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基于多策略粒子群算法的500 kV直流断路器用快速机械开关优化设计

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高压电器 2022年第1期58卷 79-88页

作者：方春恩唐小雨李伟张宁魏晓光陈军平西华大学电气与电子信息学院成都610039 先进输电技术国家重点实验室全球互联网能源研究院有限公司北京102209 成都旭光电子股份有限公司成都610500

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... 详细信息

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。

关键词：快速机械开关电磁斥力机构 Ansoft Maxwell 粒子群算法优化设计

500 kV直流断路器快速机械开关典型故障特性及可靠性提升方法研究

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全球能源互联网 2023年第1期6卷 54-63页

作者：魏争文卫兵杨勇张涛陈争光国网经济技术研究院有限公司北京市昌平区102209 国家电网有限公司北京市西城区100031

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... 详细信息

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。

关键词：直流断路器快速机械开关典型故障特性可靠性提升措施

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快速机械开关线圈型电磁斥力机构优化设计

电网技术 2018年第8期42卷 2512-2518页

作者：张宁魏晓光高冲陈龙龙高阳先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院有限公司) 北京市昌平区102209 直流电网技术与仿真北京市重点实验室(全球能源互联网研究院有限公司) 北京市昌平区102209

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... 详细信息

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。

关键词：快速机械开关电磁斥力机构粒子群优化算法高压直流断路器

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快速机械开关机械特性和结构强度研究

高压电器 2021年第7期57卷 68-75,83页

作者：熊杰刘彬于海波刘国伟南京南瑞继保电气有限公司南京210094

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-... 详细信息

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。

关键词：电磁斥力机构快速机械开关机械特性结构强度冲击

基于快速机械开关的10kV电容器组选相关合方案

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高电压技术 2019年第2期45卷 533-540页

作者：周晓炯颜湘莲刘北阳徐晓东汪佛池刘宏宇国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司苏州215000 中国电力科学研究院有限公司北京100192 华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071000

为了减小随机关合电容器组引起的合闸涌流,并弥补选相关合采用的常规断路器动作较慢的不足,提出了基于快速机械开关的10kV电容器组选相关合方案,分析了变电站典型配置电容器组在不同连接方式下的选相控制策略,根据GB/T 30846—2014要求,... 详细信息

为了减小随机关合电容器组引起的合闸涌流,并弥补选相关合采用的常规断路器动作较慢的不足,提出了基于快速机械开关的10kV电容器组选相关合方案,分析了变电站典型配置电容器组在不同连接方式下的选相控制策略,根据GB/T 30846—2014要求,对12kV快速机械开关开展了预击穿特性试验,获得了开关触头间隙的预击穿特性曲线,得到了绝缘强度下降率(RDDS)为9.04k V/ms;测量了快速机械开关在不同控制电压下的合闸时间分布,得到了快速开关平均合闸时间为13ms,机械分散性0.4ms。利用预击穿特性试验和开关机械分散性试验结果,计算了电容器组选相最佳关合相位,制定了选相关合方案:关合目标相位为电压零点,关合窗口为(–0.4～0.4)ms;并开展了选相关合特性试验,结果表明选相关合点均落在关合窗口内,验证了选相关合方案的有效性,为基于快速开关的选相控制技术在10～35kV电容器组关合的应用提供了依据。

关键词：快速机械开关电容器组预击穿特性机械分散性选相关合

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高压直流断路器用快速机械开关电磁缓冲研究

高压电器 2020年第3期56卷 9-16页

作者：曾南薰方春恩李伟余建华李涛任晓温佐云西华大学电气与电子信息学院成都610039 先进输电技术国家重点实验室北京102209 国网峨眉山市供电公司四川峨眉614200

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... 详细信息

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。

关键词：快速机械开关电磁斥力机构电磁缓冲有限元法

基于涡流感应原理的快速机械开关电磁缓冲影响因素研究

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高压电器 2021年第11期57卷 66-75页

作者：张宁陈龙龙丁骁杨兵建高冲魏晓光李伟全球能源互联网研究院有限公司北京102211 华北电力大学新能源国家重点实验室北京102206 西华大学成都610039

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... 详细信息

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。

关键词：快速机械开关电磁缓冲有限元法混合式高压直流断路器

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混合式直流断路器快速机械开关研究

今日制造与升级 2023年第9期 69-71页

作者：朱博厅厦门华电开关有限公司福建厦门392000

文章研究了混合式直流断路器的核心部分——快速机械开关,主要分析其性能要求与原理结构。快速机械开关需要在2ms以内达到开断电压的绝缘距离,且需要具备良好的动态绝缘性能与长期通流可靠性。快速机械开关结构为直动式结构,采用多断口... 详细信息

文章研究了混合式直流断路器的核心部分——快速机械开关,主要分析其性能要求与原理结构。快速机械开关需要在2ms以内达到开断电压的绝缘距离,且需要具备良好的动态绝缘性能与长期通流可靠性。快速机械开关结构为直动式结构,采用多断口真空开关串联方案,通过电磁斥力机构实现开关分合闸。分闸性能试验结果表明,快速机械开关可以在2ms内运动到开断电压的绝缘距离,可满足混合式直流断路器提出的性能要求。

关键词：混合式直流断路器快速机械开关性能要求原理结构

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混合式高压直流断路器中的快速机械开关研究

南方电网技术 2016年第4期10卷 57-62页

作者：张祖安黎小林陈名黄瑜珑黄莹许树楷南方电网科学研究院广州510080 清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

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... 详细信息

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。

关键词：多端柔性直流输电混合式高压直流断路器快速机械开关电磁斥力操动机构