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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 7500kV沖擊電壓發(fā)生器充電開關(guān)系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品涉及一種沖擊電壓發(fā)生器充電開關(guān)，使沖擊電壓發(fā)生器在進(jìn)行絕緣沖擊耐受或放電實(shí)驗(yàn)時(shí)提供安全高效的特高壓沖擊放電電壓。其采用整體受拉預(yù)應(yīng)力的絕緣桿操動(dòng)拉簧式分合開關(guān)單元，配合電極調(diào)整套實(shí)現(xiàn)多級(jí)開關(guān)同步動(dòng)作，用大旋繞比的導(dǎo)電彈簧實(shí)現(xiàn)充電電阻的串并聯(lián)隔離；操動(dòng)機(jī)構(gòu)僅由絕緣桿在垂直方向上下移動(dòng)；利用預(yù)應(yīng)力調(diào)整裝置、張緊及位置調(diào)整裝置提高傳動(dòng)精度；所有功能模塊協(xié)調(diào)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)開關(guān)精確、同步、安全開合。
- 詳細(xì)介紹：
- 設(shè)計(jì)目的： 本作品涉及一種沖擊電壓發(fā)生器充電開關(guān)，使沖擊電壓發(fā)生器在進(jìn)行絕緣沖擊耐受或放電實(shí)驗(yàn)時(shí)提供安全高效的特高壓沖擊放電電壓。 工作原理： 采用整體受拉預(yù)應(yīng)力的絕緣桿操動(dòng)拉簧式分合開關(guān)單元，配合電極調(diào)整套實(shí)現(xiàn)多級(jí)開關(guān)同步動(dòng)作，用大旋繞比的導(dǎo)電彈簧實(shí)現(xiàn)充電電阻的串并聯(lián)隔離；操動(dòng)機(jī)構(gòu)僅由絕緣桿在垂直方向上下移動(dòng)；利用預(yù)應(yīng)力調(diào)整裝置、張緊及位置調(diào)整裝置提高傳動(dòng)精度；所有功能模塊協(xié)調(diào)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)開關(guān)精確、同步、安全開合。 系統(tǒng)組成： 由操動(dòng)單元（預(yù)應(yīng)力調(diào)整、位置調(diào)整、張緊裝置）、開關(guān)單元、驅(qū)動(dòng)單元與控制單元等功能模塊組成。 驗(yàn)證結(jié)論： 實(shí)驗(yàn)測(cè)得每級(jí)開關(guān)單元同步動(dòng)作誤差不超過0.02mm；在實(shí)現(xiàn)2500μs的長(zhǎng)波前操作全壓沖擊電壓實(shí)驗(yàn)時(shí)的效率可達(dá)60%以上，滿足超高壓或特高壓長(zhǎng)波前操作沖擊實(shí)驗(yàn)的需要。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.采用整體應(yīng)力式操動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)多級(jí)開關(guān)單元，保證電極開合同步； 2.采用拉簧式隔離充電電阻的方法，開關(guān)動(dòng)作占用空間??； 3.在平面上以最小的面積實(shí)現(xiàn)充放電本體及開關(guān)的多級(jí)組合安裝，節(jié)省安裝空間； 4.采用預(yù)應(yīng)力調(diào)整、張緊及位置調(diào)整裝置，精密調(diào)節(jié)開關(guān)的同步精度及觸點(diǎn)壓力，安全可靠，壽命長(zhǎng)。 所涉及的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，已申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利，其專利申請(qǐng)?zhí)柡兔Q為： 201110112712.9沖擊發(fā)生器充電電阻拉簧式隔離開關(guān) 201120136519.4沖擊發(fā)生器充電電阻拉簧式隔離開關(guān) 應(yīng)用前景: 本作品是一種可以廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)的高壓多級(jí)聯(lián)動(dòng)開關(guān)系統(tǒng)，可提高設(shè)備運(yùn)行效率、提實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可重復(fù)性，安全可靠，節(jié)省能源；亦可作為沖擊發(fā)生器間隙點(diǎn)火開關(guān)、接地開關(guān)用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的： 本作品涉及一種沖擊電壓發(fā)生器充電開關(guān)系統(tǒng)，以控制沖擊電壓發(fā)生器在進(jìn)行絕緣沖擊耐受或放電實(shí)驗(yàn)時(shí)提供安全高效的特高壓放電電壓為目的。 基本思路： 借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，采用模塊化設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)和論證，通過實(shí)體建模、仿真計(jì)算，利用ANSYS軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)仿真,確定主要參數(shù)，進(jìn)行樣機(jī)制作、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化主要技術(shù)參數(shù)。此開關(guān)系統(tǒng)包括:動(dòng)力單元、操動(dòng)單元、開關(guān)單元、防抖動(dòng)裝置、位置調(diào)整裝置以及控制檢測(cè)裝置等。 創(chuàng)新點(diǎn): 1）采用整體應(yīng)力式操動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)多級(jí)開關(guān)單元,保證開關(guān)電極同步開合； 2）采用大旋繞比彈簧作為開關(guān)電極的導(dǎo)流元件，有效的減少了操作空間，保證了安全距離； 3）采用位置調(diào)整裝置及防抖動(dòng)裝置，保證了操動(dòng)桿的位置精度。 關(guān)鍵技術(shù)：解決多級(jí)聯(lián)動(dòng)的開關(guān)系統(tǒng)中開關(guān)單元的開合同步、高壓絕緣等問題。 主要技術(shù)指標(biāo)：開關(guān)系統(tǒng)采用2×25級(jí)/組開關(guān)，每級(jí)開關(guān)間保證安全距離大于895mm，每級(jí)開關(guān)的開合行程為850～1000mm,開合時(shí)間為1～3s可調(diào)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 傳統(tǒng)的沖擊電壓發(fā)生器的多級(jí)充電開關(guān)，一般采用兩組聯(lián)動(dòng)繩索（絕緣繩和導(dǎo)電繩）的切換，實(shí)現(xiàn)充放電的隔離；如發(fā)明專利200910060565.8所述的開關(guān)系統(tǒng)采用兩組獨(dú)立的大剛度的絕緣推桿直接驅(qū)動(dòng)開關(guān)電極，實(shí)現(xiàn)充放電的隔離。前者開合時(shí)間長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)同步開合，電壓衰減嚴(yán)重、效率低；后者開合時(shí)間短，提高了效率，但同步精度不夠高，也會(huì)產(chǎn)生電壓衰減。 本作品采用整體拉應(yīng)力式操動(dòng)單元和包含大旋繞比的彈簧電極的開關(guān)單元，其防抖動(dòng)裝置、張緊裝置、位置調(diào)整裝置以及微調(diào)裝置，能有效保證每級(jí)開關(guān)電極的同步開合，速度快，開關(guān)動(dòng)作靈敏，同步精度高，能夠獲得安全高效的特高充放電電壓。 本作品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、加工制作成本低、安裝調(diào)試方便，能有效保證開關(guān)電極的同步性和安全性，盡可能地減少電壓衰減，能更好滿足特高壓試驗(yàn)需要。 本開關(guān)是一種可以廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)的高壓多級(jí)聯(lián)動(dòng)開關(guān)系統(tǒng)，可提高設(shè)備運(yùn)行效率、提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可重復(fù)性，安全可靠，節(jié)省能源。亦可作為沖擊發(fā)生器間隙點(diǎn)火開關(guān)、接地開關(guān)用。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年9月27日，國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院專家來(lái)我校對(duì)該開關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行了總體方案的評(píng)審，并參觀了相關(guān)的簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置和模型。 專家認(rèn)為，此方案合理，綜合運(yùn)用了機(jī)電一體化技術(shù)，技術(shù)先進(jìn)，相關(guān)技術(shù)參數(shù)能滿足實(shí)驗(yàn)需要。該方案亦可用于沖擊發(fā)生器間隙點(diǎn)火開關(guān)、接地開關(guān)等，能提高設(shè)備運(yùn)行效率、降低電壓衰減程度、有利于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可重復(fù)性，安全可靠。 該充電開關(guān)系統(tǒng)有些細(xì)節(jié)需要進(jìn)一步的試驗(yàn)和論證，若研制成功，具有特別重要的應(yīng)用推廣價(jià)值。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品，模型、圖紙、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)： 此沖擊發(fā)生器開關(guān)系統(tǒng)采用自動(dòng)開關(guān)模式，通過動(dòng)力單元驅(qū)動(dòng)操動(dòng)單元，帶動(dòng)多級(jí)開關(guān)單元同步動(dòng)作，高效實(shí)現(xiàn)充放電的隔離。作品采用整體式的拉應(yīng)力絕緣桿，結(jié)合開關(guān)單元中的電極微調(diào)裝置，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電極的自動(dòng)、高速、準(zhǔn)確的開合。因沖擊發(fā)生器整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，采用該方式來(lái)保證多級(jí)開關(guān)單元同步聯(lián)動(dòng)是同類開關(guān)所不具有的,同時(shí)專門設(shè)計(jì)的大旋繞比彈簧作為開關(guān)單元的導(dǎo)流元件，有效地減少開關(guān)電極的操作空間，保證了安全距離。 適用范圍與推廣前景： 此開關(guān)亦可用于沖擊發(fā)生器間隙點(diǎn)火開關(guān)、接地開關(guān)，可提高設(shè)備運(yùn)行效率、降低電壓衰減程度、提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可重復(fù)性，安全可靠，節(jié)省能源。 市場(chǎng)分析與經(jīng)濟(jì)效益： 為了適應(yīng)國(guó)家大水電、大煤電、大核電的能源戰(zhàn)略，根據(jù)國(guó)家發(fā)改委文件精神，國(guó)家電網(wǎng)特高壓已經(jīng)進(jìn)入大范圍的規(guī)劃和實(shí)施。現(xiàn)階段，我國(guó)電網(wǎng)及一些研究實(shí)驗(yàn)室都需要對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行絕緣沖擊耐受和放電實(shí)驗(yàn)，而大多數(shù)沖擊電壓發(fā)生器的充電開關(guān)聯(lián)動(dòng)同步性差，該開關(guān)系統(tǒng)可以滿足實(shí)驗(yàn)需要，具有重大的應(yīng)用推廣價(jià)值。
同類課題研究水平概述
- 隨著特高壓輸變電技術(shù)的不斷發(fā)展，針對(duì)特高壓輸變電設(shè)備絕緣的沖擊耐受以及放電試驗(yàn)裝置，需要產(chǎn)生波前時(shí)間為2500μs的操作沖擊電壓波形, 傳統(tǒng)的試驗(yàn)裝置回路由于技術(shù)原因，在產(chǎn)生長(zhǎng)波前操作沖擊電壓時(shí)效率很低（傳統(tǒng)的沖擊發(fā)生器，雷電波效率為90%以上，標(biāo)準(zhǔn)操作250μs波前時(shí)間效率為70%以上，波前時(shí)間1000μs操作沖擊效率約為50%～60%，2500μs的效率約為40%），為了產(chǎn)生能夠適用特高壓試驗(yàn)的長(zhǎng)波前操作沖擊就需要提高發(fā)生器的效率，因此對(duì)于一般的非周期性沖擊電壓波，根據(jù)電路理論，可以用直流電源經(jīng)電阻向電容器充電后，由主電容對(duì)試品放電，可產(chǎn)生沖擊電壓波的波前部分；利用已充電的電容器經(jīng)波尾電阻放電可產(chǎn)生沖擊電壓波的波尾部分。為了形成幅值較高的沖擊電壓波，通常采用多極電容器并聯(lián)充電、然后自動(dòng)串起來(lái)放電的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，在這種多極沖擊電壓發(fā)生器中，各級(jí)球間隙起著將各級(jí)電容器從并聯(lián)充電自動(dòng)轉(zhuǎn)換成串聯(lián)放電的作用，其中的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換裝置，也就是充電阻的投切，是實(shí)現(xiàn)上述波前時(shí)間為2500μs的操作沖擊電壓波形設(shè)備的重要部分。中國(guó)發(fā)明專利《一種沖擊電壓發(fā)生器充電開關(guān)》（申請(qǐng)?zhí)枺?00910060565.8 申請(qǐng)日：2009-01-19）是采用齒輪齒條的推桿方式旋轉(zhuǎn)電極進(jìn)行串并聯(lián)轉(zhuǎn)換操作裝置，該裝置利用了精密機(jī)械傳動(dòng)和間隙消除技術(shù)，其并聯(lián)過程中，開關(guān)對(duì)接處會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力，該壓應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致開頭連接過程失穩(wěn)，影響多極電容器的同步動(dòng)作性能、且整體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，另一方面，該裝置占據(jù)的實(shí)體空間較大，不利于保證高壓安全距離。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)大容量遠(yuǎn)距離輸電要求的日益增長(zhǎng)，也促進(jìn)了更高電壓等級(jí)輸電方式的采用。為了適應(yīng)國(guó)家大水電、大煤電、大核電的能源戰(zhàn)略，根據(jù)國(guó)家發(fā)改委的文件精神，國(guó)家電網(wǎng)特高壓已經(jīng)進(jìn)入大范圍的規(guī)劃和實(shí)施?，F(xiàn)階段，我國(guó)電網(wǎng)及一些研究實(shí)驗(yàn)室都需要對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行絕緣沖擊耐受和放電實(shí)驗(yàn)。 因而，迫切需要一種同步、高效的沖擊電壓發(fā)生器充電開關(guān)。
