配永磁机构真空断路器的预击穿特性研究

摘要

选相合闸，即断路器在交流电压的指定相位合闸。在选相合闸过程中，实际合闸相位角与设定相位角总有一定偏差，特别预击穿的影响更是可能带来极大的偏差。由于系统电压的变化与触头表面的变化使相邻两次合闸之间预击穿特性总是变化的，因此只能在线的统计预击穿特性的变化规律，并预测以后的变化规律，并把这些规律综合到控制算法中，从而保证断路器控制的精度与稳定。本文以铁路供电系统中断路器智能控制技术的实际问题为基点，结合国家自然科学基金项目“无涌流自动过分相关键技术的研究”子项——预击穿特性的研究，分析了配永磁机构高压真空断路器的预击穿特性。
　　 断路器合闸时间分散对预击穿特性有一定的影响，而引起开关动作时间分散性的因素主要包括操动机构动作时间的分散性、控制信号的分散性。因此需要应用BP神经网络和自适应算法补偿实时环境（温度和控制电压）下的操动时间来减小操动机构分散性，并且选取高精度的电子器件可以减小控制信号的分散性。
　　 本文在总结分析真空触头间隙击穿机理的基础上，通过对真空断路器进行直流与工频交流预击穿实验，研究了真空断路器的预击穿特性。在根据实验数据拟合出真空断路器的击穿电压与间隙的关系式后，通过对实验数据的分析研究了合闸速度对预击穿特性的影响，并且比较了在相同触头间距时，工频交流电压条件下与直流条件下的耐压强度。实验结果证明，真空断路器合闸时，触头间隙的预击穿电压是触头间距的非线性函数，并与静态击穿特性有所不同。实验发现在合闸速度超过某一临界值时，触头间绝缘强度会有一定程度的下降；并且在相同触头间距条件时，交流条件下的耐压强度与直流耐压强度近似相等。。
　　 最后，为了得到预击穿间隙与预击穿电压的关系模型，根据实际试验得到的数据进行BP神经网络训练，并建立了三层（即一个隐含层）BP神经网络模型。该网络输入输出层都只有一个结点，隐含层有六个结点。该模型能够将预击穿间隙与预击穿电压关系式的误差控制在很小的范围内。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 引言

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外研究现状和不足

1.3 本文的主要工作

2 真空间隙击穿理论

2.1 真空间隙绝缘击穿的机理

2.1.1 场致电子发射

2.1.2 微粒迁移

2.1.3 粒子交换

2.2 真空开关的预击穿现象

2.3 影响真空间隙预击穿的因素

2.3.1 触头材料及开距

2.3.2 触头表面状况

2.3.3 横向磁场

2.3.4 真空度

2.3.5 老炼作用

2.4 小结

3 合闸时间分散性及其补偿

3.1 操动机构动作时间的分散性

3.1.1 控制电压的影响

3.1.2 环境温度的影响

3.1.3 老化和磨损的影响

3.2 合闸时间分散性的补偿

3.2.1 控制电压和环境温度的补偿

3.2.2 老化和磨损的补偿

3.2.3 控制信号离散性的补偿

3.3 基于合闸时间分散性的最佳合闸相位

3.3.1 最佳合闸相位计算方式

3.3.2 仿真结果与分析

3.4 小结

4 预击穿试验及结果分析

4.1 永磁机构控制原理

4.2 选相合闸原理

4.3 控制界面

4.4 位移的测量

4.5 试验线路搭建

4.6 试验结果分析

4.6.1 预击穿特性分析

4.6.2 合闸时间分散性

4.6.3 合闸速度对预击穿的影响

4.6.4 工频交流电压与直流电压下预击穿特性的比较

4.7 小结

5 基于BP神经网络的预击穿特性建模

5.1 人工神经网络概述

5.1.1 神经网络学习的原理[39]

5.1.2 人工神经网络的优缺点

5.1.3 BP神经网络学习过程

5.2 BP网络的建模

5.2.1 BP网络结构的设计

5.2.2 BP网络训练

5.2.3 BP神经网络训练结果

5.3 小结

6 结论

参考文献

附录 Matlab神经网络建模程序:

作者简历

学位论文数据集