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混合式直流断路器状态感知技术与智慧框架体系探讨

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电网技术 2024年第7期48卷 3033-3042,I0102-I0105页

作者：程显余亚东葛国伟张钰峥万其森郑州大学电气与信息工程学院郑州市河南省450001 河南省输配电装备与电气绝缘工程技术研究中心郑州市河南省450001 平顶山学院电气与机械工程学院平顶山市河南省467000

直流断路器是柔性直流输电工程中故障清除和隔离的关键设备,当前的热点集中在新型拓扑结构、直流开断特性和新型电力电子器件等功能方面的研究,对其全状态的智能感知和状态评估方面研究较少。该文以混合式直流断路器为研究对象,全面梳... 详细信息

直流断路器是柔性直流输电工程中故障清除和隔离的关键设备,当前的热点集中在新型拓扑结构、直流开断特性和新型电力电子器件等功能方面的研究,对其全状态的智能感知和状态评估方面研究较少。该文以混合式直流断路器为研究对象,全面梳理了需要重点监测的状态量,归纳了混合式直流断路器中快速机械开关、压接式绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)、避雷器、快速机构动作电容和隔离供能单元等关键组件状态量的感知方法。基于现有研究,提出了智慧型直流断路器的框架体系。分析了所提框架体系中智能感知层、信息通信层、数据融合层和智能应用层的实现思路,为实现直流断路器的智能化和模块化提供一定参考依据。

关键词：混合式直流断路器全状态感知智慧型直流断路器智能化

铜蒸气对密封直流接触器氢-氮混合气体电弧特性的影响

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高电压技术 2024年

作者：程显张钰峥葛国伟秦聪陈鸿源郑州大学电气工程学院河南省输配电装备与电气绝缘工程技术研究中心

密封直流接触器开断过程电弧烧蚀触头产生的铜蒸气对氢-氮混合气体电弧特性及开断性能具有重要作用。本文依据平衡态等离子体理论计算出铜蒸气不同占比的氢-氮混合气体的各项物性参数，引入铜蒸气影响，建立了基于磁流体动力学理论的氢... 详细信息

密封直流接触器开断过程电弧烧蚀触头产生的铜蒸气对氢-氮混合气体电弧特性及开断性能具有重要作用。本文依据平衡态等离子体理论计算出铜蒸气不同占比的氢-氮混合气体的各项物性参数，引入铜蒸气影响，建立了基于磁流体动力学理论的氢-氮混合气体电弧模型，系统研究了铜蒸气在混合气体中占比、分布规律对燃弧特性、电弧发展演变特性等的影响规律。基于可拆卸腔体开展了实验验证，750V/250A密封直流接触器实验中电弧重击穿概率、熄弧时间变化等规律与理论分析结果基本吻合，验证了铜蒸气对燃弧特性的影响。研究表明：随着铜蒸气在混合气体中占比提高，燃弧过程电弧温度缓慢降低，熄弧时间逐步提高，重击穿概率增大，且铜蒸气不均匀分布比均匀分布熄弧时间有所降低。研究结果为混合气体直流燃弧特性和高可靠性密封直流接触器优化设计提供理论参考。

关键词：密封直流接触器铜蒸气氢-氮混合气体电弧燃弧特性

主屏蔽罩电位分布对真空灭弧室内部绝缘性能影响

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上海交通大学学报 2024年

作者：程显李冠军葛国伟杜帅张万隆郑州大学电气与信息工程学院

真空断路器作为一种环保型开关设备具有广泛的应用前景，在单断口和多断口真空断路器中存在真空灭弧室主屏蔽罩电位分布不均问题，且罐式结构电位分布不均更加显著。为研究主屏蔽罩电位分布对真空灭弧室内部绝缘性能的影响，本文建立真... 详细信息

真空断路器作为一种环保型开关设备具有广泛的应用前景，在单断口和多断口真空断路器中存在真空灭弧室主屏蔽罩电位分布不均问题，且罐式结构电位分布不均更加显著。为研究主屏蔽罩电位分布对真空灭弧室内部绝缘性能的影响，本文建立真空灭弧室主屏蔽罩分压模型，利用COMSOL软件计算分析，通过真空灭弧室外侧构造电容方式改变主屏蔽罩电位占断口间电位百分比，得到主屏蔽罩电位变化对内部电场影响规律。在此基础上，以10kV真空灭弧室为对象，开展了不同主屏蔽罩分压下的工频和雷电冲击耐压实验。研究表明：真空灭弧室内部电场强度随着主屏蔽罩电位的增大先减小后增加，且在主屏蔽罩分压为50%时，真空灭弧室内部最大场强最小。实验与仿真结果基本一致，在6mm触头开距下，主屏蔽罩电位为断口间电位50%时工频击穿电压提高5.4%，雷电冲击电压提高6.7%。本研究为提高真空灭弧室内部绝缘性能及向更高电压等级真空断路器的应用提供参考。

关键词：真空灭弧室主屏蔽罩电位电场仿真绝缘性能

基于两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室电场设计

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电工技术学报 2024年第17期39卷 5555-5564页

作者：葛国伟王文博程显陈辉段晓辉郑州大学电气与信息工程学院郑州450001 平高集团有限公司平顶山467001

输电等级真空灭弧室是迫切需要解决的行业级难题,为克服单断口真空灭弧室绝缘瓶颈和多断口串联结构复杂等问题,该文提出了一种基于两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室结构,该结构采用辅间隙与主间隙串联异步联动,辅间隙协助主间隙绝... 详细信息

输电等级真空灭弧室是迫切需要解决的行业级难题,为克服单断口真空灭弧室绝缘瓶颈和多断口串联结构复杂等问题,该文提出了一种基于两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室结构,该结构采用辅间隙与主间隙串联异步联动,辅间隙协助主间隙绝缘和灭弧,有望实现252kV及以上电压等级真空灭弧室的工程应用。建立了两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室电场仿真模型,分析了进出线方向、主辅间隙、屏蔽罩等对电场强度和电压分布关系的影响规律,并研究了屏蔽罩结构和环形陶瓷分压电容器等分压措施对电场提升的效果。研究表明:静端盖为出线端、动端盖为进线端时,主间隙开距为60 mm、辅助间隙开距为30 mm可以满足分压关系按照开距大小分布,最大电场强度相比于长间隙开距60 mm时降低27.3%。外部并联环形陶瓷分压电容器可以满足双向分断的要求,进线端在静端盖时外部并联环形陶瓷分压电容器灭弧室相较于未并联电容的灭弧室最大电场强度降低30%左右,初步说明了基于两间隙异步联动的一体化高压真空灭弧室结构的可行性和有效性,研究可为高电压等级真空灭弧室研制提供新思路和新方法。

关键词：两间隙真空灭弧室单断口真空断路器均压措施异步联动

“科教+产教”双融合驱动电气工程创新创业人才培养模式改革

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中文科技期刊数据库（全文版）教育科学 2024年第5期 0013-0016页

作者：葛国伟程显姚晓妹张鹤陈辉郑州大学电气与信息工程学院河南郑州450001

由于电气工程理论知识体系与创新实践应用之间缺乏桥梁联系,针对提高电气工程学科毕业生创新创业实践能力,本文提出企业与高校资源共享,打造创新实践基础,构建“产学合作,协同育人”新模式,创建开放创型新实践实验室,强化科教融合,建立... 详细信息

由于电气工程理论知识体系与创新实践应用之间缺乏桥梁联系,针对提高电气工程学科毕业生创新创业实践能力,本文提出企业与高校资源共享,打造创新实践基础,构建“产学合作,协同育人”新模式,创建开放创型新实践实验室,强化科教融合,建立行业专家资源共享库,形成多元化创新指导团队的改革内容。以适应“新工科建设”发展、提升工科教学实践环节质量、实现高校与企业双赢的原则,加强培养学生的实践动手和科技创新能力,缩短学校培养结果与市场需求之间的差距。

关键词：科教+产教融合驱动电气工程创新创业人才培养模式改革

耦合磁吹和触头运动的直流接触器电弧特性研究

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高压电器 2024年第9期60卷 212-220页

作者：武稼祥于丽琴常东旭张艺博朱博秦聪葛国伟国网河南省电力公司直流中心郑州450052 平高集团有限公司河南平顶山467001 郑州大学电气与信息工程学院郑州450001

磁吹结构和运动机构特性是影响直流接触器电弧开断性能的重要因素。文中引入灭弧室中非均匀磁场分布与动触头运动特性的耦合影响,构建了电、磁、气流、温度等多场耦合的二维电弧磁流体动力学仿真模型,分析了不同磁吹结构、反力弹簧刚度... 详细信息

磁吹结构和运动机构特性是影响直流接触器电弧开断性能的重要因素。文中引入灭弧室中非均匀磁场分布与动触头运动特性的耦合影响,构建了电、磁、气流、温度等多场耦合的二维电弧磁流体动力学仿真模型,分析了不同磁吹结构、反力弹簧刚度系数、触头超程等参数对直流电弧特性的影响。搭建了直流接触器电弧特性实验平台,开展了对比实验验证仿真结果。研究表明:提出在静触头之间增加中间永磁体的两种新型磁吹结构,较原结构燃弧时间分别缩短20.2%与14.7%,在电极下方磁吹结构增加中间永磁体的提升效果更好;反力弹簧刚度系数的最优选择为1.0 N/mm,最佳触头超程为1.5 mm,实验与仿真结果相符,为提升陶瓷密封直流接触器分断能力的优化设计提供参考依据。

关键词：直流接触器磁流体动力学磁场触头运动电弧特性

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场畸变触发开关新型触发电极的设计与实验

电工技术学报 2017年第20期32卷 34-41页

作者：程显王俊启屠昕葛国伟顾蕴洁郑州大学电气工程学院郑州450001 利物浦大学电气与电子工程系

气体触发开关是脉冲功率电路的重要组成器件。针对工程中对低抖动、长寿命气体触发开关的需求,结合三电极场畸变型触发开关,设计一种拥有较多孔隙的多环型触发极结构。对三种主电极-触发极分别为平板-多环、平板-圆盘、球冠-圆盘的开关... 详细信息

气体触发开关是脉冲功率电路的重要组成器件。针对工程中对低抖动、长寿命气体触发开关的需求,结合三电极场畸变型触发开关,设计一种拥有较多孔隙的多环型触发极结构。对三种主电极-触发极分别为平板-多环、平板-圆盘、球冠-圆盘的开关进行击穿特性实验研究,结合电场仿真对比分析实验结果。实验结果表明:在22.4k V/40ns的触发脉冲和5.0~7.5k V的工作电压下,平板-多环结构的开关时延及抖动比较稳定,开关时延基本在81.0~84.5ns之间,抖动为0.8~1.1ns。平板-多环电极结构开关时延、抖动均明显优于平板-圆盘结构,其开关时延、抖动与球冠-圆盘结构基本相同但使用寿命优于球冠-圆盘结构。

关键词：气体开关触发极结构工作寿命开关时延

真空开关高动作稳定性的永磁操动机构控制系统

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电工技术学报 2021年第21期36卷 4617-4626页

作者：程显袁晓东葛国伟朱剑鹏郑州大学电气工程学院郑州450001 河南省输配电装备与电气绝缘工程技术研究中心郑州450001

基于永磁操动机构的真空开关被广泛应用在电力系统中,以确保真空开关在不同环境下操动的精度和动作时间稳定,可以有效提高电力系统的稳定性。该文首先对10kV真空开关操动机构的分合闸动态特性进行分析计算,并建立仿真实验模型;利用径向... 详细信息

基于永磁操动机构的真空开关被广泛应用在电力系统中,以确保真空开关在不同环境下操动的精度和动作时间稳定,可以有效提高电力系统的稳定性。该文首先对10kV真空开关操动机构的分合闸动态特性进行分析计算,并建立仿真实验模型;利用径向基函数(RBF)神经网络与模糊PID自适应控制相结合的技术设计算法控制器,对机构的线圈电流与位移特性进行实时检测控制;通过仿真实验证明了该控制器在提高机构动作稳定性上的可行性。搭建实验测试平台,进行合闸对比实验,未加入算法控制器时,操动机构总体合闸时间在22.7~31.8ms;加入算法控制器后,合闸时间稳定在25.5~26.1ms。同时该算法控制器将机构合闸时间分散性由原来的±1.5ms降低为±0.3ms左右,不同环境温度下分散性依然可以保持在±0.3ms左右,证明加入该控制系统后,提高了动作时间的稳定性和有效性。

关键词：真空断路器永磁操动机构模糊径向基函数神经网络动作稳定性

真空断路器弧后阶段鞘层发展过程的探针阵列诊断方法

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中国电机工程学报 2023年第8期43卷 3227-3236页

作者：程显陈辉葛国伟陈里昂杜帅郑州大学电气工程学院河南省郑州市450001 河南省输配电装备与电气绝缘工程技术研究中心河南省郑州市450001

真空断路器开断过程中弧后残余等离子体密度演变规律是关乎其开断性能的重要特征。基于探针诊断电子饱和区域工作原理,该文提出一种真空断路器弧后阶段鞘层发展过程的探针阵列诊断方法。设计探针阵列布置方式、探针阵列控制电路、探针... 详细信息

真空断路器开断过程中弧后残余等离子体密度演变规律是关乎其开断性能的重要特征。基于探针诊断电子饱和区域工作原理,该文提出一种真空断路器弧后阶段鞘层发展过程的探针阵列诊断方法。设计探针阵列布置方式、探针阵列控制电路、探针阵列数据处理流程。基于可拆卸真空腔体和合成试验回路,搭建探针诊断实验平台,开展真空电弧弧后残余等离子体电子密度探针阵列诊断实验,得到探针阵列电流的衰减规律以及弧后电子密度的二维分布。研究表明:真空断路器弧后残余等离子体电子密度数量级范围为10^(10)~10^(11)cm^(-3),测量结果与已有文献结果偏差不超过5%,衰减时间范围为30~40μs,弧后阶段鞘层的发展规律与已有文献的诊断结果一致。结果验证了探针阵列诊断弧后阶段鞘层发展过程的有效性,为真空断路器弧后残余等离子体电子密度的测量提供一种经济、有效的诊断方法。

关键词：真空断路器探针阵列诊断真空电弧弧后残余等离子体