继电器应用十分广泛,研究其可靠性具有重要的意义。继电器的贮存可靠性评估和寿命预测是继电器可靠性研究的重要内容。简述了继电器在长期贮存情况下的失效机理,分析了各种环境应力对继电器贮存可靠性的影响和失效机理。介绍了目前应用的几种继电器可靠性评估的方法:遗传神经网络模型、Bayes法等,并对这些可靠性评估方法进行了分析描述;概述了加速退化试验方法和灰色理论模型在继电器寿命预测领域的应用,分析了各方法的优缺点。最后,对于高可靠性的继电器产品如何进行加速退化试验和寿命预测领域的研究进行了展望。
真空断路器的预击穿过程对选相关合电容器组的精确性有显著影响。针对杯状纵磁触头和卍字形横磁触头真空断路器,主要研究其容性预击穿时间及其分散性对选相关合电容器组的影响。通过实验测量了杯状纵磁触头和卍字形横磁触头真空断路器关合5 kA涌流时的预击穿时间,并计算其分散性。通过40.5 kV三相投切背靠背电容器组仿真回路,计算两种相控关合方式的涌流幅值。相较于杯状纵磁触头,卍字形横磁触头真空断路器有更小的预击穿时间及其分散性。相较于以真空灭弧室触头闭合时间为基准的选相方式,以预击穿时间为基准的选相方式更有利于抑制涌流。
通过触点材料电性能模拟实验系统,完成了银氧化锡触点在感性负载条件下的电寿命实验,分析了燃弧时间、触点压力、接触电阻等敏感参数的退化趋势。通过分析熔焊失效前触点电压和触点电流波形,确认了触点熔焊失效的过程和机理。所得的结论对继电器电寿命的提高以及所用触点材料的优化具有参考价值。
搭建了小型断路器电寿命试验装置,对试验样品开展了电寿命试验。利用试验过程中采集的电弧电压和电弧电流信号,提取反映小型断路器电寿命退化过程的特征量,并以提取的特征量为输入参数,利用BP神经网络构建了小型断路器电寿命评估模型。研究结果表明,提取的相对合闸时间和跌落时间能够显著反映小型断路器电寿命劣化过程;经过试验数据测试,利用趋势特征量构建的电寿命评估模型具有较好的评估效果。
电磁式带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCBO)的抗电磁干扰能力较强,但在实际产品生产过程中,施加瞬时高倍电流校验产品瞬时特性时,存在产品漏电特性同时动作的情况,导致无法判断产品瞬时特性是否合格,对产品生产造成一定的影响。通过仿真分析找出了导致产品失效的机理,提出了磁环设计的改进建议。
针对双断点塑壳断路器在闭合过程中,动、静触头受到高强度冲击载荷或交变载荷产生触头振动时,使得动触头在接触碰撞瞬间产生弹跳的问题,提出了一种断路器触头机构。通过试验验证,新的断路器触头机构将极限短路分断能力从100 kA提高到150 kA,大大减小燃弧时间及通断时间,有效改善触头弹跳问题。
针对10 kV直流配电网工程中直流断路器的控制,提出了一种半控型、模块化设计、高稳定性、低成本的直流断路器控制器方案。首先依据电流转移型直流断路器控制原理搭建控制回路,详细分析了直流断路器控制器的工作原理和实现方案。其次设计以PLC为核心控制模块,将直流断路器的控制分为4个不同的控制子模块,通过就地光电转换和光纤实现PLC快速检测和控制直流断路器。最后,搭建试验平台验证,并经型式试验进一步验证分析,试验结果均表明以PLC作为电流转移型直流断路器控制的核心响应时间、全电流清除时间均能够满足要求。
对自动转换开关的灭弧系统进行了优化,解决了接通分断问题,提升了产品的接通分断能力。基于250 A规格自动转换开关灭弧系统结构功能和试验结果进行分析,在灭弧系统中增加了引弧结构,并减小触头与栅片间距,形成改进方案。最后,通过接通与分断能力试验验证了改进方案的有效性。
针对预付费电能表用断路器控制器的设计,提出电机驱动阶段模型的理念。通过对电源设计、驱动设计及与负载匹配设计的分析,在功能指标满足要求的前提下,实现了可靠性的提升。电源采用内置通断控制型DC/DC,功率参数重点考虑断路器闭合和断开的峰值功率;驱动采用体积、成本更具优势的H桥芯片,内置的刹车功能提供精准定位的需求。通过国家标准、企业标准的测试及实际应用,所设计的产品功能、可靠性均可得到满足,并从根本上解决了低温产品动作不稳定的问题。
基于电流互感器工作原理的分析,提出提高互感器测量精度的关键因素是降低互感器铁心的激磁电流。通过对互感器铁心结构形式、二次侧线圈匝数的理论分析、仿真计算和试验测试,验证了理论分析与仿真设计方法的有效性。
小型断路器一般通过磁脱扣来进行短路保护,优化电磁吸力对小型断路器的设计具有至关重要的作用。利用Creo软件建立了磁脱扣器模型,并设计了4种不同结构的动铁心模型以及5种不同结构的轭铁模型,利用有限元软件Ansys对原始模型和优化模型进行了仿真分析,得到了不同结构、不同电流、不同工作间隙时动铁心的电磁吸力和归一加速度。分析结果显示,当动铁心削减体积不大时或者缩短轭铁长度和增大轭铁厚度时,有助于脱扣动作准确快速地执行。最后,对3种断路器进行了瞬时脱扣实验,实验结果和仿真结果相吻合,验证了仿真结果的正确性。
操作机构缓冲装置可有效吸收万能式断路器合闸过程中零件多余的能量,从而提升万能式断路器寿命和可靠性。描述了万能式断路器操作机构工作原理、失效现象以及所涉及的缓冲装置的工作原理。通过UG建立三维模型并导入动力学仿真软件ADAMS中,建立仿真模型,设置运动关系以及运动过程中的参数,着重对比分析了加缓冲装置前后各易损零件的受力情况和操作机构的动作特性,并通过高速相机拍摄操作机构的动作过程以及万能式断路器的机械寿命试验,验证了仿真分析结果的正确性和缓冲装置的有效性,为万能式断路器机械寿命参数的提升提供了参考和依据。
环网柜内的熔断器长时间运行在大电流环境下,易造成熔断器局部温度升高,严重时会破坏熔体隔离筒绝缘,导致环网柜烧毁。为降低熔断器故障,利用有限元软件建立了6/12 kV熔断器三维仿真模型,并对其进行不同工况下温度场仿真计算。结果表明熔断器外壁温度在中间位置最高,沿轴向对称逐渐降低,且外壁温差基本不受环境温度的影响;熔断器处于低载、稳定、过载熔断阶段时,外壁温差分别为小于9 ℃、9~11 ℃、24~42 ℃。因此在实际中可利用熔断器外壁温差来判断其运行状态,对提高熔断器运行可靠性具有现实意义。
电网发生短路瞬间,短路电流可能迅速上升至上百千安,利用超导带材的零电阻特性,设计的超导限流器可以迅速切断故障电流,以保护其他元器件。由于超导带材在通流后不可避免地受到电磁力作用,故有必要对其进行电磁力仿真分析,研究其磁场、电磁力的分布特点。超导带材盘的径向力最外侧线圈受力最强,且为扩张力,最内侧线圈受力最小,方向与超导带材盘数量相关;中间盘的轴向力受力最小,两侧盘线圈轴向力大小一致、方向相反,且两侧盘最外侧线圈的轴向力最大。能够为超导带材盘的结构设计、疲劳分析等提供参考。
采用不同生产工艺制备了系列高牌号AgSnO2、AgCdO触头材料,对比分析了高牌号新工艺制备Ag/SnO2与多种工艺(内氧化和预氧化)制备Ag/CdO材料的物理性能及其微观组织,开展了不同电流等级的交流接触器上电寿命服役循环寿命、接触温升等性能评价,并探究了其电寿命失效微观机制。实验结果表明,在低电流等级32 A和高电流等级95 A接触器应用测试中,高牌号Ag/SnO2(15)电接触材料相比于传统高牌号AgCdO材料,电寿命服役循环寿命次数较高,寿命较长。
