摘要：针对高压脉冲放电破岩电弧等离子体通道长度难以预测的问题,构建了高压脉冲放电破岩综合试验平台,测量了花岗岩-自来水组合介质下电弧等离子体通道发展特性及典型电流、电压参数,提取了不同电极间距和脉冲放电次数下岩石表面形成的破碎区域。基于能量平衡方程建立了岩石中电弧等离子体通道的阻抗模型,采用迭代优化算法获取阻抗模型参数的近似最优解,模型计算结果与试验结果的相对误差小于7%。基于优化参数,利用实测电流电压数据预测了等离子体通道的长度。模型预测的等离子体通道长度与实测值的绝对误差均处于毫米量级,且两者的相对误差小于10%,为高压脉冲放电破岩系统电源-电极负载的匹配设计提供了理论支撑。

摘要：对驱动线圈结构进行设计,通过仿真分析驱动线圈内部电磁应力、端部结构与优化、金属导线材料弹塑性、导线线径优化及驱动线圈电动力.以12 mH电感为例,对不同线径的线圈内部电磁应力(压强)进行仿真分析,得出其压强与径向距离的关系.分析了不同线径的趋肤效应,综合诸多因素得出12 mH电感采取线径Φ4 mm导线绕制比较合适.仿真结果表明:线圈最里层受电磁力最大,设计线圈时要加强内壁绝缘强度,内壁厚度比其他层绝缘厚度要厚.试验验证该电感通过了脉冲幅值5 kA、脉宽10 ms的通流考核,方案可行.

摘要：针对高功率脉冲电源集成系统连续放电的需求,研制了一种用于该系统的重频水冷电感。水冷电感在系统中既调节电源的电流波形,又能起到隔离作用。该重频水冷电感耐压高、通流大、充电间隔周期6 s,可连续工作10次放电。针对连续放电的需求,通过去离子循环水对重频电感进行降温。现以单模块能量334 kJ、电感量30μH、通流100 kA为例进行设计分析,建立重频水冷电感温度场仿真模型,通过ANSYS仿真软件对该电感内部温度瞬态特性进行分析。结果表明:水冷电感通过去离子水冷却效果好,电感每次工作后温度最高达到47℃,在下一个工作点到来之前电感温度又恢复到41℃;同时该电感在没有加循环水的情况下通过了112 kA的电动力考核。试验结果与理论分析吻合较好,重频水冷电感运行稳定,从而验证了理论分析和设计的正确性。

摘要：国际热核聚变实验堆(ITER)计划是我国参与规模最大的国际科技合作项目,目标是验证大型托卡马克装置实现聚变能的可行性。等离子体大破裂是ITER安全运行面临的最大威胁,会对装置造成严重的损坏,因此缓解破裂危害是ITER亟待解决的关键问题。目前缓解破裂危害的基本策略是主动注入大量粒子,但现有的破裂缓解系统尚不能完全满足ITER的需求。该文通过分析现有破裂缓解系统的特点,介绍J-TEXT托卡马克上新一代用于破裂缓解的电磁弹丸注入系统(EMI),该系统使用电磁力发射弹丸,可有效提高弹丸的注入速度并缩短响应时间,克服了其他系统的局限性。电枢是EMI的核心部件,在发射中起决定性作用,通过介绍尾翼接触型电枢的结构及功能,说明这类电枢运用于EMI时在减速阶段存在枢轨电接触性能不足、运动稳定性不够高等局限性,由此根据EMI减速阶段对电枢性能产生的特殊需求,设计了一款具有X型结构的新型固体电枢。仿真结果表明,电枢的电磁、机械性能满足发射要求,电接触特性良好。在发射性能试验中,电枢完成了加速至520m/s后主动减速至0m/s;电枢-弹丸分离性能试验中实现了电枢、弹丸的稳定分离,弹丸的飞行速度为358m/s,且该速度能随着加速能量的增加进一步提高。EMI为托卡马克等离子体破裂缓解贡献了一种高效注入杂质的先进方案,该文提出的X型电枢具有良好的发射性能,为EMI提供了一种优良的新型固体电枢结构及设计方法。

摘要：直流断路器作为直流输电系统的核心装备,有必要设计一种具备重合闸功能、成本较低、能快速切断故障电流和避雷器吸能较低的直流断路器。该文提出了一种基于电容换相混合式直流断路器(hybrid DC circuit breaker based on capacitor commutation,CC-HDCCB),CC-HDCCB拓扑能有效降低直流断路器的导通损耗;主支路机械开关在零电流零电压下分断,显著降低了机械开关的分断压力;利用电容换相模块的对称性,仅采用2组晶闸管实现双向故障电流分断和重合闸功能,具有分断速度快、可靠性高、对器件要求低、避雷器吸能小的优点。该文对CC-HDCCB的工作原理进行研究分析,并提出通用的CC-HDCCB参数设计流程,最后利用PSCAD/EMTD软件进行仿真验证。仿真结果表明:CC-HDCCB拓扑各器件电压电流相对较低,与相关断路器对比,CC-HDCCB拓扑的分断压力和避雷器吸能压力小,验证了该文所提结构的合理性和经济性。

摘要：随着电力系统的不断发展,短路电流逐渐增大,基于高耦合分裂电抗器的并联开断及限流技术是近年来兴起的一种解决短路电流超标问题的新途径。高耦合分裂电抗器作为核心部件,其内部的匝间及臂间过电压情况是绝缘设计的关键。本文简要介绍了高耦合分裂电抗器的结构特点,以线匝为单元建立了电抗器每个线匝的端部电压电流方程组,结合外部施加的电压情况对方程组进行求解,最后得到了电抗器内部线匝的电位及臂间电压分布情况。计算结果表明,双臂通流工况下,匝间电压分布没有明显的规律,包封端部的臂间过电压最大,中部过电压最小;单臂限流工况下,匝间电压分布更均匀,端部的匝间过电压最大,匝数差异较大的相邻包封臂间电压分布较均匀,电压峰值很小,匝数差异较小的相邻包封中部的臂间电压较高。

摘要：电磁斥力机构以其极高的驱动速度良好满足高压直流断路器对机械开关及其操动装置的快速性要求,同时其巨大的驱动力对传动系统带来强烈的机械冲击。针对上述问题,该文基于ANSYS Workbench平台对斥力机构结构强度问题开展研究。首先,建立耦合电路、磁场和结构力场的斥力机构数值计算模型,仿真结果表明销钉、连杆和斥力盘均存在应力振荡现象,其中斥力盘倒角和销钉是结构强度的薄弱环节;然后,基于仿真模型,发现增大斥力盘厚度、倒角半径、圆台及连杆半径等参数可提高系统刚度和振动频率,降低斥力盘的振动幅值,减小各部件应力振荡周期及峰值;最后,在40.5k V机械开关中开展了结构参数优化前后的运动特性对比试验,优化后的传动系统及斥力盘的振动周期与幅值更小,动作延迟显著降低,验证了结构参数对振动特性的影响规律。所获得的数值计算方法及结构参数影响规律可用于指导机构设计。

摘要：柔性直流电网因具有灵活、可靠和经济性好等特点,得到越来越多的重视和发展,而直流断路器是保证柔性直流电网稳定运行的关键设备之一。针对传统机械式及混合式直流断路器应用于高电压领域时存在的可靠性和经济性问题,提出一种耦合型机械式高压直流断路器拓扑结构,详细分析其工作原理及优势,并给出各元件参数的选择依据。基于160kV南澳柔性直流输电系统需求,研制了160kV高压直流断路器样机,完成包括双向开断试验在内的型式试验,并挂网运行。针对500kV直流输电系统需求,完成500kV耦合型机械式高压直流断路器拓扑完善与参数设计,并基于PSCAD仿真软件完成了针对张北工程的各主要工况仿真校核。

摘要：强脉冲功率电源工作于电-磁-热-力多物理场耦合的复杂环境,重复频率输出脉冲电流时引发的器件热失效已成为电源的主要故障,同时热效应引发的器件温升会导致电源的重复输出精度下降。针对该问题,提出了一种强脉冲功率电源热管理技术,并介绍了热管理系统的组成与设计方法。重点研究了电源重复频率运行时脉冲开关组件、脉冲电感等高功率器件的热累积计算方法,根据应用需求设计了一套每分钟连续输出10次的脉冲电源热管理系统,满足电源可靠运行与电源输出精度的需求。

摘要：柔性直流输电工程用电容器是柔直工程的关键组成部分,为柔直系统提供直流电压支撑,决定了直流侧的电压波动范围。本文介绍了模块化多电平换流器中子模块电容和两电平换流器中直流侧电容的电容参数设计方法及影响因素,对比分析发现两者电容值的选取存在等效关系。