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真空断路器铜铬金属蒸气等离子体非局部热力学平衡态物性参数分析
1
作者 杨赫 徐晶 +5 位作者 柯贤杨 岳洋 郑悦 史红菲 郑佳圆 刘晓明 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期955-961,共7页
真空断路器在大电流故障开断过程中,以真空为介质条件的灭弧系统内所产生的金属蒸气电弧等离子体组氛与电极材料特性密切相关。为了研究开断过程中金属蒸气等离子体物性参数的变化,以真空断路器CuCr25~CuCr75触头电极材料为研究对象,建... 真空断路器在大电流故障开断过程中,以真空为介质条件的灭弧系统内所产生的金属蒸气电弧等离子体组氛与电极材料特性密切相关。为了研究开断过程中金属蒸气等离子体物性参数的变化,以真空断路器CuCr25~CuCr75触头电极材料为研究对象,建立非局部热力学平衡模型,研究铜铬合金不同配比下金属蒸气等离子体粒子组氛分布。采用统计热力学方法求得等离子体热力学参数,分析不同合金配比下比焓和比定压热容分布;利用Chapman-Enskog法计算等离子体输运参数,探究铜铬合金材料配比对电导率的影响。 展开更多
关键词 真空断路器 铜铬触头 电导率
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配用CuCr合金电极的真空介质开关电弧阳极热过程分析
2
作者 刘晓明 王宇凡 +3 位作者 陈海 史红菲 陈军平 周嵚 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期66-77,共12页
真空介质开关电弧的主要成分源于故障电流开断过程中触头电极在极间产生的金属蒸气,且真空电弧的微观动力学行为直接影响开关的开断能力。文章通过建立真空介质电弧双温磁流体动力学模型,研究配用不同配比CuCr合金触头电极材料的真空介... 真空介质开关电弧的主要成分源于故障电流开断过程中触头电极在极间产生的金属蒸气,且真空电弧的微观动力学行为直接影响开关的开断能力。文章通过建立真空介质电弧双温磁流体动力学模型,研究配用不同配比CuCr合金触头电极材料的真空介质开关在故障电流开断下阳极热过程的变化情况,得到阳极触头表面温度和熔池范围沿径向和轴向的分布。仿真结果表明,开断故障电流的增大及电极合金材料中Cu含量的增大均会导致输入阳极的能流密度增大。在200 A电弧电流作用下,阳极表面温度未达到CuCr合金的熔点,未发生熔化;而在6 kA电弧电流作用下,阳极温度先后达到Cu和Cr的熔点,电极熔化程度随合金中Cr含量的增大而减弱。 展开更多
关键词 真空灭弧室 真空电弧 CUCR 合金触头材料 磁流体动力学模型
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真空断路器弹簧机构凸轮优化与虚拟样机验证分析
3
作者 刘晓明 梁澳 +3 位作者 陈海 史红菲 李培源 史政凯 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期878-884,共7页
机构刚合速度特性是影响真空断路器合闸可靠性的关键因素,为减小机构动态冲击实现可靠关合,文章以10 kV交流真空断路器用弹簧操动机构为研究对象,以真空灭弧室动触头刚合运动特性为设计目标,采用响应面法对凸轮结构进行参数化设计。通... 机构刚合速度特性是影响真空断路器合闸可靠性的关键因素,为减小机构动态冲击实现可靠关合,文章以10 kV交流真空断路器用弹簧操动机构为研究对象,以真空灭弧室动触头刚合运动特性为设计目标,采用响应面法对凸轮结构进行参数化设计。通过改变凸轮结构形面参数以及合闸簧预紧力,实现机构运动特性的优化。比对分析结果表明,在保证机构运动特性的前提下,选择以刚合速度时间特性优化凸轮轮廓可以提高机构合闸运动的可靠性。 展开更多
关键词 真空断路器 弹簧操动机构 凸轮 合闸运动特性 响应面法
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真空旁路开关灭弧室绝缘仿真及不确定性分析
4
作者 刘晓明 李国铮 +3 位作者 陈海 史红菲 李培源 陈军平 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期805-810,共6页
真空旁路开关在直流系统中作为重要的保护器件长期工作在分闸状态下。针对真空旁路开关绝缘可靠性问题,文章以3.6 kV/2500 A真空旁路开关灭弧室为研究对象,采用有限元分析手段,建立三维电场物理数学模型,分析其在标准雷电冲击耐受峰值... 真空旁路开关在直流系统中作为重要的保护器件长期工作在分闸状态下。针对真空旁路开关绝缘可靠性问题,文章以3.6 kV/2500 A真空旁路开关灭弧室为研究对象,采用有限元分析手段,建立三维电场物理数学模型,分析其在标准雷电冲击耐受峰值电压作用下的电场分布情况;并引入表面电场宏观增强因子,对电场集中区域的场域分布均匀程度进行定量分析。此外,采用混沌多项式展开法,对灭弧室触头电极中心开槽圆角半径进行不确定性分析,以确保其绝缘性能和加工制备的可靠性。 展开更多
关键词 旁路开关 绝缘性能 混沌多项式展开法 不确定性分析
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直流真空断路器弧后介质恢复特性影响因素分析 被引量：1
5
作者 刘晓明 史红菲 +4 位作者 陈海 姜文涛 周永捷 邹积岩 田俊 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期40-47,共8页
直流真空断路器采用人工过零的方式实现故障开断,是当前直流系统兼具经济性与可靠性的控保方式之一,其弧后介质恢复特性是判定故障开断成功与否的关键条件。为探究直流真空断路器电磁与机电参数耦合作用下介质恢复特性的影响因素,本文... 直流真空断路器采用人工过零的方式实现故障开断,是当前直流系统兼具经济性与可靠性的控保方式之一,其弧后介质恢复特性是判定故障开断成功与否的关键条件。为探究直流真空断路器电磁与机电参数耦合作用下介质恢复特性的影响因素,本文基于连续过渡模型、能量守恒定律和电荷守恒定律,建立了零区带电粒子数密度计算模型,研究了触头型面参数和零前电流下降率影响下的零区带电粒子数密度分布;通过搭建12 kV直流真空断路器配永磁斥力机构运动特性测试平台,实验测得机构位移–时间特性曲线,研究了短路开断电流、零前电流下降率和换流投入时刻影响下的零区极间距分布。在此基础上,基于漂移扩散方程、Maxwell–Stefan方程和泊松方程,建立了弧后鞘层发展模型,以求得电磁与机电参数影响下的电场强度最大值;并与零区金属蒸气压和短路开断电流影响下的临界击穿电场强度对比分析,进而评估不同换流投入时刻、零前电流下降率、暂态电压上升率、触头直径下的弧后介质恢复强度。此外,求得了直流真空断路器可靠开断时零前电流下降率和换流投入时刻的极限安全域,以及电磁与机电参数耦合作用下的最小安全间隙与开断电流极限,为设计满足可靠开断要求的直流真空断路器灭弧系统结构参数与换流参数群组提供解决方案。 展开更多
关键词 直流真空断路器 换流回路 电流下降率 介质恢复
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具有耦合电感的限流型混合直流断路器拓扑设计与分析 被引量：1
6
作者 刘晓明 田俊 +4 位作者 贾冠龙 陈海 姜文涛 任宇朋 史红菲 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第22期8885-8896,共12页
为解决多端直流电网故障电流抑制与消除问题,提出一种采用耦合电感的限流型混合式直流断路器拓扑。在直流电网发生异常状况时,实现限流与分断、限流与恢复以及小电流分断3种模式的控制与保护。拓扑设计中,利用晶闸管和辅助电容相互配合... 为解决多端直流电网故障电流抑制与消除问题,提出一种采用耦合电感的限流型混合式直流断路器拓扑。在直流电网发生异常状况时,实现限流与分断、限流与恢复以及小电流分断3种模式的控制与保护。拓扑设计中,利用晶闸管和辅助电容相互配合实现耦合电感器的一次绕组快速投入,并抑制故障电流;根据故障检测结果,利用耦合电感器配合晶闸管代替IGBT,实现限流后快速切除故障线路或恢复正常运行。在对拓扑回路限流及分断过程分析的基础上,基于PSCAD/EMTDC搭建直流系统单端等效电路和±500kV四端直流系统仿真电路,并进行可行性验证和分析。与现有典型方案进行仿真对比分析,结果表明所提拓扑在保证限流能力、分断速度和降低金属氧化物避雷器耗能的同时,可以有效减少IGBT数量,具备一定的经济性。 展开更多
关键词 直流电网 耦合电感器 混合式直流断路器 故障电流抑制
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近区故障开断下真空断路器弧后鞘层发展过程仿真分析
7
作者 赵乐天 刘晓明 +2 位作者 陈海 史红菲 姜文涛 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期698-704,共7页
以真空断路器弧后鞘层发展为研究对象,引入等离子体流体力学方程,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。并对真空断路器开断1.0-20.0 km近区故障下弧后鞘层发展时间和弧后阴极电场强度进行仿真分析。... 以真空断路器弧后鞘层发展为研究对象,引入等离子体流体力学方程,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。并对真空断路器开断1.0-20.0 km近区故障下弧后鞘层发展时间和弧后阴极电场强度进行仿真分析。仿真结果表明:鞘层发展时间越短,RRRV越小,越有利于成功开断。开断短距离近区故障时,鞘层发展时间相对较长,弧后阴极电场强度大,不利于弧后介质恢复;在开断故障点距离3.0 km时,弧后阴极电场强度达到最大值;在开断故障点距离20.0 km时,弧后阴极电场强度最大值降低了70.5%,鞘层发展时间减少了34.5%,发生击穿几率减小,开断成功率增高。 展开更多
关键词 近区故障 真空断路器 等离子体 鞘层
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阻容型混合式直流断路器优化设计及全工况开断性能分析
8
作者 刘晓明 于新超 +2 位作者 陈海 史红菲 姜文涛 《电网技术》 EI 2024年第12期5149-5158,I0069-I0072,I0068,共15页
为解决柔性直流电网中故障电流快速开断难题,在比对分析典型混合式直流断路器方案控制保护策略与经济性的基础上,该文提出一种基于晶闸管的阻容型混合式直流断路器拓扑结构与参数化设计方法。利用阻性电路抑制电流电压上升,同时具备钳... 为解决柔性直流电网中故障电流快速开断难题,在比对分析典型混合式直流断路器方案控制保护策略与经济性的基础上,该文提出一种基于晶闸管的阻容型混合式直流断路器拓扑结构与参数化设计方法。利用阻性电路抑制电流电压上升,同时具备钳位开断、弱电流开断、电容自充电和自适应重合闸功能,实现整机无全控型器件。首先提出该拓扑不同模式下的控制保护策略和参数化建模方法。其次,给出器件参数设计准则,并采用多目标水母优化算法对参数组合方案进行可靠性寻优。此外,基于PSCAD/EMTDC,建立四端直流输电网模型,比对分析了所提混合式直流断路器参数化设计方案在不同工况下的开断性能、经济性和适用性。 展开更多
关键词 直流输电网 混合式直流断路器 钳位开断 自适应重合闸
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