二硼化钛压控变阻模块设计及限流特性研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:charleshuangjing
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随着我国经济的持续高质量发展,电网规模不断扩大,电网负荷日益增长,短路电流水平迅速上升,对故障限流器的快速性和可靠性需求越来越迫切。故障限流器本身要求正常工作时阻抗尽可能的小,减小导通损耗;故障发生时电阻迅速变大进而降低故障电流的水平。结合传统限流器或者在经济实用性上、或者在稳定灵活性上存在不足,因此本文提出依据压控材料电阻随压力改变的特性,进行限流器设计,将其应用于电力系统的故障限流领域。本文围绕压控材料的电阻变化特性展开研究。以二硼化钛(TiB2)压控颗粒材料为研究对象,依据颗粒独有的特性,选取合适的颗粒动力学模型和接触模型,使用EDEM软件对施加压力过程进行离散元仿真,其结果符合粮仓效应。在此基础上,量化力链网络得到颗粒间接触力分布情况,提出构建力链向电阻网络的转化方法,进而解释宏观体系下压控材料电阻随压力变化的内在原因。结合实验数据对比,其实验和仿真模型的结果表现出良好的一致性。为了便于设计TiB2压控变阻模块,依据力链-电阻网络理论,探究压控颗粒粒径、压控容器的直径和填充高度等因素对阻值的影响。通过采取正交试验设计进行多因素方差分析,可以得到不同因素之间对阻值影响的显著程度,并结合程度差异确定压控变阻模块的设计参数。依据压力分布特性对多模块阻值变化的影响,合理设计使压控变阻模块通态损耗低。基于TiB2压控变阻模块的设计参数,制作TiB2压控材料限流器样机。在所搭建的试验平台上,完成通流试验、动态变阻特性试验、直接限流试验以及转移限流试验等,试验表明该压控材料限流器控制灵活可靠、阻抗切换速度快,试验过程中材料本身的性质不发生改变,可实现限流深度在20%以上。最后,以10 kV配电系统为例,利用PSCAD仿真平台建立了单相接地短路故障模型,仿真验证了TiB2压控材料限流器的限流效果,为其应用于电力系统故障限流场合的实用化设计给予指导。
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