ITER變流器系統(tǒng)的直流開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì).pdf

1、ITER裝置是正在建造中的大型超導(dǎo)托卡馬克。直流開(kāi)關(guān)是ITER裝置極向場(chǎng)變流器電源系統(tǒng)中的一個(gè)重要電氣設(shè)備，主要用于隔離電源和超導(dǎo)線(xiàn)圈。根據(jù)ITER極向場(chǎng)變流器的運(yùn)行需要，該直流開(kāi)關(guān)的穩(wěn)態(tài)工作電流為55kA，最大沖擊電流為350kA/1s，對(duì)地需要隔離20kV電壓。這種直流開(kāi)關(guān)為非標(biāo)產(chǎn)品，其參數(shù)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)已有的開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，國(guó)外又過(guò)于昂貴，需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和研制。本文設(shè)計(jì)了大直流開(kāi)關(guān)，有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本文采用多片導(dǎo)電桿并排

2、壓接大母排的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)了直流開(kāi)關(guān)，可用電機(jī)和手動(dòng)開(kāi)合直流開(kāi)關(guān)。利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行了仿真分析，主要包括開(kāi)關(guān)在穩(wěn)態(tài)電流下的溫升仿真、短路電流下的動(dòng)穩(wěn)定性仿真、絕緣部分電場(chǎng)仿真和對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)力仿真；仿真結(jié)果表明開(kāi)關(guān)的溫升滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，短路瞬間回路電動(dòng)力能夠補(bǔ)償觸頭壓力，開(kāi)關(guān)的絕緣結(jié)構(gòu)能夠滿(mǎn)足對(duì)地絕緣電壓的要求，各個(gè)部件有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，且能夠提供合適的接觸壓力；直流開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)方案可行。同時(shí)在仿真分析的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)方案提

3、供具體的改進(jìn)意見(jiàn)。
　　為了評(píng)估和驗(yàn)證直流開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，本文對(duì)直流開(kāi)關(guān)的樣機(jī)進(jìn)行了接觸壓力、動(dòng)穩(wěn)定性試驗(yàn)和溫升試驗(yàn)。在接觸壓力測(cè)量中，機(jī)構(gòu)能夠給觸頭提供合適的接觸壓力，但觸頭接觸壓力存在著不均勻的情況。在動(dòng)穩(wěn)定性試驗(yàn)中，開(kāi)關(guān)接線(xiàn)端子受到水平方向電動(dòng)拉力，雖然開(kāi)關(guān)觸頭有所磨損，但是開(kāi)關(guān)能夠承受設(shè)計(jì)的短時(shí)沖擊電流。在穩(wěn)態(tài)溫升試驗(yàn)中，測(cè)量得到的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)溫升低于設(shè)計(jì)要求的65℃，由接觸壓力不一致導(dǎo)致觸頭溫升有一定的差別，針對(duì)這一情況，可考慮

4、改小動(dòng)觸頭導(dǎo)電銅板的間距并加大接觸壓力來(lái)改善。試驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的直流開(kāi)關(guān)可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
　　為提高觸頭的通流量，本文進(jìn)行了觸頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。本文設(shè)計(jì)了多觸點(diǎn)觸頭的結(jié)構(gòu)，仿真了多觸點(diǎn)在穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)電流下的溫升，結(jié)果表明多觸點(diǎn)觸頭能有效的提高通流量。為研究大直流開(kāi)關(guān)觸頭的接觸電阻，本文設(shè)計(jì)了直流開(kāi)關(guān)觸頭試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)并進(jìn)行了接觸電阻的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明多觸點(diǎn)觸頭的接觸電阻在一定的壓力下，相對(duì)于單觸點(diǎn)的觸頭有接觸電阻小的優(yōu)勢(shì)；多觸點(diǎn)