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大电流真空断路器的研制及其关键问题的研究

于力  
【摘要】: 随着我国发电机装机容量的持续发展,对发电机出口保护断路器的需求日益增长,真空断路器由于其环境友好性受到广泛瞩目。大容量发电机出口真空断路器用于发电机的控制和保护,对提高设备的保护能力和系统的稳定性都具有重要作用,但是因其额定工作电流和短路开断电流的要求都远高于一般电力系统中输配电用的断路器,因此实现起来具有很大难度。一直以来,大容量开断能力的真空断路器的新产品开发都是电力工程领域中的一个研究热点。 本文开发研制了一种新型大电流真空断路器,其性能参数为17.5kV /10000A /80kA ,同时针对该新型大电流真空断路器研制过程涉及到的开断、电流转移过程、温升以及分、合闸机械运动特性与负载特性配合等几个关键问题进行了深入的理论和试验研究,其主要研究工作与成果如下: 本文设计了一种新型“双触头”结构的大电流真空灭弧室(已获得国家科技发明专利,专利号: ZL200710012389.1),它由主、弧两对触头组成,分别用来承载大的额定电流和开断高的短路电流。采用双波纹管,可大幅度减小合闸弹跳;在杯状触头内部加入铁磁环,来改善大电流真空灭弧室的磁场特性,提高真空灭弧室的开断能力。仿真结果显示,电流峰值时的纵向磁场强度高、径向磁场的均匀性好,有效利用了触头面积。 由于新结构大电流真空灭弧室内存在主、弧两对触头。当断路器在(合闸-分闸)动作过程中,弧触头先合后分,而主触头后合先分。因此,新型大电流真空断路器开断时主、弧触头之间必然存在电流转移过程。本文建立了真空断路器开断过程中电流转移模型,并进行了电流转移过程分析,得到新型大电流真空断路器开断过程所需最大可能电流转移时间。在此基础上,结合其动、热稳定性和温升要求提出了与新型大电流真空断路器分、合闸机械运动相配合的负载反力特性,通过建立触头弹跳现象的动态分析简化模型,得到静端弧触头弹簧的刚度和动端主触头弹簧刚度以及主、弧触头的刚合、刚分速度。 为了解决大电流真空灭弧室温升问题,本文优化设计了矩形直肋散热器,给出了矩形直肋散热器各表面换热系数与肋基表面温度之间的函数关系。采用Ansoft软件对新型大电流真空断路器的稳态温度场进行了数值模拟,并进行了相关实验。


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