超高压断路器液压操动机构的优化设计

论文摘要

断路器是电力系统中重要的控制和保护装置,在电网的正常运行中起着至关重要的作用。液压操动机构是断路器的核心部件之一,具有响应快、瞬时爆发大功率以及长期等待性等特点。针对目前产品中存在的可靠性低、冲击压力高等问题,对液压操动机构进行优化设计是本文的主要研究内容。本学位论文以550 kV超高压断路器液压操动机构为研究对象,对其分合闸性能及关键技术进行研究。全面分析了断路器液压操动机构、灭弧室和连杆机构的运动特性及其之间的耦合关系,建立了断路器整机联合仿真模型,试验验证了模型的精确性。完成了大流量/快动阀的研制、测试及分析工作,总结得出了两种不同控制阀系统下断路器分合闸性能差异的原因。仿真优化了高速液压缸台阶型内缓冲结构,大幅降低了系统的峰值压力。试验研究了系统压力对液压操动机构重合闸与分合闸特性的影响。对50MPa压力等级液压操动机构进行理论计算与仿真优化,获得了机构的关键设计参数,并对整机结构进行优化设计,设计出的液压操动机构满足550 kV超断路器分合闸性能要求。论文的主要结构如下:第一章,阐述了超高压断路器液压操动机构的研究背景及国内外研究现状,总结了当前液压操动机构亟需解决的关键技术问题,提出了本论文的研究内容。第二章,建立断路器整机联合仿真模型。对断路器灭弧室的工作原理进行分析和数学建模。引入灭弧室负载反力模型和连杆机构变传动比因素,联合液压操动机构的液压传动模型,建立了断路器整机联合仿真模型,试验验证了模型的精确性,为下一步液压操动机构的优化设计奠定基础。对液压系统中的关键密封件进行仿真研究,总结得出了密封件在工作过程中的应力分布及其密封机理。第三章,论述仿真模型在实际中的应用案例。对比试验与仿真结果,分析两种不同控制阀系统所组成的液压操动机构分合闸运动特性的差异。对比电磁铁、控制阀以及液压缸的特性曲线,总结得出了主阀阀口开度与异形阀口结构参数的不同是造成断路器合闸性能差异的原因。仿真优化了高速液压缸台阶型内缓冲的结构参数,提出了一组比较理想的台阶间隙和长度尺寸,大幅降低了系统的峰值压力。试验研究了系统压力对断路器重合闸与分合闸特性的影响,揭示了分合闸时间及速度随系统压力而变化的规律。第四章,50MPa压力等级液压操动机构的设计与优化。阐述了开发高压力等级液压操动机构的必要性和可行性。确立了液压操动机构的系统原理,对50MPa压力等级液压操动机构进行理论分析,搭建系统仿真模型,优化并提出了操动机构的关键设计参数,并对其结构进行集成式模块化设计,设计出的操动机构满足550 kV超断路器分合闸性能要求。第五章,总结了论文的主要研究工作,给出了主要的研究成果,对进一步的研究工作进行了展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 断路器及操动机构的概述
• 1.2 液压操动机构的发展概况及其研究现状
• 1.2.1 液压操动机构的发展概况
• 1.2.2 液压操动机构的研究现状
• 1.3 课题研究意义
• 1.4 课题研究目标
• 1.5 课题研究内容及研究方法
• 1.5.1 理论研究
• 1.5.2 仿真分析
• 1.5.3 试验研究
• 第二章 断路器整机联合仿真模型
• 2.1 液压操动机构仿真模型的建立
• 2.2 灭弧室仿真模型的建立
• 6灭弧室工作原理'>2.2.1 压气式SF₆灭弧室工作原理
• 2.2.2 灭弧室开断过程理论分析
• 2.2.3 灭弧室仿真模型
• 2.3 断路器整机联合仿真模型的建立
• 2.4 典型密封件的仿真研究
• 2.4.1 影响密封件密封性能的因素
• 2.4.2 O形圈与格莱圈的仿真分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 试验测试及仿真模型的应用案例
• 3.1 大流量/快动阀的研制及试验分析
• 3.1.1 电磁铁试验分析
• 3.1.2 先导阀试验分析
• 3.1.3 分合闸放大阀试验分析
• 3.1.4 主阀试验分析
• 3.2 高速液压缸台阶型内缓冲结构的优化
• 3.2.1 台阶型内缓冲结构仿真模型的建立
• 3.2.2 台阶型内缓冲结构参数优化
• 3.3 液压操动机构分合闸变压力特性分析
• 3.3.1 液压操动机构重合闸特性研究
• 3.3.2 系统压力的变参试验与分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 50MPa压力等级液压操动机构的设计
• 4.1 液压操动机构的理论计算
• 4.2 液压操动机构的仿真分析
• 4.3 液压操动机构主要元件的选型计算
• 4.4 液压操动机构整机结构优化
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果及奖励