快速斥力机构的设计与应用研究

论文摘要

我国电力系统的发展,尤其是国家以特高压为基础的坚强智能电网规划及发展,对开关操作的快速性、可靠性及智能化提出更高要求,传统的操作机构难以满足这些要求。一种新兴的快速斥力机构因结构简单,动作迅速,方便实现电子控制在快速性、可靠性及智能化方面具有明显的优点。但是,目前对快速斥力机构的结构设计和应用还缺乏系统的研究。本文首先从理论分析着手,对基于能量守能的计算法、时间和位移双迭代计算法、有限元法比较分析。相比于前两种方法,有限元法在计算电磁场的动态问题时,更准确有效,利用其作为机构动态性能分析的方法。快速斥力机构的结构对其性能影响至关重要。本文确定超级电容作为储能电源,分析了电容参数。采用具有双稳特性的碟形弹簧作为保持机构,计算了动态过程的保持力曲线,与永磁保持机构性能进行了比较。利用有限元分析软件ANSOFT对快速斥力机构的操作过程建模仿真,分析主要结构参数对机构动态性能的影响,为优化结构提供理论基础。真空断路器操作过程中存在合闸弹跳和分闸弹振问题,对分合闸操作危害严重。本文根据快速斥力机构特有的工作原理和结构特点设计了一种新型励磁电路,结构简单,而且能够同时解决合闸弹跳和分闸弹振问题。以分闸操作为例,在最优结构参数下,仿真分析得出了延时器最佳延时时间。针对基于快速斥力机构的快速开关在串联谐振故障限流器的广阔应用前景,对开关操作过程中电容上储存的能量振荡放电的问题,通过串联电抗器加以限制。分别仿真分析电容支路和快速开关支路串入电抗器,结果表明在电容支路中串入电感能有效抑制振荡放电。仿真结果表明,快速开关的合闸时间必须足够短,才能有效实现故障限流。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 操作机构研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第二章 快速斥力机构的计算方法
• 2.1 拓扑结构及原理
• 2.2 基于能量守恒的计算法
• 2.3 基于时间和位移双层迭代的计算法
• 2.4 有限元法
• 2.4.1 原理
• 2.4.2 涡流场数学模型
• 2.4.3 有限元法的优点
• 2.5 本章小结
• 第三章 有限元法对机构动态性能分析
• 3.1 原理
• 3.2 超级储能电容
• 3.2.1 储能电源的选择
• 3.2.2 电容参数计算
• 3.3 碟簧保持机构
• 3.3.1 原理
• 3.3.2 碟簧设计
• 3.3.3 碟簧保持机构与永磁保持机构比较
• 3.4 机构动态性能分析
• 3.4.1 仿真模型
• 3.4.2 二极管的影响
• 3.4.3 铜盘厚度的影响
• 3.4.4 励磁线圈匝数的影响
• 3.4.5 初始气隙的影响
• 3.4.6 不同结构参数影响比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 合闸弹跳和分闸弹振特性分析
• 4.1 合闸弹跳
• 4.1.1 原理
• 4.1.2 危害
• 4.1.3 解决方法
• 4.2 分闸弹振
• 4.3 抑制合闸弹跳和分闸弹振的方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 快速斥力机构在故障限流器中的应用
• 5.1 原理
• 5.2 仿真分析
• 5.2.1 在快速开关支路串入电抗器
• 5.2.2 在电容支路串入电抗器
• 5.2.3 快速开关合闸时间的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表