机械专业英语论文Word文件下载.docx

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建立一个原型花费了大约16个月的时间，它的主要技术指标如表1所示。

2、126KV真空断路器的结构

126KV单断真空断路器的原型如图1所示。

图中，三个真空灭弧室分别组装在各自的瓷套1上。

瓷绝缘支座2安装在横向钢支架3上，三个永磁操作机构4分别安装在每个瓷绝缘支架2的末端，永磁操作机构4由控制箱5进行电控，从而实现同步开关。

在横向钢支架3和钢基座7之间焊接有两个钢支撑6。

真空断路器安装在水泥块上。

相邻真空灭弧室之间的距离是1700mm，整个断路器的高度接近5000mm.

3电极分析

3.1、A型轴向磁场电极

图2所示为A型轴向磁场电极的结构。

如图3所示，在真空灭弧室中，当电流通过线圈时会产生一个磁场。

在峰值电流时，分布于接触体间隙的中间面的轴向磁通密度如图4所示，图中，在峰值电流平均值为40KA、接触体直径为100mm、接触面气隙为60mm时，中间面的最大轴向磁通密度为0.205T。

合成电路测试表明，配有A型电极轴向磁场的真空灭弧室模型很好的中断了一个平均电流为40KA的短路电流。

3.2、B型轴向磁场电极

图5所示为B型轴向磁场电极的结构。

电流通过导引棒1流经线圈2，再进入接触圆板3，穿过圆板电流流经与之对应的圆板4、线圈5和棒6。

当电流通过线圈2和线圈5时就产生了轴向磁场，峰值电流时，轴向磁场在接触气隙中间平面的分布如图6所示。

图中，在峰值电流平均值为40KA、接触体直径为100mm、接触面气隙为60mm时，中间面的最大轴向磁通密度为0.356T，这比A型轴向磁场电极时增加了74%。

合成电路测试表明，配有B型电极轴向磁场的真空灭弧室模型很好的中断了一个平均电流为40KA的短路电流。

3.3、C型轴向磁场电极

图7所示为C型轴向磁场电极的机构，它是一个双极轴向磁场电极。

如图8所示，电流经过导引轴，分成两路通过线圈，再流到一个连接圆盘，接着通过两个真空灭弧装置，此后，电流流经与之对应的连接盘，连个线圈以及导引轴。

故而，在导引轴的两旁产生方向相反的感应磁场。

在峰值电流平均值为40KA、接触体直径为100mm、接触面气隙为60mm时，中间面的最大轴向磁通密度为0.202T。

4、硅油浇注技术

在高压真空断路器中，SF6是一种候选绝缘物质。

考虑到其温室效应，我们采用Okubo和Yanabu的建议，尝试用硅油来替代作为126KV真空断路器的外部绝缘物质。

硅油是一种透明的物质，它的浇注技术如下：

1）先用蒸馏水清洗磁套内腔，再用100%的乙醇清洗。

2）如图9所示，将磁套内腔抽成真空。

首先，打开真空阀将内腔压力抽到0.2Pa；

其次，保持真空度在0.2-0.3Pa的同时打开硅油阀让硅油自由的流到内腔中直到达到指定的高度；

第三，再次打开真空阀将油上的剩余空间抽成0.5Pa；

最后，关闭真空阀打开N2控制阀，让N2将空间的压力充至1Pa。

3）24小时之后，观察N2压力计看N2压力是否正常从而判断硅油浇注是否成功。

5、关于额定电流的研究

图1所示126KV真空断路器的的额定电流的有效值为1600A。

为了提高它的有效电流，在断路器上安装了散热器，以提高它的额定电流水平。

图10为本断路器的散热器的布局。

如图11所示，为了提高126KV真空断路器的性能，在出口终端测出温升。

测试结果表明，当额定电流的有效值为2000A时出口终端的温升为30K，这满足了中国的国家标准。

当额定电流为2000*1.2=2400A时的额外温升测试结果表明，它既满足中国国家标准又满足ICE标准。

这表明，借助于散热器技术额定电流由1600A增加到了2000A。

6、大行程永磁操作机构的开发

永磁操作机构的结构非常简单，它的组成部件数仅为传统弹簧操作机构的25-40%。

此外，它还具有高可靠性和长达100000次操作寿命等优点。

永磁操作机构已经出现在市场上，使用于真空断路器后得到了很多的共同好处。

我们开发了一种用于126KV真空断路器的大行程真空断路器，它的行程为60mm，平均分闸速度为3.5-4m/s。

此外，永磁操作机构实现了同步操作，这进一步提高了高压真空断路器的性能。

由于永磁操作机构的性能稳定，它可以用于控制分合闸时间为500us的真空断路器。

当电流很低时，真空灭弧室很容易停止工作。

根据我的经验，这将增加额定断路断开电压20-25%。

在合闸操作时，冲击电流将减至0左右。

7、结论

本文介绍了中国首个126KV真空断路器的设计特点，即：

1）用硅油作为真空灭弧室的外部绝缘物质。

2）增设了散热器，使真空断路器的额定电流增至2000A。

3）利用永磁操作机构来实现同步开关操作。

126kVVacuumCircuitBreakerDebutedinChina

JimeiWang

（DepartmentofElectricalEngineering,Xi'

anJiaotongUniversityXi'

an710049,ShaanxiProvince,P.R.China）

Abstract-Asinglebreak126kVvacuumcircuitbreakerdebutedinChinaisintroduced.Configurationof126kVvacuumcircuitbreakerandconfigurationofitselectrodeareillustrated.Particularly,siliconeoilisusedasexternalinsulationofvacuuminterrupters.Heatradiatorsaredesignedforraisingratedcurrent.Permanentmagnetactuatorswithlongstrokearedevelopedforimprovingperformanceofthevacuumcircuitbreaker.

I.INTRODUCTION

Aprojectofresearchinganddeveloping126kVsinglebreakvacuumcircuitbreakerisbeingdonebycooperationofXi'

anJiaotongUniversity,vacuuminterruptermanufacturersandvacuumswitchgearfactoriesinChina.Ittooknearlysixteenmonthstofinishaprototype.ItsmaintechnicalobjectivesareshowninTable1.

II.CONFIGURATIONOF126kVVACUUMCIRCUITBREAKER

The126kVsinglebreakvacuumcircuitbreakerprototypeisshowninFig.1,whichshowsthreevacuuminterruptersareindividuallyassembledineachporcelainbushing1.Porcelaininsulatingsupport2ismountedonahorizontalsteelbracket3,andthreepermanentmagnetactuators4areseparatelyinstalledattheendofeachinsulatingporcelaininsulatingsupport2,whichareelectronicallycontrolledbycontrolbox5,thussynchronizationswitchingcouldberealized.Twosteelvacuuminterrupterthatisassembledinporcelainbushing,2-porcelaininsulationsupporters,3-horizontalsteelbracket,4-permanentmagneticactuator,5-controlbox,6-steelsupportingstand,7-steelbasesupportingstands6areweldedbetweenhorizontalsteelbracket3andsteelbase7.Thevacuumcircuitbreakerisfixedonacementblock.Thedistancebetweenvacuuminterruptersis1700mmandthetotalheightofthebreakerisapproximately5000mm.

III.ELECTRODEANALYSIS

A.Axialmagneticfieldelectrode-TypeA

ConfigurationoftypeAaxialmagneticfield（AMF）electrodeisshowninFig.2.J1'

Magneticfieldisgeneratedwithcurrentpassingthroughcoilsanditappliesonvacuumarc,whichisshowninFig.3.TheaxialmagneticfluxdensitydistributiononintermediateplaneofcontactgapatcurrentpeakisshowninFig.4.Itshowedthatmaximumaxialmagneticfluxontheplaneis0.205Tatcurrentpeakwithcurrent4OkArms,contactdiameter100mmandcontactgap60mm.AsyntheticcircuittestshowedthatavacuuminterrupterprototypewiththetypeAAMFelectrodesuccessfullyinterrupteda4OkArmsshortcircuitcurrent.

B.Axialmagneticfieldelectrode-TypeB

Fig.5showsconfigurationoftypeBAMFelectrode.21Currentflowsthroughconductingrod1,thenitgoesoneroundincoil2anditenterscontact3.Bypassingthrougharc,currentflowsthroughcounterpartcontact4,coil5androd6.AMFisgeneratedwithcurrentpassingthroughcoil2andcoil5,anditsdistributiononintermediateplaneofcontactgapatcurrentpeakisshowninFig.6.Themaximumaxialmagneticfluxdensityontheplaneatcurrentpeakis0.356Twithcurrent40kArms,contactdiameter100mmandcontactgap60mm,whichis7400higherthanthatoftypeAAMFelectrode.SyntheticcircuittestalsoprovedthatavacuuminterrupterprototypewithtypeBelectrodecansuccessfullyinterrupta40kArmscurrent.

C.Axialmagneticelectrode-TypeC

Fig.7showsconfigurationoftypeCAMFelectrode[3].

ItisabipolarAMFelectrode.AsshowninFig.8,currentpassesthroughaconductingarm,thenitdividesinto2branchesinacoil.Afterthatcurrentgoesintocontactplateanditpassesthrough2vacuumarccolumns.Thereafteritenterscounterpartcontactplate,2coilbranchesandconductingarm.Sotheinducedmagneticfieldhaveoppositedirectionsat2sidesofconductingrods.Themaximumaxialmagneticfluxdensityonintermediateplaneofcontactgapatcurrentpeakis0.202Twithcurrent40kArms,contactdiameter100mmandcontactgap60mm.

IV.SILICONEOILPOURINGTECHNOLOGY

SF6isanexternalinsulationcandidateinhighvoltagevacuumcircuitbreaker.Consideringitsgreenhouseeffects,siliconeoilwastriedasanreplacementofSF6asexternalinsulationof126kVvacuumcircuitbreaker,assuggestedbyOkuboandYanabu.41Siliconeoilisakindoftransparentliquids.Itspouringtechnologyisasfollowing:

1）Tocleanporcelainbushingcavitywithdistilledwaterandthenuse10000ethylalcohol;

2）ToVacuumizetheporcelainbushingcavityasillustratedinFig.9.First,openthevacuumvalvetovacuumizethecavityto0.2Pa.Second,keepvacuumdegreeat0.2-0.3Paandgraduallyopenthesiliconeoilvalveandletsiliconeoilfreelyflowinthecavitytillreachingaspecifiedheightlevel,thenclosethevacuumvalve.Third,reopenthevacuumvalvetovacuumizetherestspaceovertheoilto0.5Pa.Finally,closethevacuumvalveandopentheN2gasvalvetochargeN2intothespacetillto1Pa.

3）ThesuccessofoilpouringtechnologycanbeexaminedbycheckingtheN2pressureatnormalpositionornotwithobservingthegaugeafter24hours.

V.RESEARCHONRAISINGRATEDCURRENT

Ratedcurrentof126kVvacuumcircuitbreakershowninFig.1is1600Arms.Toraiseitsratedcurrent,heatradiatorsareinstalledonthebreakertoimproveitsratedcurrentlevel.Fig.10showsthelayoutofheatradiatorsattachedtothisbreaker.Temperaturerisewasmeasuredfortheimproved126kVvacuumcircuitbreakerprototypeatanoutletterminal,asshowninFig.11.Testresultsshowedthattemperatureriseattheoutletterminalwas30Kwithratedcurrent2000Arms,whichmeetstherequirementsofChinesestandard.Anadditionaltestfortemperatureriseatratedcurrent20001.2=2400AshowsthatitstillsatisfiestheChinesestandardandIECstandard.Thisshowedthatratedcurrentwasincreasedfrom1600Ato2000Abytheheatradiatorstechnology.

VI.DEVELOPMENTOFHIGHSTROKEPERMANENTMAGNETACTUATOR

Constructionofpermanentmagnetactuatorisquitesimple.Itspartsnumberisonly25-4000ofspringtypeactuator.Besides,ithasmeritsofhighreliableperformanceandlongmechanicallifethatisapproximately100,000operations.Sincepermanentmagnetactuatorappearedonthemarket,ithasdrawnacommoninterestinvacuumcircuitbreakers.Wedevelopedahighstrokepermanentmagnetactuatorfor126kVvacuumcircuitbreaker.Itscontactstrokeis60mmandaverageopeningvelocityis3.5-4m/s.Moreover,synchronizationswitchingcanberealizedbypermanentmagnetactuatorthatcanfurtherimproveperformanceofhighvoltagevacuumcircuitbreaker.Becauseperformanceofpermanentmagnetactuatorisstable,itcanbeusedtocontrolthecontactsofvacuum

circuitbreaker,whichopenorcloseatabout500spriortocurrentzero.Withmuchlowercurrentvacuumarciseasytoextinguish.Bymyexperiencethismayraisetheratedshortcircuitbreakingcurrentby20-25%.Andinclosingoperation,rushcurrentcanbereducedtonearlyzero.

VII.CONCLUSIONS

Designfeaturesofsinglebreak126kVvacuumcircuitbreakerdebutedinChinaisintroduced,whichinclude:

1）Siliconoilisusedasexternalinsulationofvacuuminterrupters.

2）Ratedcurrentofthevacuumcircuitbreakerwasraisedto2000Awithheatradiators.

3）Synchronizationswitchingcanberealizedbypermanentmagnetactuator.