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基于结构分析的弹簧操动机构断路器多域建模及仿真分析

基于结构分析的弹簧操动机构断路器多域建模及仿真分析

作     者:赵阳 

作者单位:华北电力大学 

学位级别:硕士

导师姓名:宋玮

授予年度:2020年

学科分类:080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题:弹簧操动机构断路器 多域模型 Matlab/Simulink 触头行程特性 线圈电流特性 

摘      要:随着电力系统规模越来越庞大,结构越来越复杂,系统稳定性与安全性的要求在不断提高,高压电气设备的使用也越来越广泛。作为电力系统中最重要的保护控制设备之一,断路器是一种拥有电气性能的机械产品。近年来设备运行时间不断增长,断路器的故障时常发生且发生部位是不同的。因此,建立基于断路器结构的多域模型来进行机械电气部分的仿真分析,有利于未来进行故障部位识别与故障诊断的分析研究。在查阅相关文献的基础上,本文对弹簧操动机构断路器的基本结构及内部联系、运行原理以及常见故障类型和原因进行了详细分析,并基于常见故障特征适当选取了电气及机械方面的监测参数。基于断路器电气与机械连接关系,提出了一种基于断路器结构的多域模型并进行了仿真分析验证。本文具体研究工作如下:(1)首先介绍了弹簧操动机构断路器的结构及运行原理,详细分析了断路器常见的故障类型、产生原因以及故障易出现的位置,基于上述理论,选择触头行程特性及线圈电流曲线作为实现故障诊断的重要波形,这两种波形中存在大量的特征信息,从而选择几个能够在一定程度上反映断路器典型故障的特征量。(2)基于断路器部件之间的特殊联系及运行原理,分别建立了机械与电气模型。其中,电气部分建立了分合闸线圈模型、储能电机模型,机械部分主要建立了操作机构中传动机构、缓冲机构分析模型。接下来在MATLAB/Simulink环境中运行仿真以实现该多域模型,并获得分合闸线圈电流特性曲线、操作机构中储能电机电流曲线以及机械部分高压断路器的操作行为特性曲线,最后比较并验证仿真结果。(3)基于所建立的多域模型,通过改变模型中能反映断路器一定故障特征的电气与机械变量,如线圈电阻、控制电压、摩擦、弹簧刚度、阻尼系数等,研究这些参数变量对所得电流特性及动触头运动特性曲线不同影响,同时提取了特征量,分析在不同状态下特征量的变化情况,有利于以后进行故障诊断与部位识别的研究。在Matlab/Simulink环境下搭建模型来实现控制回路、储能电机及操作机构机械部分的仿真分析及验证,仿真结果获得了控制回路分合闸线圈电流曲线、分合闸过程动触头行程运动特性曲线,并适当选取了可以反映断路器常见异常状况的电气变量及机械变量,分析研究了各个变量对这些特性曲线的不同影响,并验证了所建模型的合理性。

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