实现“碳达峰、碳中和”是我国未来发展的国策之一,构建新型电力系统是实现“双碳”目标的重要支撑。在深入分析“双碳”战略及低压电器行业发展背景、面临的机遇与挑战基础上,提出行业在新时期的发展对策——构建“高度自治的配用电系统”,梳理了其中的关键技术、关键设备与系统、标准体系架构等,最终对行业下阶段的发展方向进行分析与展望。
随着电网容量的不断扩大以及智能电网的发展,对供电的可靠性、安全性提出了更高要求。低压开关电器的性能以及各开关电器之间的协调配合与电力系统的可靠性密切相关。从提高电力系统控制与保护功能可靠性需求出发,阐述低压配电网主回路中常用的电磁电器如接触器与断路器的现状、技术要求以及存在的不足,指出低压电磁电器集成技术发展的必要性;综述新型原理结构技术的国内外研究现状,总结出该技术的3种实现形式;分析集成化过程中必要的智能控制技术,包括故障辨识与运动过程最优控制技术;最后探讨了低压电磁电器集成技术趋势。
为了研究触头喷溅烧蚀对直流开断的影响,通过添加平衡方程建立了电弧-触头相互耦合模型,运用动网格技术模拟了喷溅后触头表面的形貌变化,并进行了拉弧仿真。结果表明,触头表面温度的升高促进了阴极表面的热电发射,使电流密度增大。发生喷溅后,触头间的电场强度发生畸变,不利于电弧的开断,但一定浓度金属蒸气的存在有利于电弧的熄灭。
静态吸力特性直接关系到电磁铁的运动过程和线圈功耗,是电磁铁以及电磁电器设计的核心内容。设计了螺管式电磁铁静态电磁吸力的测试装置,通过电磁铁动态电流和电磁力的实测数据,分析了两者的对应关系。最后实验研究了磁间隙和线圈电压对电磁吸力的影响。
高压断路器分合闸的振动信号富有机械故障信息,基于振动信号信息的断路器机械诊断研究具有重要的工程应用价值。为提升断路器分合闸过程中振动信号的采集效率,提出了一种基于高压断路器分合闸振动过程突变点的两阶段辨识方法。首先,通过第一阶段动态异方差检验初步判断突变发生,其次,通过第二阶段基于潜在突变时刻集的条件方差突变检验确定突变点。进而构建信号采集通道的切换机制,在不提升硬件条件的同时提高了采集效率。最后通过江苏电网的实际应用验证了文中所提出的两阶段辨识方法的有效性。
针对交流接触器中短路环断裂导致动铁心振动的问题,以减小碰撞能量对短路环影响为切入点,优化短路环的抗断裂性能。运用有限元法对短路环装配应力进行分析,进而剖析短路环的断裂机理,并通过交流接触器机械寿命测试对仿真结果进行验证。通过仿真研究短路环装配、线圈单元匝数、电磁系统反力、电磁系统动铁心结构对短路环抗断裂能力的影响,并对结果进行试验验证。结果表明,提出的优化方案减小了碰撞能量对短路环的冲击,提高了短路环的抗断裂能力,为交流接触器短路环设计优化提供指导。
首先,从直流电路模型的微分方程出发阐述直流断路器电弧熄灭原理,分析负载的时间常数对直流电弧的能量、电弧电压、燃弧时间的影响。其次,通过二维电弧模型仿真分析在不同时间常数(5 ms、10 ms)下的电弧熄灭过程以及电弧电压特性,得到时间常数对于燃弧时间、飞弧以及峰值电弧电压具有决定性影响,并通过物理实验来验证仿真结果。基于负载对直流断路器电弧特性影响的研究,对掌握如何快速熄弧,减少电弧对触头的烧蚀,提高直流断路器分断可靠性提供了一定的参考。
通过分析热双金属片残余应力产生的原因及对产品的影响,研究了高温热处理对消除热双金属片残余应力的方法,得出了残余应力与热处理循环次数存在一定的负相关关系,确立了参考测算公式。将理论公式进一步试验,验证了其具有较高的有效性。
为了提高断路器操动机构动态特性有限元仿真计算的精度,以某断路器为研究对象,在反力归算时考虑其转动式传动机构摩擦力的影响。引入接触力模型和摩擦圆对传动机构进行考虑摩擦力的受力分析,得到考虑摩擦力时归算至动铁心上的反力特性曲线。与未考虑摩擦力相比,机构动态特性的仿真结果与实际实验结果的偏差明显减小。
在中性点不接地系统中,星型接线的电磁式电压互感器一次绕组励磁电感与系统对地电容构成回路,因系统操作中过电压、过电流造成电压互感器铁磁元件饱和,引发谐振,极易导致互感器损坏。通过对实际案例的分析,结合仿真计算,对电磁式电压互感器铁心饱和引发铁磁谐振的条件以及消谐措施进行了验证,并对现有电磁式电压互感器励磁特性的试验标准提出了改进意见,为系统设备选型、故障分析等阶段提供依据。
研究了Emax 系列空气断路器电触点使用BAg15CuP钎料焊接的焊接工艺,同时与BAg40CuZnCd钎料的焊接性能进行对比。通过金相分析,得出了BAg15CuP钎料在大电流空气断路器电触点的最佳焊接工艺,开发出合适的高频感应焊接线圈,成功完成大电流空气断路器电触点高频感应钎焊的工艺改进。
电力系统断路器分合闸控制回路通常使用电磁继电器实现回路自保持。针对国产化替代测试中一例保持继电器触点粘连的问题进行分析,发现由于继电器结构设计原因导致上电后抖动次数较多、时间较长。测试表明在断路器跳合闸线圈工作电流较大的应用场景下,继电器上电抖动可能使触点产生烧蚀并产生粘连故障。在电力系统断路器分合闸回路选用保持继电器时,需考察继电器的触点弹跳时间、弹跳次数,避免应用中产生触点粘连问题。
万能式断路器的钥匙锁附件为电力系统的用电安全及节能等方面提供保障。介绍了现有万能式断路器钥匙锁的结构及工作原理,举例说明了其在供电系统中的一些运用场景。在现有钥匙锁的基础上改进设计,提出了一种新结构的双钥匙锁,能在一些电源数量较多且联锁逻辑关系较为复杂供电系统的停电检修、电力调配及防止人员误操作等方面起到重要作用。
针对外置断路器在实验室进行综合性能检测时需搭建不同的试验环境,设计一种多功能一体化的外置断路器综合性能检测装置,解决不同试验项目间的重复性接线问题。通过分析南方电网公司对于外置断路器的技术要求,采用电脑、PLC、调压器、继电器、信号采集电路等部件对检测原理相近的检测项目进行软硬件设计,完成电压、电流、时间信号变化数据采集分析和结论判定。装置可选择进行电平控制、驱动能力、泄漏电流、自动分合闸时间等多项试验项目,可有效解决不同检测项目需构建不同检测环境的问题,具有结构简单、高效可靠的特点。
