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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
