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耦合电感二次限流的混合式直流断路器拓扑研究
1
作者 赵智忠 南坤宁 +1 位作者 陈海 李天 《电网技术》 北大核心 2025年第8期3443-3452,I0119,共11页
高压直流断路器是柔性直流电网中切除故障的关键设备,对系统安全、可靠、高效运行具有重要的意义。针对目前高压直流断路器限流能力弱、切除故障慢、制造成本高等问题,提出了一种耦合电感二次限流的混合式直流断路器拓扑,其利用电容的... 高压直流断路器是柔性直流电网中切除故障的关键设备,对系统安全、可靠、高效运行具有重要的意义。针对目前高压直流断路器限流能力弱、切除故障慢、制造成本高等问题,提出了一种耦合电感二次限流的混合式直流断路器拓扑,其利用电容的反向充电,使耦合电感两次投入限流,实现对故障电流的抑制,在故障切除后可完成重合闸的判定。所提断路器主要利用晶闸管进行断路器故障切除过程中各阶段的转换,且无需单独的电容充电设备,使其造价大大降低。为了验证所提断路器可行性,对其进行了工作过程的原理分析、理论推导以及元件参数的设计,基于PSCAD/EMTDC搭建了单端直流等效系统和四端柔性直流系统对断路器的开断性能完成了仿真验证,并与现有拓扑方案进行对比分析。结果表明所提断路器在限流能力、故障隔离速度、避雷器吸能、经济性方面具有一定优越性。 展开更多
关键词 柔性直流电网 混合式直流断路器 耦合电感 故障限流
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线盘和双线圈复合型电磁斥力机构运动特性分析
2
作者 赵智忠 李天 +1 位作者 陈海 刘阳 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第11期4574-4582,共9页
为了满足高压直流断路器对其操动机构快速性驱动的要求,针对40.5 kV真空断路器设计了一种具有较高分合闸速度并适用于快速开断的新型电磁斥力机构,其由线盘式和双线圈式机构串联而成。首先,运用有限元方法进行电磁场仿真模拟,通过对机... 为了满足高压直流断路器对其操动机构快速性驱动的要求,针对40.5 kV真空断路器设计了一种具有较高分合闸速度并适用于快速开断的新型电磁斥力机构,其由线盘式和双线圈式机构串联而成。首先,运用有限元方法进行电磁场仿真模拟,通过对机构的电磁斥力、位移/时间特性和速度/时间特性分析,初步验证了其可行性;然后,采用单一变量法对其运动特性进行仿真分析,得到了各参数对运动特性影响的规律,确定了优化参数;最后,为了减小快速电磁斥力机构的分闸弹跳,设计了电磁缓冲器,分析了缓冲电流投入时间和缓冲驱动电路参数对缓冲特性的影响。研究表明:新型电磁斥力机构结合了线盘式机构的快速响应和双线圈式机构的较高驱动效率的优点,其响应时间短、运动速度大、全行程时间短,满足快速开断的需求,在驱动电路电容3 500μF、电压1 200 V,缓冲电路电容3 500μF、电压1 300 V的参数条件下,设计的电磁斥力机构全行程时间仅有2.18 ms。 展开更多
关键词 直流断路器 电磁斥力机构 快速开断 运动特性 参数优化 电磁缓冲器
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双线圈和螺线管复合式电磁斥力机构运动特性分析 被引量：6
3
作者 赵智忠 刘阳 +1 位作者 陈海 关孟鑫 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1455-1465,共11页
为了满足高压直流断路器对其操动机构快速性和高电压等级的要求,针对126 kV真空断路器设计了一种适用于长行程且具有较高分合闸速度的新型电磁斥力机构,其由双线圈和螺线管式电磁斥力机构串联而成。首先,运用有限元方法进行电磁力仿真模... 为了满足高压直流断路器对其操动机构快速性和高电压等级的要求,针对126 kV真空断路器设计了一种适用于长行程且具有较高分合闸速度的新型电磁斥力机构,其由双线圈和螺线管式电磁斥力机构串联而成。首先,运用有限元方法进行电磁力仿真模拟,通过对机构的电磁斥力和位移/时间特性分析,初步验证了其可行性。然后,采用单一变量法对其运动特性进行仿真分析,得到了机构间相互配合关系和参数优化设计原则。最后,为降低分闸弹跳,设计电磁式缓冲器,分析了缓冲驱动电路参数和缓冲投入时间对缓冲特性的影响。研究表明:该电磁斥力机构具有刚分速度大,加速时间长,适用于长行程驱动的特性。在分闸电容3500μF、电压1200 V,缓冲电容3500μF、电压1800 V参数群组配合下,所设计电磁斥力机构全行程开断时间较短,仅有5.41 ms。 展开更多
关键词 电磁斥力机构 长行程 运动特性 参数优化 电磁式缓冲器
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增强型三线圈电磁斥力机构的运动特性分析 被引量：3
4
作者 赵智忠 关孟鑫 +1 位作者 陈海 刘阳 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第2期596-609,共14页
为进一步优化高压直流断路器的刚分速度和始动时间,改善电磁斥力机构(electromagnetic repulsion mechanism,ERM)的运动特性,提出了增加电磁吸力作为驱动力的增强型三线圈电磁斥力机构,采用运动学、瞬态电磁场以及电路理论进行数学模型... 为进一步优化高压直流断路器的刚分速度和始动时间,改善电磁斥力机构(electromagnetic repulsion mechanism,ERM)的运动特性,提出了增加电磁吸力作为驱动力的增强型三线圈电磁斥力机构,采用运动学、瞬态电磁场以及电路理论进行数学模型耦合分析,运用有限元分析软件建立二维模型,求解其运动特性,最后通过仿真试验进行验证。首先,分析了不同参数对其运动特性的影响,其次,分析了合闸线圈介入时刻对其运动特性的影响,最后,对比分析了增强型三线圈模型与双线圈模型的运动特性差异。结果表明:增加电容容值和电容电压可以缩短行程时间,提高刚分速度,且3个线圈中改变运动线圈驱动电路参数的优化效果最佳;适当增加线圈匝数和截面宽度可以增大电磁驱动力,缩短始动时间;从0时刻介入可以最大限度提高机构的运动速度;同参数条件下,三线圈模型可在2 ms内完成25 mm行程,对应的双线圈模型在2 ms内只能完成16 mm行程。 展开更多
关键词 直流断路器 增强型三线圈 运动特性 电磁斥力机构 刚分速度
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基于紫外光谱的三元混合绝缘油老化状态快速评价方法 被引量：8
5
作者 冯大伟 闫晓宇 +1 位作者 郝建 廖瑞金 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第9期3672-3680,共9页
绝缘油在电力设备中被广泛用作绝缘和冷却介质。在设备服役过程中,绝缘油会逐渐老化,导致绝缘强度降低、油道堵塞、散热困难等问题,给电力系统可靠运行带来潜在风险。为快速检测绝缘油的老化状态,指导电力设备的滤油或换油时机,该文通... 绝缘油在电力设备中被广泛用作绝缘和冷却介质。在设备服役过程中,绝缘油会逐渐老化,导致绝缘强度降低、油道堵塞、散热困难等问题,给电力系统可靠运行带来潜在风险。为快速检测绝缘油的老化状态,指导电力设备的滤油或换油时机,该文通过加速热老化试验,对比研究了矿物油和三元混合绝缘油性能的老化劣化规律,并提出一种快速评估绝缘油老化状态的紫外光谱检测法。试验结果表明:三元混合绝缘油具有良好的抗老化特性,击穿电压、相对介电常数等关键参数能够在整个老化过程中维持良好状态;紫外光谱特征量与酸值、界面张力、电阻率等绝缘油老化关键参数具有紧密联系,构建了紫外光谱特征量和绝缘油老化参数间的物理数学模型;通过换油老化试验对模型进行验证,表明该预测方法具有较高的准确性;基于模糊算法构建了紫外光谱快速评价绝缘油老化状态的方法,有望用于绝缘油老化状态的在线监测与评估。 展开更多
关键词 绝缘油 紫外光谱 老化状态 快速评估
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直流真空断路器弧后介质恢复特性影响因素分析 被引量：3
6
作者 刘晓明 史红菲 +4 位作者 陈海 姜文涛 周永捷 邹积岩 田俊 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期40-47,共8页
直流真空断路器采用人工过零的方式实现故障开断,是当前直流系统兼具经济性与可靠性的控保方式之一,其弧后介质恢复特性是判定故障开断成功与否的关键条件。为探究直流真空断路器电磁与机电参数耦合作用下介质恢复特性的影响因素,本文... 直流真空断路器采用人工过零的方式实现故障开断,是当前直流系统兼具经济性与可靠性的控保方式之一,其弧后介质恢复特性是判定故障开断成功与否的关键条件。为探究直流真空断路器电磁与机电参数耦合作用下介质恢复特性的影响因素,本文基于连续过渡模型、能量守恒定律和电荷守恒定律,建立了零区带电粒子数密度计算模型,研究了触头型面参数和零前电流下降率影响下的零区带电粒子数密度分布;通过搭建12 kV直流真空断路器配永磁斥力机构运动特性测试平台,实验测得机构位移–时间特性曲线,研究了短路开断电流、零前电流下降率和换流投入时刻影响下的零区极间距分布。在此基础上,基于漂移扩散方程、Maxwell–Stefan方程和泊松方程,建立了弧后鞘层发展模型,以求得电磁与机电参数影响下的电场强度最大值;并与零区金属蒸气压和短路开断电流影响下的临界击穿电场强度对比分析,进而评估不同换流投入时刻、零前电流下降率、暂态电压上升率、触头直径下的弧后介质恢复强度。此外,求得了直流真空断路器可靠开断时零前电流下降率和换流投入时刻的极限安全域,以及电磁与机电参数耦合作用下的最小安全间隙与开断电流极限,为设计满足可靠开断要求的直流真空断路器灭弧系统结构参数与换流参数群组提供解决方案。 展开更多
关键词 直流真空断路器 换流回路 电流下降率 介质恢复
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考虑公差的真空灭弧室磁场不确定性优化设计 被引量：1
7
作者 曹亮 刘晓明 +2 位作者 陈海 姜文涛 李培源 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1025-1030,共6页
以12 kV/1250 A/31.5 kA真空灭弧室为研究对象,采用考虑公差设计的区间优化方法,建立灭弧室触头结构磁场特性的不确定性优化模型。以触头片开槽长度、斜槽深度、触头片开槽偏转角、触头杯座厚度为优化变量,采用区间描述设计参数的制备... 以12 kV/1250 A/31.5 kA真空灭弧室为研究对象,采用考虑公差设计的区间优化方法,建立灭弧室触头结构磁场特性的不确定性优化模型。以触头片开槽长度、斜槽深度、触头片开槽偏转角、触头杯座厚度为优化变量,采用区间描述设计参数的制备和测量误差,引入公差指标和区间可能度模型,将该不确定性优化模型转化为确定性优化模型。采用NSGA-Ⅱ算法,以极间中心面磁感应强度最大值和设计公差指标同时达到最大为优化目标,得到Pareto前沿非支配解集,求得最优设计参数,实现了考虑公差影响的灭弧室内部磁场优化设计。 展开更多
关键词 真空灭弧室 磁场 公差 不确定性优化
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近区故障开断下真空断路器弧后鞘层发展过程仿真分析
8
作者 赵乐天 刘晓明 +2 位作者 陈海 史红菲 姜文涛 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期698-704,共7页
以真空断路器弧后鞘层发展为研究对象,引入等离子体流体力学方程,求解电子、离子密度和平均电子能量的漂移扩散方程和耦合电场的泊松方程。并对真空断路器开断1.0-20.0 km近区故障下弧后鞘层发展时间和弧后阴极电场强度进行仿真分析。... 以真空断路器弧后鞘层发展为研究对象,引入等离子体流体力学方程,求解电子、离子密度和平均电子能量的漂移扩散方程和耦合电场的泊松方程。并对真空断路器开断1.0-20.0 km近区故障下弧后鞘层发展时间和弧后阴极电场强度进行仿真分析。仿真结果表明:鞘层发展时间越短,RRRV越小,越有利于成功开断。开断短距离近区故障时,鞘层发展时间相对较长,弧后阴极电场强度大,不利于弧后介质恢复;在开断故障点距离3.0 km时,弧后阴极电场强度达到最大值;在开断故障点距离20.0 km时,弧后阴极电场强度最大值降低了70.5%,鞘层发展时间减少了34.5%,发生击穿几率减小,开断成功率增高。 展开更多
关键词 近区故障 真空断路器 等离子体 鞘层
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