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基于多物理场耦合的高速机械开关可靠性研究 被引量：2
1
作者 周万迪 张升 +3 位作者 李伟 方春恩 刘远 张彪 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期974-985,共12页
为了研究高速机械开关核心部件在分闸过程中受形变、应力和疲劳的影响,采用数学建模和多物理场耦合仿真分析方法,以Workbench为平台实现基于电磁场、力学场、瞬态结构场以及疲劳寿命的操动机构分闸过程分析。首先,利用建模软件建立高速... 为了研究高速机械开关核心部件在分闸过程中受形变、应力和疲劳的影响,采用数学建模和多物理场耦合仿真分析方法,以Workbench为平台实现基于电磁场、力学场、瞬态结构场以及疲劳寿命的操动机构分闸过程分析。首先,利用建模软件建立高速机械开关分闸模型;其次,通过多物理场仿真核心部件的应力与形变分布;最后,分析高速机械开关在不同材质、结构和放电电流条件下,对斥力盘、驱动杆、连轴器的疲劳寿命和机构稳定性的影响。仿真结果表明:采用材料为航空铝7075-T6并倒角的斥力盘形变较小;适当的斥力盘厚度与驱动杆直径可有效减少应力和形变;采用40Cr的连轴器疲劳寿命最长;减小斥力峰值能有效减小形变应力与延长疲劳寿命,对延长斥力作用时间效果不明显。该文对于高速机械开关在单一电磁场无法有效反映分闸过程中核心部件形变应力、疲劳的问题,提供了更为全面的技术支撑。 展开更多
关键词 高速机械开关 WORKBENCH 多场耦合仿真 疲劳 驱动杆 连轴器 斥力盘
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高速机械开关单元多场耦合仿真优化设计 被引量：15
2
作者 田阳 田宇 +3 位作者 李志兵 董恩源 刘北阳 徐晓东 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期1273-1280,共8页
我国正在建设张北±500 kV柔性直流电网示范工程,混合式高压直流断路器是其关键控制和保护设备。快速机械开关单元是混合式直流断路器的关键部件,采用电磁操动机构,机械动作过程涉及电磁场、热场和机械位移场,需要进行多场耦合仿真... 我国正在建设张北±500 kV柔性直流电网示范工程,混合式高压直流断路器是其关键控制和保护设备。快速机械开关单元是混合式直流断路器的关键部件,采用电磁操动机构,机械动作过程涉及电磁场、热场和机械位移场,需要进行多场耦合仿真优化设计。该文开展高速机械开关单元多场耦合仿真优化设计。首先,设计一种基于双线圈推金属盘驱动与双稳态弹簧保持操动机构的高速机械开关单元结构。然后,针对高速机械开关单元动作过程,提出一种能全面反映机构运动、触头碰撞和线圈温升情况的电磁场、热场和运动场多场耦合计算方法。最后,进行高速机械开关单元多场耦合仿真优化设计。初步确定高速机械开关性能提升关键因素,重点分析不同斥力线圈匝数对分闸时间、线圈允许温升及分闸反弹等关键技术指标影响,最终确定高速机械开关各项最优技术参数。仿真结果表明,该文设计高速机械开关单元能在1.8 ms内分闸到达额定绝缘开距,满足技术要求。该文的优化设计为混合式直流断路器快速机械开关优化设计提供理论指导,对于其他快速机械开关设计也有重要参考价值。 展开更多
关键词 直流断路器 高速机械开关 斥力机构 多场耦合 分闸反弹
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±500 kV混合式直流断路器用串联多断口高速机械开关均压影响因素 被引量：5
3
作者 全万霖 黄道春 +3 位作者 王学宗 李冠南 邱志斌 杨秋玉 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2706-2713,共8页
高压直流断路器是高压直流电网的关键设备。混合式直流断路器主支路中的高速机械开关采用多个断口串联的形式以满足速动性要求,选取合适的均压组件参数可有效保证机械开关满足静动态耐压需求。但其在实际运行中可能受到多种因素的影响,... 高压直流断路器是高压直流电网的关键设备。混合式直流断路器主支路中的高速机械开关采用多个断口串联的形式以满足速动性要求,选取合适的均压组件参数可有效保证机械开关满足静动态耐压需求。但其在实际运行中可能受到多种因素的影响,并且相关的研究成果较少。以拟用于组成张北四端柔直电网工程中±500 kV混合式直流断路器的550 kV串联六断口高速机械开关为研究对象,通过3维有限元模型计算了其电位分布特性及分布电容参数,建立等值阻容网络模型研究了单断口故障不动作、断口动作时间分散性、装设屏蔽金具等因素对均压组件参数配置的影响。研究结果表明:单断口故障不动作及动作时间分散性对均压组件参数配置影响很小;装设屏蔽金具对均压有较小的正面影响;最终需要综合各因素进行参数校核。研究结果可为实际工程中无弧分断形式的串联多断口机械开关均压设计提供参考。 展开更多
关键词 直流电网 直流断路器 高速机械开关 均压设计 均压措施
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基于声学特征信号识别的高速机械开关故障检测方法研究 被引量：5
4
作者 田阳 郭媛媛 +2 位作者 李亚美 邵明鑫 徐党国 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期186-195,共10页
世界首次研制的500kV高压直流断路器已投入运行,高速机械开关是直流断路器重要部件,对高速机械开关运行过程中机械状态准确评估,是确保直流断路器全寿命周期内长时无故障运行的关键。文中结合张北柔直工程运维需求,分析了高速机械开关... 世界首次研制的500kV高压直流断路器已投入运行,高速机械开关是直流断路器重要部件,对高速机械开关运行过程中机械状态准确评估,是确保直流断路器全寿命周期内长时无故障运行的关键。文中结合张北柔直工程运维需求,分析了高速机械开关单元结构特点及工作原理,并结合运行经验,确定主驱动轴松动和储能电容不足两种典型故障类型。提出了声学信号采集关键技术指标,开发设计了声学信号采集和分析系统,开展高速机械开关声学信号采集和快速分闸特性关联测试试验,基本确定声学信号适用性。在声学传感器的15个预置位置分别采集高速机械开关单元正常状态分闸、主驱动轴松动和储能电容容量不足典型故障下分闸时的声学样本数据集,利用构建的EMD-GRU高速机械开关单元故障识别算法模型,对声学信号样本数据集进行训练和验证,获得传感器不同布置位置的准确率。对两种典型故障的声学信号进行了经验模态分解,分析出了两种典型故障声学特征信号窄时域时间点和峰值组数的关联差异。结果表明,文中提出的基于声学特征信号识别的高速机械开关故障检测方法可相对准确区分正常分闸、故障(主驱动轴松动、储能电容量不足)分闸状态下声学信号,识别准确率可达到93.3%,为后续工程化应用打下坚实基础。 展开更多
关键词 直流断路器 高速机械开关 声学信号 样本数据 故障识别
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适用于高压直流断路器的多断口串联高速机械开关同步性研究 被引量：1
5
作者 陈龙龙 周万迪 +3 位作者 张升 李伟 方春恩 任晓 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期148-154,共7页
多断口串联的高速机械开关作为混合式高压直流断路器的重要组成部分,其多断口间的同步性对高压直流断路器的开断性能有着重要影响。对多断口高速机械开关的拓扑结构和工作原理进行了研究,分析了操动机构的线圈参数、储能电容、环境温度... 多断口串联的高速机械开关作为混合式高压直流断路器的重要组成部分,其多断口间的同步性对高压直流断路器的开断性能有着重要影响。对多断口高速机械开关的拓扑结构和工作原理进行了研究,分析了操动机构的线圈参数、储能电容、环境温度、充电电压、控制系统等因素对同步性的影响规律,并提出了通过控制线圈内阻、储能电容值偏差和工艺等措施保证断口间的同步性。在此基础上,对张北多端柔性直流工程535 kV混合式高压直流断路器用高速机械开关的同步性进行测试,测试结果表明各断口的分散性在±0.2 ms内,为高压直流断路器的可靠开断提供了保证。 展开更多
关键词 高压直流断路器 高速机械开关 多断口 同步性
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直流断路器用快速开关多场联合仿真优化方法 被引量：23
6
作者 田宇 王利 +2 位作者 田阳 李志兵 董恩源 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期55-62,共8页
高速机械开关是混合式高压直流断路器中的关键部件,多采用电磁斥力机构,整个运动过程涉及多物理场耦合,现阶段单一电磁场仿真并不能准确的反应开关的分闸反弹和和合闸弹跳等运动特性,开展了电磁场与机械系统动力学联合仿真的研究。首先... 高速机械开关是混合式高压直流断路器中的关键部件,多采用电磁斥力机构,整个运动过程涉及多物理场耦合,现阶段单一电磁场仿真并不能准确的反应开关的分闸反弹和和合闸弹跳等运动特性,开展了电磁场与机械系统动力学联合仿真的研究。首先,设计了一种基于双稳态弹簧保持机构和电磁斥力机构的高速真空机械开关;其次,提出了一种能够全面反应快速开关动态特性的电磁场与机械动力学联合仿真方法;最后,建立了高速机械开关仿真模型,仿真分析了线圈、金属盘、储能电容等参数对快速开关分/合闸运动及碰撞特性的影响并进行了优化设计。优化结果表明,所设计的高速机械开关分闸在2 ms内运动20 mm全行程。该文的优化设计方法为混合式直流断路器快速机械开关优化设计提供理论指导,对于其他快速机械开关设计也有参考价值。 展开更多
关键词 直流断路器 高速机械开关 斥力机构 ANSYS ADAMS 联合仿真 碰撞
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直流快速开断技术研究进展和展望 被引量：3
7
作者 吴益飞 吴翊 +2 位作者 庄伟斌 吴鑫 荣命哲 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期467-477,共11页
由于直流电流无自然过零点且短路电流上升率高,直流电流快速开断与系统故障切除成为制约直流电力系统发展的一大瓶颈。该综述首先介绍了直流快速开断技术要求与难点。其次,详细分析了直流快速开断过程涉及的关键技术,包括电流转移技术... 由于直流电流无自然过零点且短路电流上升率高,直流电流快速开断与系统故障切除成为制约直流电力系统发展的一大瓶颈。该综述首先介绍了直流快速开断技术要求与难点。其次,详细分析了直流快速开断过程涉及的关键技术,包括电流转移技术、固态式直流开断技术、介质恢复技术和高速机械开关技术等,综述了各种技术的当前发展现状及其应用情况,对比了不同技术方案的特点及适应性。最后,对直流快速开断技术未来发展方向进行了讨论和总结,为小型化、高性能、低成本、高可靠快速直流断路器的研发及推广应用提供了新的技术思路。 展开更多
关键词 直流电力系统 直流快速开断技术 电流转移 介质恢复 高速机械开关
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双电容混合型直流断路器
8
作者 张国军 许澜涛 《电源学报》 CSCD 北大核心 2021年第5期134-142,共9页
在混合型直流断路器的基础上采用电流转移法,针对高压直流系统短路故障问题提出了一种双电容混合型高压直流断路器的拓扑模型。不仅能让高速机械开关在零压零流的条件下安全无弧分断,附带自充电功能,而且可以大幅度降低单电容直流断路... 在混合型直流断路器的基础上采用电流转移法,针对高压直流系统短路故障问题提出了一种双电容混合型高压直流断路器的拓扑模型。不仅能让高速机械开关在零压零流的条件下安全无弧分断,附带自充电功能,而且可以大幅度降低单电容直流断路器分断时的反向充电电压,从而缩短了拓扑运行时间。对拓扑运行中的各个临界阶段进行数学公式推导,通过仿真验证数学推导结果的正确性。分析结果表明,该拓扑模型可以实现上述各功能,具有一定的可行性。 展开更多
关键词 混合型直流断路器 高速机械开关 双电容 运行时间
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