LW8B-40.5kVSF6高压断路器操动机构的开断特性计算与瓷套破裂原因诊断

论文摘要

本文是在对云南开关厂生产的LW8B-40.5kV户外SF6高压断路器绝缘瓷套破裂进行分析的基础上撰写而成的。文章从CT14型弹簧操动机构的开断、关合过程以及绝缘瓷套的装配工艺等方面出发,对瓷套破裂的原因进行了分析和研究。通过相关计算和分析,在获取破裂原因的同时,还针对绝缘瓷套生产、使用过程中的各环节提出了改进意见和控制点。本研究的工作成果可为SF6高压断路器相关的设计和故障诊断提供有效的解决途径,具有较好的实用价值。首先,作者计算了CT14型弹簧操动机构的开断特性,包括分、合闸速度和分、合闸功。根据文献整理并修正了单压式SF6高压断路器的分、合闸速度和分、合闸功公式,明确了计算过程中所涉及的各相关参数。在计算等效质量时,采用多体动力学仿真分析软件ADAMS （Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）得到了分（合）闸过程各阶段的平均速度,进而得到了速度比。与此同时,还采用三维建模软件UG （Unigraphics）对操动机构进行了实体建模,并得到了相关构件的质量和转动惯量。与传统的求解等效质量的方法相比,所采用的新方法显著提高了计算精度,同时大大减小了计算量。最终计算得到的刚分速度为Vgf=3.44（m/s）,刚合速度为Vgh=3.80（m/s）。与设计标准的刚分速度Vgf=3.4±0.2（m/s）,刚合速度Vgh=3.0±0.2（m/s）相当吻合。表明分、合闸弹簧的刚度与初拉力符合设计的要求,同时也表明传动机构与变直机构的尺寸配合合理；另外,还得到合闸功为Wh=1861.49（J）,分闸功为Wf=1552.51（J）,即有Wh＞Wf。表明合闸时触头可以关合到底。以上工作成果也体现了本文所用方法的合理性和可靠性。其次,作者计算了开断短路电流时导电回路、相间导线所受的短路电动力（力矩）和灭室内的压力特性,分析了上述作用因素对绝缘瓷套的作用和影响。结合绝缘瓷套的力学数据可知,短路电动力（力矩）作用时绝缘瓷套的力学性能符合要求。同时,通过计算、分析表明：开断短路峰值电流时,燃弧气体对绝缘瓷套轴向和径向的作用不足以导致绝缘瓷套破裂。通过研究和分析,表明断路器的开断、关合过程不是导致绝缘瓷套破裂的主要原因,同时也说明原来的产品设计基本上是合理的。根据对现场装配过程的考察,作者从绝缘瓷套的装配工艺入手,对瓷套破裂的原因进行了分析,认为填充于绝缘瓷套与法兰之间的楔形硅胶过多,致使需要的密封预紧力矩过大,是导致绝缘瓷套破裂的主要原因。作者据此对该型号断路器提出了相应的改进建议。实验和运行结果表明,本研究提出的措施是合理、有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪言
• 1.1 SF6高压断路器的国内外发展现状
• 1.2 SF6高压断路器的分类
• 1.3 SF6高压断路器操动机构的结构和分类
• 1.4 操动机构特性对高压断路器性能的影响
• 1.5 弹簧操动机构的国内外发展现状
• 1.6 单压式SF6断路器的灭弧原理
• 1.7 本课题的来源及研究内容、目的和意义
• 1.7.1 本课题的来源
• 1.7.2 本课题的研究内容及工作思路和方法
• 1.7.3 本课题的研究目的和意义
• 第二章 CT14型弹簧操动机构的相关特性研究
• 2.1 高压断路器对弹簧操动机构性能的要求
• 2.2 弹簧操动机构的组成和工作原理
• 2.2.1 弹簧操动机构的组成
• 2.2.2 弹簧操动机构的工作原理
• 2.3 CT14型弹簧操动机构的结构布置及机构示意图
• 2.3.1 CT14型弹簧操动机构的结构布置
• 2.3.2 CT14型弹簧操动机构的机构示意图
• 2.4 CT14型弹簧操动机构具体的工作流程
• 2.5 CT14型弹簧操动机构的输出力特性匹配要求
• 2.6 高压断路器触头对运动特性的要求
• 2.7 本章小结
• 第三章 LW8B-40.5KV SF6断路器的运动特性研究
• 3.1 SF6高压断路器的分、合闸力特性分析
• 3.2 单压式SF6高压断路器对操作力的要求
• 3.3 根据"牛顿定理"建立分、合闸过程的数学模型
• 3.4 根据"功能原理"建立分、合闸过程的数学模型
• 3.5 建立分、合闸速度（功）的数学模型
• 3.5.1 建立分闸速度的数学模型
• 3.5.2 建立刚合速度的数学模型
• 3.5.3 建立分闸功的数学模型
• 3.5.4 建立合闸功的数学模型
• 3.6 操动机构的静特性分析
• 3.6.1 机械效率
• 3.6.2 操动机构质量计算
• 3.6.3 速度比计算
• 3.6.4 缓冲器性能分析
• 3.6.5 合闸弹簧力计算
• 3.6.6 分闸弹簧力计算
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于UG建模求操动机构主要构件的质量及转动惯量
• 4.1 UG概述
• 4.1.1 UG特点
• 4.1.2 UG功能模块介绍
• 4.2 UG建模介绍
• 4.2.1 UG建模方法
• 4.2.2 UG建模步骤
• 4.3 求取CT14型弹簧操动机构主要运动构件的质量和转动惯量
• 4.4 本章小结
• 第五章 CT14型弹簧操动机构开断特性的数值计算与分析
• 5.1 ADAMS软件的相关知识
• 5.1.1 ADAMS软件概述
• 5.1.2 ADAMS功能模块介绍
• 5.2 求解等效质量
• 5.2.1 ADAMS参数化建模
• 5.2.2 创建约束和施加驱动
• 5.2.3 运动仿真
• 5.2.4 求解平均速度
• 5.2.5 等效质量计算
• 5.3 求解分、合闸速度
• 5.3.1 分闸速度计算
• 5.3.2 刚合速度计算
• 5.4 求解分、合闸功
• 5.4.1 分闸功计算
• 5.4.2 合闸功计算
• 5.5 本章小结
• 第六章 绝缘瓷套破裂相关原因的计算与分析
• 6.1 CT14型弹簧操动机构的开断特性计算与分析
• 6.1.1 操动机构的开断特性计算结果
• 6.1.2 影响开断特性的主要参数分析
• 6.2 短路电动力（力矩）的计算与分析
• 6.2.1 短路电动力（力矩）计算
• 6.2.2 短路电动力（力矩）分析
• 6.3 燃弧时SF6气体对绝缘瓷套的压力计算与分析
• 6.3.1 短路时喷口阻塞计算
• 6.3.2 短路时压气室（绝缘瓷套）力特性计算
• 6.3.3 短路时SF6气体对绝缘瓷套的压力分析
• 6.4 基于CT14型弹簧操动机构的开断过程对瓷套破裂进行诊断小结
• 6.5 基于装配工艺对绝缘瓷套破裂进行诊断
• 6.5.1 现场装配工艺调查及分析
• 6.5.2 实验改进及产品运行结果
• 6.6 基于装配工艺对瓷套破裂的解决方案
• 6.7 基于设计、制造等过程可采取的防范措施
• 6.8 本章小结
• 第七章 结论
• 结论
• 第八章 展望
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A:攻读学位期间发表论文目录
• 附录B
• 附录C