打破国外垄断！西高所提出弧触头五连杆机构，实现大容量发电机断路器自主研制

打破国外垄断！西高所提出弧触头五连杆机构，实现大容量发电机断路器自主研制

大容量发电机断路器是保障大型电站安全运行的关键设备，长期以来被国外厂商垄断。近日，西安高压电器研究院（西高所）在该领域取得重大突破，提出了一种新型弧触头五连杆机构，成功研制出110~190kA系列大容量发电机断路器产品，打破了国外技术垄断。

大容量发电机保护断路器可快速切除故障，保护发电机和变压器等关键设备不受破坏，是大型水电站、火电厂、核电站及抽水蓄能电站发电机组重要的控制和保护装置。

为了打破国外厂商对大容量发电机断路器的长期垄断，研究人员提出了一种灭弧室内主、弧触头的异速运动装置，该技术的核心在于弧触头系统通过3段连续曲线轨道限制滚子运动以实现弧触头的异速运动功能，是一种新型的五连杆机构。使用该技术研制大容量发电机断路器时迫切需要研究弧触头系统的受力特性。

研究背景

目前，在电气工程领域，关于大容量发电机断路器的研究呈现出多维度且深入的态势，然而，其重点主要集中在触头开断特性、电气寿命、温升特性等方面。

触头开断特性一直是研究的关键所在。在大容量发电机断路器的工作过程中，触头的开断能力直接关系到电路的安全切断以及设备的正常运行。研究人员致力于探索在不同电流、电压条件下，触头如何迅速、稳定且有效地实现开断，以避免电弧的持续燃烧和可能引发的故障。

电气寿命也是备受关注的焦点。由于大容量发电机断路器在长期的使用中需要频繁地进行开合操作，其电气部件会逐渐受到磨损和老化。因此，如何延长断路器的电气寿命，提高其可靠性和稳定性，成为了研究的重要方向。通过对材料的选择、结构的优化以及运行条件的控制等方面的研究，力求使断路器能够在更长的时间内保持良好的电气性能。

温升特性同样不容忽视。在电流通过断路器时，不可避免地会产生热量，如果温升过高，不仅会影响设备的性能，还可能导致绝缘材料的老化甚至损坏。所以，研究如何有效地散热，降低温升，对于保障断路器的正常运行和使用寿命具有重要意义。

然而，尽管在上述几个方面已经取得了一定的研究成果，但对其弧触头系统的动力学特性研究却相对较少。弧触头系统在断路器的开断过程中起着至关重要的作用，它的动力学特性直接影响着电弧的产生、发展和熄灭。例如，弧触头的运动速度、加速度、碰撞力等参数都会对电弧的行为产生影响。但目前对于这些动力学参数的研究还不够深入，对于弧触头系统在复杂工况下的动态响应机制也尚未完全清晰。

弧触头动力学的研究突破

研究人员聚焦于该弧触头系统高速运动、大动力传动的显著特点，将惯性力和摩擦力纳入考量范围，以此来深入研究弧触头系统的动力学。这一研究方向的选择具有重要的意义，因为在高速运动和大动力传动的情况下，惯性力和摩擦力对系统的性能和稳定性有着不可忽视的影响。

针对该弧触头系统通过多段连续曲线轨道实现异速的独特特点，研究人员展开了深入的探索。他们致力于研究各段轨道与滚子作用力之间的共性，旨在推导多曲线连续轨道限制的弧触头系统通用的动力学模型。这是一项极具挑战性的工作，需要对复杂的力学关系进行细致的分析和精确的数学推导。

在研究过程中，研究人员首先采用了向量和矩阵相结合的解析法来计入惯性力。这种方法能够有效地将复杂的物理现象转化为数学表达式，从而更清晰地揭示惯性力在弧触头系统中的作用机制。通过严谨的计算和分析，为后续的研究奠定了坚实的基础。

接着，他们深入研究了各段曲线轨道对滚子作用力的共性关系，并成功建立了计入惯性力的通用矩阵模型。这一模型的建立使得对弧触头系统的分析更加全面和精确，能够更好地预测系统在不同工况下的性能表现。

最后，为了更全面地了解弧触头系统的动力学特性，研究人员采用数值分析的迭代法计入摩擦力。经过一系列复杂而精细的计算和分析，最终成功获得了异速弧触头系统的动力学特性。这一成果不仅丰富了对弧触头系统的理论认识，更为实际应用中的优化设计和性能提升提供了有力的支持。

通过这一系列严谨而深入的研究，研究人员成功地揭示了弧触头系统的受力特性，为相关领域的技术发展和应用提供了重要的理论依据和实践指导。

助力大容量发电机断路器研制

研究人员精心构建的动力学研究模型以及所采用的精妙分析方法，犹如一把开启知识宝库的钥匙，为异速弧触头系统的受力分析提供了坚实可靠的理论依据。这一理论依据的重要性不言而喻，它宛如一座灯塔，为相关领域的研究和实践照亮了前行的道路。

在实际应用中，其适用范围广泛，尤其对于大容量发电机断路器系列产品用弧触头系统的设计及优化而言，具有不可估量的价值。大容量发电机断路器在电力系统中扮演着至关重要的角色，其性能的优劣直接关系到整个电力系统的稳定运行和安全保障。

在设计阶段，这一理论依据能够帮助工程师们更加准确地预测弧触头系统在不同工作条件下的受力情况，从而合理地选择材料、优化结构，确保设计出的弧触头系统具备出色的性能和可靠的稳定性。而在优化环节，它可以为改进现有产品的不足提供明确的方向和有力的支持。

值得一提的是，这一理论依据已经在实际的产品研发中取得了显著的成果。它成功地指导了 110~190 kA 系列大容量发电机断路器产品的研制工作。在这个过程中，研究人员和工程师们充分运用了这一理论依据，对弧触头系统进行了精心的设计和反复的优化。通过对受力情况的精确分析，他们不断调整和改进设计方案，使得研制出的产品能够在高电流、复杂工况下稳定运行，有效地避免了可能出现的故障和安全隐患。这些成功研制的产品不仅在性能上达到了预期的目标，而且在可靠性和稳定性方面也表现出色。

这一系列的成功案例充分证明了研究人员的动力学研究模型及分析方法的科学性和实用性。它们为未来大容量发电机断路器产品的研发和创新奠定了坚实的基础，也为推动电力行业的发展注入了强大的动力。相信在这一理论依据的持续指导下，将会有更多性能卓越、安全可靠的大容量发电机断路器产品问世，为保障电力系统的稳定运行发挥重要作用。