ITER變流器系統(tǒng)的直流開關(guān)設(shè)計.pdf

1、ITER裝置是正在建造中的大型超導托卡馬克。直流開關(guān)是ITER裝置極向場變流器電源系統(tǒng)中的一個重要電氣設(shè)備，主要用于隔離電源和超導線圈。根據(jù)ITER極向場變流器的運行需要，該直流開關(guān)的穩(wěn)態(tài)工作電流為55kA，最大沖擊電流為350kA/1s，對地需要隔離20kV電壓。這種直流開關(guān)為非標產(chǎn)品，其參數(shù)遠高于國內(nèi)已有的開關(guān)產(chǎn)品，國外又過于昂貴，需要對其進行設(shè)計和研制。本文設(shè)計了大直流開關(guān)，有重要的實際應用價值。
　　本文采用多片導電桿并排

2、壓接大母排的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計了直流開關(guān)，可用電機和手動開合直流開關(guān)。利用有限元分析軟件ANSYS對開關(guān)進行了仿真分析，主要包括開關(guān)在穩(wěn)態(tài)電流下的溫升仿真、短路電流下的動穩(wěn)定性仿真、絕緣部分電場仿真和對傳動機構(gòu)的應力仿真；仿真結(jié)果表明開關(guān)的溫升滿足設(shè)計要求，短路瞬間回路電動力能夠補償觸頭壓力，開關(guān)的絕緣結(jié)構(gòu)能夠滿足對地絕緣電壓的要求，各個部件有足夠的機械強度，且能夠提供合適的接觸壓力；直流開關(guān)設(shè)計方案可行。同時在仿真分析的基礎(chǔ)上，對設(shè)計方案提

3、供具體的改進意見。
　　為了評估和驗證直流開關(guān)的設(shè)計，本文對直流開關(guān)的樣機進行了接觸壓力、動穩(wěn)定性試驗和溫升試驗。在接觸壓力測量中，機構(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。在動穩(wěn)定性試驗中，開關(guān)接線端子受到水平方向電動拉力，雖然開關(guān)觸頭有所磨損，但是開關(guān)能夠承受設(shè)計的短時沖擊電流。在穩(wěn)態(tài)溫升試驗中，測量得到的開關(guān)觸點溫升低于設(shè)計要求的65℃，由接觸壓力不一致導致觸頭溫升有一定的差別，針對這一情況，可考慮

4、改小動觸頭導電銅板的間距并加大接觸壓力來改善。試驗結(jié)果表明所設(shè)計的直流開關(guān)可以滿足設(shè)計要求。
　　為提高觸頭的通流量，本文進行了觸頭的優(yōu)化設(shè)計研究。本文設(shè)計了多觸點觸頭的結(jié)構(gòu)，仿真了多觸點在穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)電流下的溫升，結(jié)果表明多觸點觸頭能有效的提高通流量。為研究大直流開關(guān)觸頭的接觸電阻，本文設(shè)計了直流開關(guān)觸頭試驗測試平臺并進行了接觸電阻的實驗。實驗結(jié)果表明多觸點觸頭的接觸電阻在一定的壓力下，相對于單觸點的觸頭有接觸電阻小的優(yōu)勢；多觸點