新型12kV充气式真空断路器的设计与研究

摘要

随着智能电网的建设和发展，对电力系统中的控制和保护设备有着更高的要求，智能化的开关设备成为发展的趋势。近几年，在国家大力发展城乡经济的政策激励下，城乡经济发展迅速，用电量也越来越高，对电力开关设备的可靠性要求也越来越严格。本文取型于12kV负荷开关结构模型，设计一款全新的12kV真空断路器，其采用水压涨型外壳结构，为全封闭结构，防潮，防凝露，适用于高温潮湿地区;且性能稳定可靠，整体结构紧凑合理，具有体积小，重量轻的优点。采用永磁机构作为其操动机构，可实现手动或者电动分、合闸操作，并提供远端控制接口，可与控制器配套实现配电自动化。
　　针对断路器所配用的永磁操动机构，本文采用电磁场分析软件ANSOFT，对该机构的静态特性、动态特性分别进行了仿真研究，优化模型尺寸，达到了断路器的技术要求。分析了不同电容电压对分闸特性的影响，及不同电容电压和不同线圈匝数对合闸特性的影响。建立自动重合闸仿真系统，验证永磁机构及其控制系统的可靠性。在此基础上，制作了永磁操动机构样机。以ATmega16单片机为主控单元设计永磁机构的控制系统，采用IGBT桥式电路，有效地完成了永磁机构机械特性的型式试验。试验结果表明，所设计的永磁机构性能良好，有很好完成分、合闸及自动重合闸操作。
　　此外，断路器全新小型化的水压涨型外壳机构，紧凑的结构安排，使得三相之间距离较近。为了分析其绝缘性能，本文采用ANSOFT电场求解器，分别对断路器处于合闸状态时，动静端施加42kV电压，进行1min工频电压仿真分析，AB相动静端施加75kV电压，进行雷电冲击电压仿真分析;对断路器处于分闸状态时，AB相动端施加75kV电压，进行雷电冲击电压仿真分析。结果显示，内充0.12MPa SF6(20℃)气体的结构具有良好的绝缘性能。为进一步评估其绝缘能力，对其进行绝缘性能型式试验认证，结果表明，该设计拥有良好的工频耐压水平和承受雷电冲击电压的能力。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 永磁操动机构

1．2．2 断路器结构设计

1．3 论文研究内容及章节安排

2 断路器永磁机构特性分析

2．1 永磁机构工作原理

2．2 Maxwell有限元分析软件

2．2．1 2D静磁场求解理论

2．2．2 2D瞬态场求解理论

2．3 永磁机构静态特性分析

2．3．1 Maxwell静态磁场求解设置

2．3．2 静态特性结果与分析

2．4 永磁机构动态特性分析

2．4．1 Maxwell瞬态磁场求解设置

2．4．2 断路器分闸特性仿真分析

2．4．3 断路器合闸特性仿真分析

2．4．4 自动重合闸仿真系统

2．5 本章小结

3 断路器绝缘性能研究

3．1 静电场求解理论

3．2 建模及添加属性

3．3 42kV工频电压的电场分析

3．4 合闸AB相施加雷电冲击电压

3．5 分闸AB相施加雷电冲击电压

3．6 本章小结

4 断路器控制系统设计

4．1 永磁机构控制方式

4．2 控制电路硬件设计

4．2．1 控制电路主控模块

4．2．2 电容电压采集电路

4．2．3 IGBT驱动电路设计

4．3 控制系统软件设计

4．4 控制器干扰抑制

4．5 本章小结

5 断路器样机试验研究

5．1 机械特性试验

5．1．1 合闸特性试验研究

5．1．2 分闸特性试验研究

5．1．3 自动重合闸试验研究

5．2 绝缘性能试验研究

5．2．1 1min工频电压试验

5．2．2 雷电冲击电压试验

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢