杨飞——2024电工技术前沿论坛.pptxVIP

西安交通大学荣命哲杨飞吴益飞吴翊等;研究背景;电力开关装备是实现电力系统能源调度、模式转换、故障切除的核心装备，是各类电力系统的卫士，其作用体现在发-输-配-用各个环节。;大型舰船XX系统升级换代;1.2开关电力装备面临的挑战——直流开断;1.2开关电力装备面临的挑战——高直流分量交流开断;缩短故障切除时间可降低短路电流持续时间，减小故障对电网及用电设备的冲击；同时可降低系统备用发电机容量，提升整个电网的经济性。;研究背景;2电流零点调控技术—①依靠电弧电阻限流过零;反向人工过零技术（电流注入式技术）采用预充电电容器注入反向电流，在机械断口中创造电流过零点，但是电容长期预充电，体积大，快速重合闸需要备用电容，小电流转移时断口易击穿。;电力电子转移过零技术（混合式技术）采用电力电子器件关断实现机械断口电流转移，进而在机械断口中创造电流过零点，但是电力电子器件需要承担额定电流，损耗高，需要冷却，成本昂贵。;LC谐振支路;研究背景;保障弹射上舰;;3.1舰船大容量直流开断技术——研究难点;;发明了直流断路器脱扣与分闸合二为一的新方法及脱扣能量和变转矩电动斥力联合驱动的快速操动机构，使得分闸和脱扣两个原本相互独立的过程能够一次完成，解决了分闸速度难以提升的问题。;发明的操动机构与国际最先进的赛雪龙产品相比，速度提升了1.6倍，短路故障切除时间12ms，比瑞士赛雪龙产品缩短了33%。;开发了大容量直流断路器，通过德国IPH试验站权威检测，分断容量比国际最先进的产品提高了近1倍，为世界同类产品最高指标。;3.1舰船大容量直流开断技术——推广应用;3.1舰船大容量直流开断技术——推广应用;?构建以新能源为主体的新型电力系统，是“十四五”及中长期我国能源结构转型的核心任务，也是支撑“双碳”战略目标的重要途径。

?直流电网是国际公认的可再生能源并网和消纳的理想途径。;必须采用直流断路器;3.2新能源并网直流开断技术——弧压增强直流开断新方案;发明了机构高速分闸与断口吹弧一体化新结构，百μs内断口弧压可提升6倍以上，开断时间缩短36%，直流故障切除世界最快。;;10kV/15kA直流断路器;;研究背景;;ABB公司在国际上百万千瓦大容量发电机断路器领域中处于一家独大的垄断地位。但仍存在开断速度慢和不环保的问题。;;开断新思路：选取短路电流窗口期，创造电流过零点，实现环保快速开断;为发电机断路器的研制提供了新途径，实现了对国外技术的跨越式变革。;发电机出口短路电流峰值高达685kA，自然冷却额定电流28.5kA，必须采用多断口并联方案，然而已有的耦合电抗器并联均流等方法，在大电流条件下体积太大无法应用，必须提出新的静态均流方法。;揭示了基于多断口并联结构电路杂散参数以及感应磁场分布的并联均流多因素协同调控机制，针对复杂磁场工况，提出了综合考虑幅值与相位的多断口静态均流评价指标。;提出了基于循环通道涡流磁场调控的超大电流多断口并联静态均流方法，均流系数可达96.9%，大幅提升了超大电流冲击耐受能力。;;获得了磁场调控下，真空电弧伏安特性对并联断口电流转移演化的影响规律，揭示了“机构特性-电弧特性-转移阻抗”多因素联合的动态均流调控机制。;建立燃弧时间、电弧能量、转移电流强度、di/dt、触头开距与并联断口弧后击穿特性的匹配关系，提出抑制恢复电压上升率与幅值的断口开断特性提升方法。;Δt=20us;;提出了基于电动斥力补偿和非对称真空灭弧室触头结构的大电流电磁热力耦合机理与调控方法，研制了低接触电阻、低运动质量、高通流能力、高动热稳定电接触系统，实现了多参数性能协同提升。;颠覆传统依赖自然过零的SF6灭弧技术路线，开发了国际首台210kA三相样机，通过了对称短路、非对称短路、失步、负荷电流等开断试验，为解决我国百万千瓦发断卡脖子问题奠定了基础。故障切除时间比ABB产品缩短50%以上，完全环境友好。;研制的大容量发电机快速断路器产品，在权威机构通过了机械寿命试验，85kV工频耐压绝缘试验，159kV雷电冲击绝缘试验，达到了核电水电主力机组发电机断路器的应用需求。;研制的大容量发电机快速断路器产品，在权威机构通过了额定电流25kA（自然冷却）及40kA（强迫风冷）的温升试验，达到了核电水电主力机组发电机断路器的额定电流参数要求。;长期以来，电力开关装备依赖经验设计，存在研发成本高、周期长、无法优化等问题，亟需实现设计方法的变革，面临以下挑战：;电弧等离子体基础参数包含4大类共17种数据类别，然而由于电弧介质复杂、组分多样，导致电力开关设备设计所需的复杂组分和多相体电弧参数数据缺失。;创建了键能计算与能级分析结合、相变与非平衡度关联、库伦作用与粒子密度迭代3个层面的计算新方法，可获取任意介质的电弧组分及热力学参数，填补