ITER變流器系統(tǒng)的直流開關設計.pdf

1、ITER裝置是正在建造中的大型超導托卡馬克。直流開關是ITER裝置極向場變流器電源系統(tǒng)中的一個重要電氣設備，主要用于隔離電源和超導線圈。根據ITER極向場變流器的運行需要，該直流開關的穩(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。這種直流開關為非標產品，其參數遠高于國內已有的開關產品，國外又過于昂貴，需要對其進行設計和研制。本文設計了大直流開關，有重要的實際應用價值。
　　本文采用多片導電桿并排

2、壓接大母排的結構形式設計了直流開關，可用電機和手動開合直流開關。利用有限元分析軟件ANSYS對開關進行了仿真分析，主要包括開關在穩(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的應力仿真；仿真結果表明開關的溫升滿足設計要求，短路瞬間回路電動力能夠補償觸頭壓力，開關的絕緣結構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；直流開關設計方案可行。同時在仿真分析的基礎上，對設計方案提

3、供具體的改進意見。
　　為了評估和驗證直流開關的設計，本文對直流開關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，開關接線端子受到水平方向電動拉力，雖然開關觸頭有所磨損，但是開關能夠承受設計的短時沖擊電流。在穩(wěn)態(tài)溫升試驗中，測量得到的開關觸點溫升低于設計要求的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。試驗結果表明所設計的直流開關可以滿足設計要求。
　　為提高觸頭的通流量，本文進行了觸頭的優(yōu)化設計研究。本文設計了多觸點觸頭的結構，仿真了多觸點在穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)電流下的溫升，結果表明多觸點觸頭能有效的提高通流量。為研究大直流開關觸頭的接觸電阻，本文設計了直流開關觸頭試驗測試平臺并進行了接觸電阻的實驗。實驗結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