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真空断路器电机操动机构RBF⁃PID控制方法研究

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高压电器 2022年第3期58卷 71-77页

作者：史可鉴代子阔林莘庚振新张彬王雅楠国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院沈阳110000 国网辽宁省电力有限公司沈阳110000 沈阳工业大学电气工程学院沈阳110000

为提高真空断路器分合闸性能和智能化操作水平,提出了适用于真空断路器电机操动机构的RBF⁃PID控制方法,结合有限转角永磁无刷直流驱动电机动态数学模型,分析了驱动电机转速响应特性和运动过程可控性,构建了电机操动机构神经网络控制方程... 详细信息

为提高真空断路器分合闸性能和智能化操作水平,提出了适用于真空断路器电机操动机构的RBF⁃PID控制方法,结合有限转角永磁无刷直流驱动电机动态数学模型,分析了驱动电机转速响应特性和运动过程可控性,构建了电机操动机构神经网络控制方程,对PID控制参数进行优化整定,分别计算分析常规PID和RBF⁃PID控制方法作用下真空断路器操作速度的跟踪特性。研制了电机操动机构速度控制系统,开展了真空断路器电机操动机构速度跟踪特性实验,结果表明,采用RBF⁃PID控制方法可以有效降低速度跟踪误差,操作过程中最大跟踪误差小于0.2 m/s,满足真空断路器智能化操作要求。

关键词：真空断路器电机操动机构 RBF⁃PID控制方法速度跟踪特性速度控制系统

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真空断路器开断并联电抗器过电压抑制措施

电网技术 2019年第4期43卷 1301-1307页

作者：陈嵩杨庆魏钢孙晓勇刘航曾湘隆输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市沙坪坝区400044 国网重庆市电力公司检修分公司重庆市九龙坡区400039

真空断路器开断并联电抗器过程中,因截流、重燃会出现幅值、频率极高的过电压。为真实地再现分闸过电压,依托重庆云阳站现场实测的断路器电压、电流数据,同时考虑了截流值、介质动态绝缘强度和高频熄弧能力3个因素,在ATP-EMTP中搭建了... 详细信息

真空断路器开断并联电抗器过程中,因截流、重燃会出现幅值、频率极高的过电压。为真实地再现分闸过电压,依托重庆云阳站现场实测的断路器电压、电流数据,同时考虑了截流值、介质动态绝缘强度和高频熄弧能力3个因素,在ATP-EMTP中搭建了更加精确的真空断路器电弧重燃模型,并以此为基础讨论合理的抑制措施。仿真中采用了避雷器、阻容吸收器和延长电缆3种过电压抑制措施。仿真结果表明,电缆长度对过电压抑制效果并不显著,避雷器与阻容吸收器的型号、安装数量和位置对抑制效果存在影响。结合仿真与实际,最后提出最佳抑制方案,即在站用变和电抗器处电缆末端均安装伏安特性曲线较低的避雷器,可以将两处最大分闸过电压分别限制在3.44 pu和3.67pu。

关键词：真空断路器并联电抗器分闸重燃抑制措施 ATP-EMTP

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真空断路器动态特性仿真与最优化设计

电源学报 2022年第2期20卷 145-153页

作者：李斌仲丽晓姜岩辽宁工程技术大学电气与控制工程学院葫芦岛125105 国网辽宁省电力有限公司营口供电公司营口115002

为了对真空断路器进行优化设计,应用机械系统动力学自动分析软件ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)根据断路器实物模型搭建了断路器虚拟样机模型,并对其进行了动态仿真,仿真与实验结果对比验证了模型的正确性。... 详细信息

为了对真空断路器进行优化设计,应用机械系统动力学自动分析软件ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)根据断路器实物模型搭建了断路器虚拟样机模型,并对其进行了动态仿真,仿真与实验结果对比验证了模型的正确性。对仿真结果进行了动态特性分析,得到了动触头位移、速度曲线。同时提出了影响断路器样机分闸弹跳幅度的3种因素,即缓冲弹簧的刚度系数、分闸弹簧的预载荷和曲轴臂质量,研究了这三种因素对分闸弹跳幅度的影响。通过64次实验,给出了实验结果性能的评价方案,并得到其最优结果。最终优化模型将分闸结束时间从54.7 ms降到48.5 ms,时间缩短了11.33%;触头的弹跳幅度从1.254 mm降低到1.002 mm,降幅达到20.1%。

关键词：真空断路器虚拟样机动态特性永磁机构

真空断路器开断小电感电流下多次复燃现象的介质恢复过程分析

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高电压技术 2018年第6期44卷 2019-2026页

作者：王枫王仲奕郝萌萌刘志远西安科技大学电气与控制工程学院西安710054 西安交通大学电气工程学院西安710049 西门子电气传动设备有限公司上海200137 西安交通大学电力设备与电气绝缘国家重点实验室西安710049

真空断路器开断小电感电流产生的多次复燃过电压和介质恢复强度密切相关。因此需建立真空断路器切小感性电流负载的介质恢复微观参数模型,依据此模型得到负载电路参数对真空断路器切小感性电流复燃现象的影响规律。该研究建立了小电感... 详细信息

真空断路器开断小电感电流产生的多次复燃过电压和介质恢复强度密切相关。因此需建立真空断路器切小感性电流负载的介质恢复微观参数模型,依据此模型得到负载电路参数对真空断路器切小感性电流复燃现象的影响规律。该研究建立了小电感电流真空开断过程的介质恢复鞘层发展模型,得到了介质恢复过程的鞘层发展速度、触头间隙中的电场强度、离子浓度和离子速度等微观参数。以临界击穿场强作为击穿判据,得到了负载电路参数对真空断路器切小感性电流复燃现象的影响规律：负载电容或电感越大,鞘层发展速度变慢,在阴极端产生的最大电场强度越小,因此复燃发生的危险越小,过电压变小;负载端等效电阻的增大会使高频电流幅值减小,从而开断电流减小,鞘层发展速度变慢,最大电场强度降低,因此复燃击穿次数减少。

关键词：真空断路器小电感电流多次复燃过电压介质恢复鞘层

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真空断路器灭弧室波纹管的疲劳寿命研究

真空断路器灭弧室波纹管的疲劳寿命研究

作者：谢梦辉大连交通大学

学位级别：硕士

动车组真空断路器是动车组高压设备的核心部件,起着控制和保护作用。它对动车组的正常和安全运行非常关键,而灭弧室波纹管是决定断路器寿命的关键部件之一。本文在灭弧室波纹管疲劳寿命研究中采用有限元分析对其寿命进行预测。由于标准... 详细信息

动车组真空断路器是动车组高压设备的核心部件,起着控制和保护作用。它对动车组的正常和安全运行非常关键,而灭弧室波纹管是决定断路器寿命的关键部件之一。本文在灭弧室波纹管疲劳寿命研究中采用有限元分析对其寿命进行预测。由于标准的激励与灭弧室波纹管在真空断路器实际运行中所受到的激励有很大的区别,所以随机振动激励下灭弧室波纹管的疲劳寿命分析对断路器寿命预测具有重要意义。首先使用小波去噪对振动信号进行去噪处理,并使用Welch法求出功率谱曲线,以此分析信号在各个频率上的能量分布情况。通过对比小波去噪和传统去噪所得到的功率密度曲线,发现小波去噪处理效果更好。通过小波去噪,信号的振动能量分布在各个频率上更加清晰。为后续的随机振动疲劳分析提供振动激励。然后建立灭弧室和波纹管的有限元模型,采用疲劳分析软件对灭弧室波纹管进行疲劳仿真,以得到灭弧室波纹管在随机振动激励下的疲劳寿命。通过分析灭弧室模型和波纹管模型的模态和应力分布,得到灭弧室波纹管应力最大值,确定灭弧室波纹管的易损伤点为波纹管波谷的位置,其次是波峰的位置。最后将随机振动激励导入到模型中,分析断路器开断速度和灭弧室真空度对波纹管疲劳寿命的影响,得到断路器开断速度越大、灭弧室真空度越大,灭弧室波纹管的疲劳寿命越小,当断路器开断速度达到4m/s、灭弧室内部真空度达到0.43e10-5 Pa时,灭弧室波纹管的疲劳寿命为17461次。通过对仿真数据分析,得到随机振动激励对低开断速度、低真空度的灭弧室波纹管影响不显著,而伴随着真空断路器开断速度的增大、灭弧室真空度的增加随机振动激励对灭弧室波纹管的影响逐渐变大,当真空断路器开断速度为4m/s、真空度为0.43e-5 Pa时,随机振动激励对灭弧室波纹管的疲劳寿命影响达到11.21%。

关键词：真空断路器波纹管振动信号疲劳寿命

真空断路器沿面放电机理与声电联合检测方法研究

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真空断路器沿面放电机理与声电联合检测方法研究

作者：李炳康华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

在我国海南地区,真空断路器受高温、高湿、高盐雾环境影响,密封劣化使内部受潮,出现凝露水珠诱发沿面放电,长期累积造成击穿甚至断路器发生炸裂,严重威胁电网稳定运行和运维人员人身安全。为减少事故发生,并为现场运维提供指导,本文利... 详细信息

在我国海南地区,真空断路器受高温、高湿、高盐雾环境影响,密封劣化使内部受潮,出现凝露水珠诱发沿面放电,长期累积造成击穿甚至断路器发生炸裂,严重威胁电网稳定运行和运维人员人身安全。为减少事故发生,并为现场运维提供指导,本文利用数值仿真方法,围绕单一液体介质中的流注放电、液-固绝缘体系中的沿面放电以及受潮对两者产生的影响共三个方面的问题开展了研究,探究了真空断路器内部放电机理,并针对真空断路器沿面放电的特点,开展了声电联合检测方法的研究。主要内容如下:(1)在单一液体介质中,明确了载流子产生、重组的相关机制,利用电荷连续性方程和泊松方程作数学表征,建立了绝缘硅脂中的流注发展模型,得到了流注放电的发展形态。以此为基础,利用体积电导率对固体介质进行建模,考虑表面电荷积聚过程,建立了液固绝缘体系沿面放电模型,并探究了极化作用对沿面放电的影响。仿真研究表明:与单一液体介质相比,沿面放电过程中,流注头部附近具有更高的电场强度和电荷密度,说明沿面放电对绝缘性能更具危害性。(2)通过对比分析,发现包含水珠电导率和表面电荷积聚的建模方法更为合理。以此建立了水珠拉伸、附着、悬浮、多水珠排列等不同情形下的放电仿真模型,揭示了水珠对放电的影响机理:受外电场和极化的影响,水珠两侧会分别积聚正负电荷,电荷积聚造成周围电场畸变,高场强位置容易发生电离,电离电荷与背景电荷快速混合,形成等离子体区域。借助等离子体区域,可以产生更加快速、更大范围的放电。并且水珠附着情况下三结合点处电场畸变更严重,多水珠排列时相邻水珠会产生放电,进一步扩大了等离子体区域,加剧沿面放电发展。(3)搭建真空断路器故障试验平台,对现有检测方法进行可行性验证,确定了声电联合检测方案。分析放电源周围电磁场分布,发现了近场信号对距离的敏感性,确定了基于近场电磁感应的电信号检测方法;利用波导传声原理对断路器进行接触式测量,减小声信号的衰减。并设计声电复合式传感器,通过实验验证了传感器的有效性。

关键词：真空断路器绝缘受潮沿面放电放电机理数值仿真局部放电检测

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真空断路器弧后鞘层发展过程仿真分析

真空科学与技术学报 2021年第7期41卷 626-631页

作者：耿钰翔刘晓明陈海姜文涛李培源张煦松天津工业大学电气工程与自动化学院天津300387 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室河北工业大学电气工程学院天津300130 天津工业大学机械工程学院天津300387

以真空断路器弧后鞘层发展过程为对象,采用等离子体流体力学模型,求解电子、离子密度和平均电子能量的漂移扩散方程和耦合电场的泊松方程,引入粒子间碰撞反应,仿真分析其弧后介质恢复变化和鞘层发展阶段电子和离子的空间分布、密度分布... 详细信息

以真空断路器弧后鞘层发展过程为对象,采用等离子体流体力学模型,求解电子、离子密度和平均电子能量的漂移扩散方程和耦合电场的泊松方程,引入粒子间碰撞反应,仿真分析其弧后介质恢复变化和鞘层发展阶段电子和离子的空间分布、密度分布以及间隙电势分布。采用对比分析法,研究不同初始条件对鞘层发展的影响,结果表明:在保持其余参数不变的条件下,暂态恢复电压(TRV)斜率和间隙轴向长度均与鞘层发展速度呈正相关,初始等离子体密度和弧后金属蒸气压强均与鞘层发展速度呈负相关。

关键词：电弧等离子体真空断路器鞘层流体动力学

配永磁机构真空断路器操动时间分散性的预测模型与影响因素研究

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电力系统保护与控制 2023年第5期51卷 180-187页

作者：杨东文曾次玲谷丰强曾未伟钟国潮国网湖南省电力有限公司娄底供电分公司湖南娄底417000 国网湖南省电力有限公司电力调度控制中心湖南长沙410004 北京科东电力控制系统有限责任公司北京100192 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对现有模型存在的难以实现多场充分耦合的问题,提出了一种对配永磁机构真空断路器动作时间进行预测的新模型。该模型考虑励磁变化和运动部件速度效应带来的涡流影响,实现了永磁操动机构的复杂机械运动、电子瞬态电路与瞬态磁场的多场... 详细信息

针对现有模型存在的难以实现多场充分耦合的问题,提出了一种对配永磁机构真空断路器动作时间进行预测的新模型。该模型考虑励磁变化和运动部件速度效应带来的涡流影响,实现了永磁操动机构的复杂机械运动、电子瞬态电路与瞬态磁场的多场耦合分析。基于该模型,对某型号配永磁机构真空断路器的动作时间进行了预测,实验证明所提方法是正确的。在此基础上,利用模型分析了励磁电压、环境温度、铁心材料和励磁方式等因素对永磁操作机构动作时间分散性的影响,并研究了各因素对动作时间分散性的影响机理。

关键词：永磁机构真空断路器动作时间分散性数学模型

真空断路器分合闸线圈电流检测及故障诊断系统设计

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真空断路器分合闸线圈电流检测及故障诊断系统设计

作者：周广文大连交通大学

学位级别：硕士

真空断路器是供电系统的控制和保护设备,其稳定运行在电力传输过程中具重要作用。当断路器发生故障时,将给供电系统带来巨大的损害。因此,对于真空断路器状态检测与故障诊断的研究具有重要意义。本文以真空断路器的分合闸线圈电流信号... 详细信息

真空断路器是供电系统的控制和保护设备,其稳定运行在电力传输过程中具重要作用。当断路器发生故障时,将给供电系统带来巨大的损害。因此,对于真空断路器状态检测与故障诊断的研究具有重要意义。本文以真空断路器的分合闸线圈电流信号为研究对象,设计电流检测系统采集数据,依据不同故障下电流信号特征参数变化的特性完成对真空断路器的故障诊断。有助于断路器的定点维修和保障供电系统的稳定运行。首先为了确定真空断路器故障诊断所需要的分合闸线圈电流特征参数。本文利用Maxwell软件模拟断路器单稳态永磁机构在不同故障下的运动过程,得到分合闸线圈电流与其工作状态之间的对应关系以及电流的变化情况,从而确定故障诊断中电流特征参数的位置。针对电流信号的检测,本文从软硬件入手完成对分合闸线圈电流检测系统的设计。选择合适的传感器及相关硬件,设计硬件电路,并根据实际检测需求进行软件程序的编写。最终实现真空断路器分合闸线圈电流的检测、远程传输及储存。针对在电流信号特征参数提取过程中容易受到信号噪声干扰的问题,本文利用滑动平均滤波算法和经验模态分解滤波算法完成对电流信号的滤波处理。在对比两种方法的滤波效果后,选择效果较好的经验模态分解算法。然后通过小波分析算法和时域求极值算完成对分合闸线圈电流信号特征参数的提取。最后利用BP神经网络对真空断路器的四种故障进行分类诊断。针对传统神经网络中初始权值和阈值存在现收敛速度慢、容易陷入局部最优解的问题,引入粒子群算法对初始权值和阈值进行优化。通过实验结果对比分析,发现改进后的BP神经网络在对真空断路器进行故障诊断时,准确率、查准率以及回归率三个评价指标均得到一定的提高。

关键词：真空断路器故障诊断 4G通信技术 BP神经网络