摘要：对于机械式直流真空断路器(direct current vacuum circuit break,DC VCB),需引入换流回路制造人工电流零点,以实现故障开断。以30 kV/8 kA直流断路器用换流回路为研究对象,计及换流电感、换流电容以及换流电容预充电电压的共同作用,采用快速非支配排序粒子群多目标优化算法(non-dominated particle swarm optimization,nspso),考虑弧后鞘层厚度和真空间隙击穿距离之间的竞争关系,以换流电容值和其预充电电压尽可能同时达到最小值为设计目标,对换流回路参数群组进行多目标设计,研究换流回路的拓扑设计与参数选取对换流频率、零区电流与电压变化率的作用与影响。研究表明,相较于传统粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)单目标优化仿真结果,采用此多目标设计有利于解决直流断路器开断性能与设计成本之间的矛盾关系。

摘要：永磁保持单元为斥力操动机构在分合闸位置提供足够的保持力,是维持机械开关分闸或合闸状态的重要元件,其结构参数与出力特性是开关可靠分合闸的关键因素。针对保持单元敏感部件加工公差不确定、装配一致性差、输出动态特性相互关联问题,将区间不确定性模型引入保持单元系统出力特性分析中,提出一种基于非支配排序粒子群算法的多变量多目标优化方法。首先,基于保持单元三维有限元模型,研究动铁芯与导磁环的公差不确定性对保持单元输出力的影响规律。然后,以保持单元敏感部件公差影响分析为基础,选取永磁保持单元机械参数为优化变量,计及操动机构成本与弹跳大小,同时考虑导磁环与动铁芯公差不确定性,建立考虑公差不确定性的斥力操动机构保持单元多目标优化设计模型,得到Pareto前沿非支配解集。最后,基于所优化的保持单元结构,搭建快速真空开关实验平台进行斥力操动机构分合闸实验,该系统可在15 ms内完成分合闸动作。研究表明,该优化方法保证了不同制造条件下斥力操动机构保持单元均能最大程度发挥其作用,且允许动铁芯与导磁环参数设计较低等级公差。

摘要：针对因真空断路器大电流故障开断过程中灭弧室断口场域磁感应强度弱,导致磁场对电弧等离子体有效控制力减弱的问题,将nspso多目标优化方法与磁场有限元分析相结合,以12 kV/1250 A/31.5 kA典型技术参数的中压真空断路器灭弧室纵磁触头系统为对象进行结构优化设计,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设计变量,以灭弧室断口中心截面纵磁最大值与磁场有效作用面积同时达到最大值为优化设计目标,求得Pareto前沿非支配优化解集,并筛选出磁场与电弧相互作用有效磁吹的最优化磁场结构。磁场优化设计结果表明,与初始结构相比,优化后触头结构极间中心面纵磁最大值升高了29.0%,纵磁磁场有效作用面积升高了5.7%。