斥力机构、直流开关

三种大容量高速开关的比较范玉洁;杨琪【摘要】介绍了三种大容量高速开关,一是爆炸式可恢复大容量高速开关柜,二是快速涡流驱动开关,三是快速永磁断路器.比较了各开关的技术性能与特点.【期刊名称】《冶金动力》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】2页(P12-13)【关键词】大容量;高速;开关【作者】范玉洁;杨琪【作者单位】山东冶金设计院股份有限公司,山东济南 250101;山东冶金设计院股份有限公司,山东济南 250101【正文语种】中文【中图分类】TM564.1大容量高速开关主要应用于小型发电机组的出口，采取大容量高速开关柜与电抗器并联的方式，发电机组正常运行时通过大容量高速开关柜上网，当出现内外部短路等大电流故障时，大容量高速开关可切除故障，发电机组瞬间切换至电抗器，通过电抗器上网，由于电抗器阻值较大，能在一定时间内起到限制大电流的作用，当外部短路故障切除后，发电机组仍然能够继续正常运行，起到保护发电机组的作用。

目前主要有三种大容量开关，一是爆炸式可恢复大容量高速开关，二是快速涡流驱动开关，三是快速永磁断路器，现就三种大容量开关进行比较。

1.1 主要配置1.1.1 桥体：简称“FS”，其冷态直流电阻值的范围为5～20uΩ，在正常情况下，主回路中的电流从FS上流过。

在主回路出线故障的情况下，FS在脉冲电流的作用下，在不大于150us的时间内断开。

桥体开断后无气流和烟雾喷出，对柜内绝缘无损坏。

1.1.2 熔断器：简称“FU”，其冷态直流电阻值的范围为5～20 mΩ，在正常情况下，主回路中电流从FU上流过的不超过1%。

在主回路出线故障的情况下，FS开断后，短路电流进入FU，在不大于0.5 ms的时间内FU熔断，并产生足够的弧压。

分断时间：（a）截流时间≤1 ms；（b）电流衰减为0 时，时间≤3 ms。

1.1.3 非线性电阻：简称“FR”，其冷态直流电阻值为无穷大，在正常情况下，主回路中电流不从FR上流过。

基于电磁斥力机构的快速接地开关的仿真与设计吴振跃;谭东现;肖登明【摘要】快速接地开关通过装置的快速动作形成的金属性短路熄灭故障电弧,从而保障设备以及人身安全。

通过理论分析以及有限元仿真软件（ansoft）研究了快速接地开关最重要的两部分：电磁斥力机构以及永磁保持机构。

通过改变电磁斥力机构的结构和电气参数获得了这些参数之间的关系并且设计了新型快速接地开关。

仿真结果表明,样机的反应以及合闸时间都与设计相符,达到了快速接地开关的设计要求。

【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2014(000)018【总页数】7页(P18-24)【关键词】电磁斥力机构;永磁保持机构;弧光保护;快速接地开关【作者】吴振跃;谭东现;肖登明【作者单位】上海交通大学电气工程系,上海200030;;;【正文语种】中文【中图分类】TM5610 引言中低压开关设备中出现故障电弧的概率很小，但却无法避免［1］。

近年来国内中压领域弧光短路故障频发，弧光短路故障一旦发生就会造成设备的严重损坏并且时刻威胁着运行维护人员的安全，因此，中低压开关设备中需要采取措施加以防止。

目前，电弧故障的防止主要有主动和被动两种方法［2］。

被动方法主要是指在开关设备内采取释压措施用以释放故障电弧产生的压力以及热效应，这是开关柜中普遍采用的方法，但效果并不显著。

另一种就是主动方法，通过将故障电弧消除在萌芽中用以消弭其产生的巨大破坏。

超速接地开关通过快速动作形成的金属性短路熄灭故障电弧，从而保障设备以及人身安全。

弧光保护装置由弧光检测单元、过电流检测单元、逻辑处理单元以及快速接地开关等几部分组成［1］。

当中压开关设备内出现内部弧光短路故障时，开关柜弧光保护装置的弧光探头以及电流检测单元在检测到过阈值之后会向快速接地开关以及上游断路器发出跳闸指令，由快速接地开关将弧光故障短路成金属性短路，通过快速熄灭电弧来保护开关柜以及操作人员安全，最后再由上游断路器清除故障电流。

混合式直流断路器直流断路器国内外研究现状⼀、⼀、直流断路器国内外研究现状直流断路器研宄所⾯临的主要问题即如何提升其开断速度与开断容量，针对传统低压开关设备难以满⾜快速开断和⼤容量开断需求，电⼒电⼦开关则存在通态损耗⼤、系统成本⾼等问题。

对综合了机械开关与电⼒电⼦开关优点的混合式直流断路器开展了⼀系列研宄。

直流输电系统的故障开断过程与交流输电不同，直流系统本⾝不存在电流过零点，因此断路器直接开断时难以⾃⾏熄灭电弧；由于直流系统的电感远⼤于交流系统，输电回路中存储⼤量能量难以快速释放；断路器开断过程中，断⼝两端电流迅速下降，使断路器承受极为陡峭的暂态恢复电压（TVR）。

为使直流直流输电系统能快速有效的分断故障电流，国内外学者设计了多种直流开断⽅式。

(1) 电弧耗能开断通过电弧燃烧耗散直流系统中存储的能量，待系统中能量不⾜以继续维持电弧燃烧，电弧熄灭，完成直流故障分断。

(2) 电流转移开断通过在机械开关上并联换流⽀路，将故障电流从机械开关转移⾄换流⽀路，为机械开关创造⼈⼯电流过零点，使电弧易于熄灭，直流系统存储的能量则由附加的能量耗散装置消耗。

①　空⽓直流断路器v 空⽓式直流断路器组成：分合闸机构、过流脱扣器、吹弧系统、栅⽚灭弧室；v 特点：开断容量⼤、控制相对简单；v 产品成熟：1、美国GE公司的Gerapid直流快速断路器（额定电压1-3.6kV，额定电流2.6-6kA，预期分断电流30-75kA）2、瑞⼠SECHERON公司的UR系列直流断路器（额定电压0.9-3.6kV，额定电流1.5-8kA，预期分断电流40-125kA）3、ABB公司在2016年推出轨道交通全新 1.8kV/1.5kA/30kA⾼速直流断路器DCBreak；4、韩国FKI、德国西门⼦、德国Balfour Beatty Rail、法国Saft Power Systems等公司都有已研发出低压直流开关设备5、国内平⾼集团2018年研制了1.8kV/80kA⼤容量直流快速断路器，中船重⼯712⾃主研发了ZDS3国产直流快速断路器（额定电压0.9kV/1.8kV，额定电流4kA，开端电流125/80kA）6、西安交⼤与⼤全集团研制了4kV/70kA空⽓介质直流断路器。

电磁斥力机构的参数匹配与优化设计温伟杰;李斌;李博通;黄瑜珑;贾懿妮【摘要】基于电磁斥力机构的快速开关是直流断路器中的关键设备,其操动速度直接决定了直流断路器的动作时间.该文针对电磁斥力机构的参数匹配特性和优化设计方法展开研究.首先,通过将金属盘等效为单匝线圈对电磁斥力机构的仿真模型进行了简化;搭建了40.5 kV快速真空开关样机,基于样机试验验证了仿真模型的有效性.然后,基于简化后的仿真模型,将影响电磁斥力机构操动特性的多个变量凝练为3个与操动特性直接相关的特征参量,得到了电磁斥力机构的参数匹配规律并从解析角度给出了解释.最后,基于参数匹配规律,提出了电磁斥力机构参数设计原则,进而得到了一种快速而有效的电磁斥力机构参数优化设计方法.在满足快速开关设计要求的前提下,该设计方法可实现电磁力峰值最小和操动效率最高的综合优化目标,为快速开关向高电压及快速性方向发展奠定了基础.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)017【总页数】11页(P4102-4112)【关键词】电磁斥力机构;快速开关;参数匹配;优化设计【作者】温伟杰;李斌;李博通;黄瑜珑;贾懿妮【作者单位】智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津 300072;智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津 300072;智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津300072;电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京100084;国网北京市电力公司北京 100031【正文语种】中文【中图分类】TM561快速开关是高压直流断路器的关键部件[1,2]，其操动速度决定了直流断路器动作时间。

以往所研制的快速真空开关电压等级多分布在10~20 kV，若不提升其电压等级，则±160 kV、±200 kV及±500 kV直流断路器[3-5]需串联真空断口数为十几个甚至几十个，断路器可靠性急剧下降。

电磁斥力机构设计方法姜楠;任志刚【摘要】A design method and process for a common structure of the electromagnetic repulsion mechanism used in the middle voltage hybrid circuit breaker are presented, and confirmation is made by the simulation in the ANSOFT MAXWELL.%本文针对中压混合断路器对电磁斥力机构的需求，对一种较常用的结构形式，提出了设计方法与步骤，并在有限元仿真软件ansoft Maxwell中建模仿真进行验证，验证了设计的可靠性。

【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2012(032)012【总页数】3页(P62-64)【关键词】电磁斥力机构;设计方法;中压混合断路器【作者】姜楠;任志刚【作者单位】武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TM5610 引言早在 1972年，S.Basu就在公开文献中提出基于涡流原理的电磁斥力机构[1]，其原理示意图如图1所示，储能电容对励磁线圈脉冲放电，与励磁线圈临近的金属盘感应出与励磁电流方向相反的涡流，从而产生电磁斥力。

图1 电磁斥力机构的基本原理图该机构的突出优点是动作速度极快，触动时间在百微秒级，传统的弹簧机构、液压机构等都是毫秒级，但是行程较短，通常只有十几毫米。

由于当时短路电流水平较低，常规的断路器足以开断。

因此没有得到重视与发展。

近年来，随着对触头分断速度有极高要求的中压混合直流断路器以及真空灭弧室的发展，电磁斥力机构得到了国内外学者越来越多的研究。

日本三菱电气的学者和山东大学的李庆明等人分别将斥力盘等效为一匝线圈和多匝线圈，推导出了计算电磁斥力机构出力特性与运动特性的解析方法。

基于耦合负压原理的10kV直流负荷开关设计
李伟;谢文刚;刘博;宋中建;张志成;屈鲁
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2024(60)5
【摘要】为满足柔性直流配电系统负荷电流频繁投切对开关操作寿命的高要求,解决直接采用直流断路器方案成本高、体积大的难题,文中研究了一种基于耦合负压原理的直流负荷开关方案。

首先对其拓扑和工作原理进行了介绍,然后设计了基于双动结构和电磁斥力机构的主支路快速机械开关、基于耦合负压装置的换流单元和采用反串联拓扑的电力电子开关阀单元,最后,根据苏州某换流站工程需求,研制出10 kV耦合负压型直流负荷开关样机并进行试验验证。

结果表明:所研制的10 kV 直流负荷开关可在3 ms内开断额定电流和最大开断电流,且能连续动作,体积为目前国内同等参数最小,并具有低损耗、高机械寿命和高可靠性的优点,完全满足工程要求,同时为后续直流负荷开关产品的开发提供了参考。

【总页数】11页(P20-30)
【作者】李伟;谢文刚;刘博;宋中建;张志成;屈鲁
【作者单位】山东泰开高压开关有限公司;清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TM7
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