摘要：快速机械开关作为混合式直流断路器系统的关键设备,其操动机构多选用电磁斥力机构,电磁斥力机构的磁场电场相互耦合,仅通过控制变量法难以从整体上对电磁斥力机构进行优化设计。为此,提出一种多策略改进粒子群算法,并将其应用到斥力机构的参数优化中。首先,利用Ansoft Maxwell仿真分析了电磁斥力机构的线圈盘尺寸、金属盘尺寸和放电回路参数对快速机械开关动态性能的影响,确定了主要的优化设计参数;其次,针对基本粒子群的缺陷,结合重开端及反向学习策略进行改进并验证了改进后算法的优势性;最后,根据优化后的参数制造了样机并进行了动态性能测试。测试结果表明:优化后的开关的分断速度得到提高的同时减小了开关的总体积和成本,验证了优化设计的有效性。研制出的快速机械开关将投入张北±500 kV柔性直流输电工程使用。

摘要：直流断路器是构建柔性直流电网不可或缺的关键设备。快速机械开关是直流断路器中承载电流、实现快速分合闸、耐受分闸恢复电压的核心组件,其结构复杂、动作速度快、电气应力严酷、可靠性要求高,因而设计研制难度大,任一环节出现问题均会影响直流断路器乃至柔直电网的安全可靠运行。然而,目前快速机械开关由于存在设计选型不合理、工艺管控不严格、试验考核不完善等问题,导致在实际工程应用中故障率较高。针对已应用于张北柔性直流电网试验示范工程的500 kV直流断路器,分析了直流断路器研制、调试、运行过程中快速机械开关典型故障的特性及原因。在此基础上,围绕快速机械开关典型故障从设计选型、生产制造、试验考核等方面入手,有针对性地提出可靠性提升措施,为500 kV直流断路器快速机械开关设计研制和运维检修提供了指导和依据。

摘要：基于线圈型电磁斥力机构的快速机械开关是混合式高压直流断路器核心设备之一,其小于2 ms的快速动作特性和可靠性对直流断路器开断性能至关重要。为改善快速机械开关的动态特性和能量转化效率,建立了线圈型电磁斥力机构的有限元模型,仿真分析了线圈、储能电容和充电电压对快速机械开关动态性能的影响,并采用粒子群优化算法对快速机械开关的线圈型电磁斥力机构进行优化设计。优化结果表明快速机械开关触头2 ms的运动位移以及能量转换效率得到提高。最后研制了舟山工程200 k V高压直流断路器用快速机械开关,对优化设计后的快速机械开关进行动态性能测试,验证了优化算法的有效性。文中提出的优化方法也为更高电压大电流等级快速机械开关提供设计指导。

摘要：电磁斥力机构是快速机械开关的核心部件,在快速合闸和分闸过程中巨大的电磁驱动力会给电磁斥力机构和整个机械传动系统带来强烈的瞬态冲击。针对该问题,文中对电磁斥力机构在合闸和分闸全过程中的机械特性和结构强度进行了研究。采用LS-DYNA建立快速机械开关的有限元仿真计算模型,并求解得到合闸和分闸全过程各零部件的机械运动特性和瞬态冲击强度。采用激光测距对某单断口快速机械开关进行了实验测量,得到合闸和分闸过程的时间—行程特性曲线,实验测量结果和仿真计算结果匹配良好。最后对仿真计算模型进行参数优化,从而降低合闸弹跳、分闸过冲与反弹并减少零部件内部的瞬态冲击应力。文中的仿真计算方法和所获结果能为快速开关的运动特性分析、瞬态强度校核和设计参数优化提供指导。

摘要：快速机械开关作为500kV混合式高压直流断路器的核心部件之一,要求在2ms内分闸,并耐受高达800 kV暂态分断电压,其2 ms内分闸耐压的速动性是混合式高压直流断路器对快速机械开关提出的核心技术要求,也考验了快速机械开关自身缓冲装置的可靠制动能力。考虑快速机械开关需满足高压直流断路器快速重合闸功能设计,传统的液压油缓冲、聚酯氨缓冲和气体缓冲均无法满足快速重合闸工况下的二次缓冲问题,文中分析了500kV混合式高压直流断路器快速机械开关的快速分合闸、重合闸等运行工况,提出了一种基于涡流感应的电磁缓冲方法,研究了电磁缓冲的数学机理,建立了电磁缓冲的有限元仿真模型,分析了缓冲电容容量、缓冲电流和缓冲力对电磁缓冲性能的影响。研制了500 kV多断口串联快速机械开关,并在张北500 kV混合式高压直流断路器进行了试验验证,验证了仿真分析的正确性。该技术对于快速机械开关的电磁缓冲系统和控制设计具有实际的工程指导意义。

摘要：基于电磁斥力机构的快速机械开关是混合式高压直流断路器的核心设备之一,其几毫秒内分闸到位的速动性对直流断路器至关重要,然而其速动性对开关的缓冲提出了更高要求。文中提出了一种适用于电磁斥力机构分闸过程的电磁缓冲方法,介绍了电磁斥力机构和电磁缓冲的基本工作原理,并建立电磁斥力机构电磁缓冲装置的有限元模型,结合其原理仿真分析了缓冲储能电容容量、初始电压和缓冲触发时间对电磁缓冲性能的影响规律。最后对舟山示范工程200 kV直流断路器用快速机械开关进行了电磁缓冲试验,验证了仿真分析的正确性。文中对电磁缓冲的设计和控制提供了一定的指导。

摘要：针对能够应用于±160 kV南澳多端柔性直流工程的混合式高压直流断路器中的关键部件——快速机械开关进行了仿真试验研究。研究了快速机械开关采用两个80 kV的SF6断口串联方案,利用Ansoft Maxwell有限元软件对断口进行了电场仿真,结果表明断口动、静触头开距为15 mm时能够满足耐受80 kV直流电压的要求;研究了采用电磁斥力机构作为断口的快速操动机构的可行性,设计了电磁斥力操动机构样机,试验论证了快速机械开关可以在3 ms左右分闸到位。

摘要：根据张北500 kV柔性输电工程及混合式直流断路器技术要求,分析了混合式直流断路器快速机械开关应用工况设计要求,并确定试验参数。提出了满足混合式高压直流断路器要求的快速机械开关动态耐压性能及满足系统工况要求特殊电流耐受试验原理的试验方法,设计了试验回路,分析了试验方法的可行性。该试验方法及回路设计对直流断路器的设计研发具有指导性。

摘要：电力系统对断路器开关分合时间的要求越来越高,目前在一些运行较为苛刻的工况下,要求分合闸时间都在毫秒级。传统的弹超机构和永磁机构断路器开关分合闸时间均较长,已无法满足日益增长的要求。因此,对基于电磁斥力原理的快速机械开关的研究也日益增多,且应用也日益广泛。目前电磁斥力型开关设计时较为重要的三个基本因素:线圈盘匝数、扁铜线截面积、电容电压,对电磁斥力的影响较为复杂。在设计电磁斥力型的快速开关时,均是根据经验来定这三个基本因素的值,再通过制作样机进行试验来验证电磁斥力值是否满足需要,存在验证时间长、费用高等缺陷。因此,提出通过正交试验来分析三个因素对电磁斥力的影响,并进行多因素多水平的优化分析和仿真,从而获得各个因素的最佳参数组合。结果表明:通过对三个因素进行正交试验,可以分析得出线圈盘匝数、扁铜线截面积、电容电压的最佳参数组合,从而得到最大的电磁斥力,减少不必要的配置,节约了样机成本并缩短了研发周期。

摘要：直流电流没有自然过零点,因此开断直流短路电流比开断交流短路电流更为困难。本文介绍一种基于磁耦合电流转移原理的中压10kV直流断路器拓扑方案,该断路器可实现对15kA直流电流的快速开断。首先,对直流断路器原理和控制逻辑进行介绍;然后,根据拓扑方案提出快速机械开关、电力电子开关、磁耦合装置等核心部件的设计思路;最后,搭建仿真模型对该方案进行仿真分析,模拟不同工况下的开断情况,仿真结果验证了该方案的有效性。