【摘 要】
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随着中国电网的迅速发展,电力系统在运行过程中的暂态稳定性方面有了更高要求。短路故障是导致电力系统运行不稳定的重大原因之一,在降低短路电流水平的同时需通过运用快速开断技术来减少断路器的故障切除时间,从而减少短路大电流对电力系统设备的冲击次数,保证电力系统的平稳运行。目前快速断路器的产品主要集中在中低压领域,对高压大容量快速断路器的研究已迫在眉睫。本文以550kV快速断路器作为研究对象,在常规550k
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随着中国电网的迅速发展,电力系统在运行过程中的暂态稳定性方面有了更高要求。短路故障是导致电力系统运行不稳定的重大原因之一,在降低短路电流水平的同时需通过运用快速开断技术来减少断路器的故障切除时间,从而减少短路大电流对电力系统设备的冲击次数,保证电力系统的平稳运行。目前快速断路器的产品主要集中在中低压领域,对高压大容量快速断路器的研究已迫在眉睫。本文以550kV快速断路器作为研究对象,在常规550kV断路器的基础上,提高断路器的分闸速度来缩短机械分闸与短燃弧时间,实现高压大容量断路器的快速开断。通过提高液压操动机构的系统压力,改进缓冲装置,在提高分闸速度的同时保证机构的机械可靠性;在保证机构的机械可靠性后,通过对原有灭弧室结构进行优化来提高熄弧性能,达到快速断路器的开断要求。本文具体研究内容如下:（1）以工程图纸的实际尺寸与工况要求为基准,牛顿力学方程、流量连续性方程等基本原理,建立液压操动机构缓冲装置数学模型,分析机构分闸过程的机械特性与缓冲特性,计算出满足断路器开断要求、机械冲击在安全裕度内的分闸速度曲线。（2）结合操动机构冲击动力学仿真模型,考虑接触碰撞、摩擦等因素,计算上述分闸速度曲线与常规断路器分闸速度曲线分闸过程中,操动机构的应力分布、振动以及在分闸结束时刻部件间的机械冲击对操动机构重要部件的损伤及寿命影响,计算出关键部件所能承受的应力边界。（3）建立快速断路器与常规断路器灭弧室内气流场仿真计算模型,通过计算两种灭弧室方案开断过程的空、负载气流场得到灭弧室内的气流的压强、温度、密度等参数进行对比,分析电弧动态特性变化,判断快速断路器设计方案的开断性能。研究结果表明:将液压操动机构的系统压力提升至60MPa,分闸过程速度最高可达到13.8m/s,可以在22.5ms内使灭弧室动端位移达到190mm,为电弧的成功开断提供有利条件;提高后的分闸速度与常规相比,运行过程中活塞杆所受最大应力提升了超过60%,但由于末速度较低,在结束时刻由机械撞击的部件损伤与振动降低了34.8%,最低部件使用寿命达到13676次,符合断路器的使用寿命与损伤要求;超程为33mm,充气压力为0.65MPa,可达到最优的压气特性与熄弧效果。将断路器的故障切除时间缩短至25ms内,实现断路器的快速开断。
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