真空直流斷路器循跡操動(dòng)及開斷動(dòng)態(tài)影響因素研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷的日益增加及遠(yuǎn)距離大容量輸電需求，促進(jìn)了高壓直流(High Voltage Direct Current，HVDC)電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。而現(xiàn)有的直流開斷技術(shù)及直流開斷設(shè)備尚未成熟，難以滿足HVDC電網(wǎng)的開斷需求，迫切需要研制出能可靠開斷直流短路電流的直流斷路器。本論文針對人工過零真空直流開斷中存在的問題，展開了相關(guān)的研究。通過仿真結(jié)合實(shí)驗(yàn)的方法，研究了采用永磁-斥力混合型操動(dòng)機(jī)構(gòu)的真空斷路器分?jǐn)嗨俣?、換流頻率

2、以及燃弧時(shí)間對直流開斷過程電弧形態(tài)及弧后介質(zhì)恢復(fù)特性的影響，為人工過零直流真空斷路器及其工程化應(yīng)用設(shè)計(jì)，提供參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)。本文的主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:
　　提出了永磁機(jī)構(gòu)勵(lì)磁階段電流控制、運(yùn)動(dòng)階段位移控制的兩階段控制方法，建立了基于比例微分(Proportional Differential，PD)及模糊控制算法的永磁機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)合閘過程模型，以控制合閘時(shí)間及速度，驗(yàn)證了電容電壓、電容容量、環(huán)境溫度及負(fù)載力等外界條件變化時(shí)，算法的有

3、效性。通過控制放電電容電壓來調(diào)整斥力機(jī)構(gòu)分閘時(shí)間及速度，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，本文使用的控制方法在外界條件變化時(shí)，能夠?qū)⒑祥l時(shí)間分散性控制在±0.5ms之內(nèi)，分閘時(shí)間分散性控制在±0.3ms之內(nèi)，為直流斷路器模塊化串聯(lián)奠定應(yīng)用基礎(chǔ)。
　　利用電磁暫態(tài)程序 EMTP/ATP(Electromagtic Transients Program/AlternativeTransients Program，EMTP/ATP)，將強(qiáng)迫過

4、零直流開斷電路模型與等離子體連續(xù)過渡模型相結(jié)合，研究了直流開斷弧后電流、弧后介質(zhì)恢復(fù)過程中的鞘層增長、金屬蒸氣密度衰減等受分?jǐn)嗨俣?、燃弧時(shí)間、換流頻率等動(dòng)態(tài)因素的影響規(guī)律，為直流開斷參數(shù)選擇提供理論依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，提高換流頻率，不利于弧后介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù);提高分?jǐn)嗨俣?，縮短燃弧時(shí)間，可提高弧后介質(zhì)恢復(fù)初期鞘層增長速度。同時(shí)降低弧后初期金屬蒸氣密度，有利于弧后介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)。
　　搭建了基于人工過零的強(qiáng)迫直流開斷及動(dòng)態(tài)電弧觀測系統(tǒng)，利用高

5、速攝像機(jī)觀察了小電流真空直流開斷過程，研究了不同分?jǐn)嗨俣取⒉煌蓟r(shí)間及不同換流頻率下的電弧形態(tài)演變。利用圖像處理技術(shù)對電弧圖像進(jìn)行了面積量化處理，得到了上述動(dòng)態(tài)因素對電弧形態(tài)的影響規(guī)律，為直流開斷在分?jǐn)嗨俣取⑷蓟r(shí)間及換流頻率等參數(shù)選擇上提供依據(jù)。本文實(shí)驗(yàn)條件下，分?jǐn)嗨俣?.1m/s，燃弧時(shí)間2ms為宜，換流頻率在滅弧室開斷能力范圍內(nèi)可適當(dāng)提高。此外，提供了一種電弧形態(tài)分析的新方法，即電弧圖像偽彩圖增強(qiáng)處理方法，所得到的結(jié)果與面積量化