流;在运动计算中,通过铁心受力确定每个时刻的位置,更新铁心位置,再进行有限元静磁场计算,依次迭代直到截止。实验表明,动铁心在实验与仿真下的位移和电流曲线吻合较好,所提软件可作为分析接触器动态特性的一种有效数值计算工具。
针对工业园区复杂能源系统存在的能源利用率低及风电浪费严重等问题,提出一种考虑电气双向耦合的风光氢储综合能源系统运行优化方法。首先,建立考虑电气双向耦合的工业园区综合能源系统模型;其次,以系统总成本、运行能效、碳排放等为目标建立多目标函数,同时考虑设备、联络线、功率平衡等约束;最后,运用Pareto前沿将多目标问题转化为单目标问题,并采用动态差分进化算法分别对工业园区3种运行模式进行计算分析。仿真结果表明,所提方法有效促进了工业园区风电消纳,提高了园区综合能源利用效率,提升了系统运行环保性和灵活性,降低了系统运行总成本。
能否可靠地分断临界电流是衡量低压断路器性能的一个重要指标。由于2P DC 2 000 V万能式断路器在64 A的临界电流下燃弧时间超过1 s,无法通过试验,所以对影响临界电流试验的各个因素进行试验分析。结果发现,产气材料PA的产气效果最佳且去游离效果好;动静触头间的开距从45 mm增加到60 mm可拉长电弧,起到拉断小电流的直流电弧和提高弧压的效果,同时将窄缝的宽度调整为10 mm时,可以使产品通过临界电流试验。在此基础上进一步修改,最终使产品达到其他性能指标要求。
我国550 kV开关的额定短路开断电流亟需从63 kA提高至80 kA,且自能式断路器在大容量开断方面具有较大优势。通过构建考虑多阀片连续运动的磁流体动力学模型,对一款550 kV自能式断路器在63 kA和80 kA短路电流下的电弧开断过程展开仿真分析,获取单向阀、回气阀和泄压阀的受力运动特性。研究表明,不同短路电流作用下各阀片受力特性相似。短路电流越大,单向阀关闭时刻越早,运动速度越快且峰值达25.5 m/s,同时膨胀室内冷热气体混合更充分;回气阀在燃弧阶段相对右侧壁面保持静止;泄压阀在燃弧3.90 ms后于初始位置右侧作往复运动,最远位置可达339.54 mm。
基于大量工程经验,大功率转换接触器常闭触头的可靠性低于常开触头,且常闭触头粘接是导致大功率转换接触器失效的重要原因。以大功率转换接触器为研究实例,根据试验问题开展故障树分析。首先确定触头材料抗熔焊性能欠佳和电磁吸力不足是导致大功率转换接触器触头粘接失效的主要原因;然后通过更换触头材料和优化加工方法,提高触头的抗熔焊性能,同时优化电磁系统设计,减小磁间隙,增大电磁吸力。最后,对采取优化方案的样品进行寿命等试验验证。试验结果证明了优化方案的有效性,解决了大功率转换接触器常闭触头粘接问题。
