论文部分内容阅读
电炮作为新型超高速发射装置,凭借优良的性能,在军工、航空航天、高压物理及高能量密度物理等研究领域取得了广泛而卓有成效的应用。中压开关柜内部电弧故障会造成设备的严重损坏并且时刻威胁着人身安全,因此,需要采取合理措施加以保护。本文针对触点电器传统操动机构的局限性及其技术发展趋势,并参照中压开关柜电弧故障保护需求,将军工电炮原理应用于解决中压开关关键技术问题,提出了基于电炮原理的新型中压快速接地开关技术,并对其结构设计、参数优化、动态特性及电弧故障快速保护能力进行深入研究,主要开展了以下研究工作:(1)阐述采用电炮操动机构的新型中压快速接地开关技术系统架构及其工作原理,研究新型电炮操动机构的选型及定型、机构反力特性的分析、电动斥力对合闸保持力的影响、永磁盘尺寸及驱动线圈参数的理论估算等。(2)利用Maxwell电磁场仿真软件建立电炮操动机构的轴对称二维有限元模型。依此,运用控制变量法详细分析了不同因素对电炮操动机构动态特性的影响。进一步地,提出了一种基于Matlab和Maxwell联合仿真计算的多结构参数优化方案,以完成行程时间最短作为目标函数,实现了电炮操动机构的设计参数综合仿真优化。(3)通过搭建高速摄像机电器动特性测试系统,测试实型电炮操动机构动特性,验证基于遗传算法的电炮操动机构多参数综合优化仿真结果的有效性与准确性,完成中压快速接地开关样机的研制,并分析该样机的合闸动作特性。(4)在电弧故障保护模拟实验系统中,利用所开发的中压快速接地开关样机、弧光发生装置及简易弧光检测装置,搭建模拟实验平台来验证本文提出的基于电炮原理快速接地开关灭弧方案的可行性,实现了单相对地及相间电弧故障的快速保护模拟实验。结果表明,采用电炮操动机构的快速接地开关技术,可在预期的时限内模拟实现电弧故障的检测与快速保护。本文将电炮技术引入到触点开关电器,利用电炮操动机构结构简单、动作快速的特性,为优化触点电器操动机构分合闸动特性提供了一种新的理论思路与技术方法;设计开发中压快速接地开关样机,为新型电炮操动机构技术概念提供实型结构;结合所开发的电弧发生装置及简易弧光检测装置,研究了采用电炮操动机构的中压快速接地开关样机的电弧故障快速保护能力,为实现中压开关柜电弧故障保护奠定了技术基础。