基本信息
- 项目名称：
- 7500kV冲击电压发生器充电开关系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品涉及一种冲击电压发生器充电开关，使冲击电压发生器在进行绝缘冲击耐受或放电实验时提供安全高效的特高压冲击放电电压。其采用整体受拉预应力的绝缘杆操动拉簧式分合开关单元，配合电极调整套实现多级开关同步动作，用大旋绕比的导电弹簧实现充电电阻的串并联隔离；操动机构仅由绝缘杆在垂直方向上下移动；利用预应力调整装置、张紧及位置调整装置提高传动精度；所有功能模块协调动作，实现开关精确、同步、安全开合。
- 详细介绍：
- 设计目的： 本作品涉及一种冲击电压发生器充电开关，使冲击电压发生器在进行绝缘冲击耐受或放电实验时提供安全高效的特高压冲击放电电压。 工作原理： 采用整体受拉预应力的绝缘杆操动拉簧式分合开关单元，配合电极调整套实现多级开关同步动作，用大旋绕比的导电弹簧实现充电电阻的串并联隔离；操动机构仅由绝缘杆在垂直方向上下移动；利用预应力调整装置、张紧及位置调整装置提高传动精度；所有功能模块协调动作，实现开关精确、同步、安全开合。 系统组成： 由操动单元（预应力调整、位置调整、张紧装置）、开关单元、驱动单元与控制单元等功能模块组成。 验证结论： 实验测得每级开关单元同步动作误差不超过0.02mm；在实现2500μs的长波前操作全压冲击电压实验时的效率可达60%以上，满足超高压或特高压长波前操作冲击实验的需要。 创新点： 1.采用整体应力式操动杆驱动多级开关单元，保证电极开合同步； 2.采用拉簧式隔离充电电阻的方法，开关动作占用空间小； 3.在平面上以最小的面积实现充放电本体及开关的多级组合安装，节省安装空间； 4.采用预应力调整、张紧及位置调整装置，精密调节开关的同步精度及触点压力，安全可靠，寿命长。 所涉及的主要创新点，已申报国家发明专利和实用新型专利，其专利申请号和名称为： 201110112712.9冲击发生器充电电阻拉簧式隔离开关 201120136519.4冲击发生器充电电阻拉簧式隔离开关 应用前景: 本作品是一种可以广泛应用于电力行业的高压多级联动开关系统，可提高设备运行效率、提实验数据的真实性和可重复性，安全可靠，节省能源；亦可作为冲击发生器间隙点火开关、接地开关用。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的： 本作品涉及一种冲击电压发生器充电开关系统，以控制冲击电压发生器在进行绝缘冲击耐受或放电实验时提供安全高效的特高压放电电压为目的。 基本思路： 借助计算机辅助设计，采用模块化设计理念，进行总体方案的设计和论证，通过实体建模、仿真计算，利用ANSYS软件进行运动和动力学仿真,确定主要参数，进行样机制作、实验验证，优化主要技术参数。此开关系统包括:动力单元、操动单元、开关单元、防抖动装置、位置调整装置以及控制检测装置等。 创新点: 1）采用整体应力式操动杆驱动多级开关单元,保证开关电极同步开合； 2）采用大旋绕比弹簧作为开关电极的导流元件，有效的减少了操作空间，保证了安全距离； 3）采用位置调整装置及防抖动装置，保证了操动杆的位置精度。 关键技术：解决多级联动的开关系统中开关单元的开合同步、高压绝缘等问题。 主要技术指标：开关系统采用2×25级/组开关，每级开关间保证安全距离大于895mm，每级开关的开合行程为850～1000mm,开合时间为1～3s可调。
科学性、先进性
- 传统的冲击电压发生器的多级充电开关，一般采用两组联动绳索（绝缘绳和导电绳）的切换，实现充放电的隔离；如发明专利200910060565.8所述的开关系统采用两组独立的大刚度的绝缘推杆直接驱动开关电极，实现充放电的隔离。前者开合时间长，难以实现同步开合，电压衰减严重、效率低；后者开合时间短，提高了效率，但同步精度不够高，也会产生电压衰减。 本作品采用整体拉应力式操动单元和包含大旋绕比的弹簧电极的开关单元，其防抖动装置、张紧装置、位置调整装置以及微调装置，能有效保证每级开关电极的同步开合，速度快，开关动作灵敏，同步精度高，能够获得安全高效的特高充放电电压。 本作品结构简单、可操作性强、加工制作成本低、安装调试方便，能有效保证开关电极的同步性和安全性，尽可能地减少电压衰减，能更好满足特高压试验需要。 本开关是一种可以广泛应用于电力行业的高压多级联动开关系统，可提高设备运行效率、提高实验数据的真实性和可重复性，安全可靠，节省能源。亦可作为冲击发生器间隙点火开关、接地开关用。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年9月27日，国网电力科学研究院专家来我校对该开关系统进行了总体方案的评审，并参观了相关的简易实验装置和模型。 专家认为，此方案合理，综合运用了机电一体化技术，技术先进，相关技术参数能满足实验需要。该方案亦可用于冲击发生器间隙点火开关、接地开关等，能提高设备运行效率、降低电压衰减程度、有利于实验数据的真实性和可重复性，安全可靠。 该充电开关系统有些细节需要进一步的试验和论证，若研制成功，具有特别重要的应用推广价值。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 有偿转让
作品可展示的形式
- 实物、产品，模型、图纸、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点与优势： 此冲击发生器开关系统采用自动开关模式，通过动力单元驱动操动单元，带动多级开关单元同步动作，高效实现充放电的隔离。作品采用整体式的拉应力绝缘杆，结合开关单元中的电极微调装置，实现开关电极的自动、高速、准确的开合。因冲击发生器整体结构复杂、体积庞大，采用该方式来保证多级开关单元同步联动是同类开关所不具有的,同时专门设计的大旋绕比弹簧作为开关单元的导流元件，有效地减少开关电极的操作空间，保证了安全距离。 适用范围与推广前景： 此开关亦可用于冲击发生器间隙点火开关、接地开关，可提高设备运行效率、降低电压衰减程度、提高实验数据的真实性和可重复性，安全可靠，节省能源。 市场分析与经济效益： 为了适应国家大水电、大煤电、大核电的能源战略，根据国家发改委文件精神，国家电网特高压已经进入大范围的规划和实施。现阶段，我国电网及一些研究实验室都需要对电力设备进行绝缘冲击耐受和放电实验，而大多数冲击电压发生器的充电开关联动同步性差，该开关系统可以满足实验需要，具有重大的应用推广价值。
同类课题研究水平概述
- 随着特高压输变电技术的不断发展，针对特高压输变电设备绝缘的冲击耐受以及放电试验装置，需要产生波前时间为2500µs的操作冲击电压波形, 传统的试验装置回路由于技术原因，在产生长波前操作冲击电压时效率很低（传统的冲击发生器，雷电波效率为90%以上，标准操作250µs波前时间效率为70%以上，波前时间1000µs操作冲击效率约为50%～60%，2500µs的效率约为40%），为了产生能够适用特高压试验的长波前操作冲击就需要提高发生器的效率，因此对于一般的非周期性冲击电压波，根据电路理论，可以用直流电源经电阻向电容器充电后，由主电容对试品放电，可产生冲击电压波的波前部分；利用已充电的电容器经波尾电阻放电可产生冲击电压波的波尾部分。为了形成幅值较高的冲击电压波，通常采用多极电容器并联充电、然后自动串起来放电的方法来实现，在这种多极冲击电压发生器中，各级球间隙起着将各级电容器从并联充电自动转换成串联放电的作用，其中的串并联转换装置，也就是充电阻的投切，是实现上述波前时间为2500µs的操作冲击电压波形设备的重要部分。中国发明专利《一种冲击电压发生器充电开关》（申请号：200910060565.8 申请日：2009-01-19）是采用齿轮齿条的推杆方式旋转电极进行串并联转换操作装置，该装置利用了精密机械传动和间隙消除技术，其并联过程中，开关对接处会产生压应力，该压应力会导致开头连接过程失稳，影响多极电容器的同步动作性能、且整体结构较复杂，另一方面，该装置占据的实体空间较大，不利于保证高压安全距离。 随着国民经济的持续稳定发展，对大容量远距离输电要求的日益增长，也促进了更高电压等级输电方式的采用。为了适应国家大水电、大煤电、大核电的能源战略，根据国家发改委的文件精神，国家电网特高压已经进入大范围的规划和实施。现阶段，我国电网及一些研究实验室都需要对电力设备进行绝缘冲击耐受和放电实验。 因而，迫切需要一种同步、高效的冲击电压发生器充电开关。
