高壓開關(guān)電器發(fā)展前沿技術(shù)

前言

第1章緒言1

11開關(guān)電器的智能化技術(shù)1

12環(huán)境友好型電器3

13直流開斷技術(shù)的新發(fā)展4

14真空斷路器的容性負荷投切和相控開斷6

15開關(guān)電器中的電工新材料和新器件7

16開關(guān)電器的機構(gòu)可靠性理論與方法7

第2章開關(guān)電器智能化技術(shù)9

21國內(nèi)外進展情況9

211智能電器的主要技術(shù)特征9

212高壓開關(guān)設(shè)備的智能化10

213新型電流傳感技術(shù)12

214混合式電力開斷技術(shù)14

215智能電器的主要發(fā)展趨勢15

22電力系統(tǒng)大電流測量理論與技術(shù)15

221電流傳感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀16

222磁傳感器陣列式電流傳感器19

223基于磁傳感器陣列的時域電流測量方法21

23基于超聲波的液壓機構(gòu)壓力測量技術(shù)29

231高壓斷路器液壓機構(gòu)超聲測量方案30

232液壓測量系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)34

233液壓測量系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)38

24超高頻局部放電檢測技術(shù)41

241UHF法理論分析42

242天線理論基礎(chǔ)42

243UHF天線的結(jié)構(gòu)與尺寸44

244UHF天線性能參數(shù)46

245天線系數(shù)的標定49

246UHF天線局部放電測試實驗50

25智能電器控制單元的EMC設(shè)計51

251概述51

252智能電器控制單元電路板的EMC設(shè)計52

253時域宏模型結(jié)合電路仿真的混合設(shè)計方法57

26暫態(tài)電磁干擾對智能電器控制單元的耦合效應(yīng)分析64

261概述64

262暫態(tài)電磁干擾通過電子式電流互感器的傳導(dǎo)耦合效應(yīng)研究65

263外場激勵下多芯屏蔽電纜的傳輸特性研究71

27本章小結(jié)85

28參考文獻85

第3章高壓直流開斷技術(shù)87

31高壓直流斷路器發(fā)展概述87

311中國直流輸電工程建設(shè)87

312高壓直流斷路器綜述89

313高壓直流斷路器的研究難點91

32高壓直流斷路器的發(fā)展現(xiàn)狀92

321機械式直流斷路器的發(fā)展現(xiàn)狀92

322全固態(tài)式直流斷路器的發(fā)展現(xiàn)狀94

323混合式直流斷路器的發(fā)展現(xiàn)狀95

324限流式直流斷路器的發(fā)展現(xiàn)狀98

33高壓直流斷路器的分類和開斷原理101

331機械式直流斷路器開斷原理101

332全固態(tài)式直流斷路器開斷原理104

333混合式直流斷路器開斷原理104

334限流式直流斷路器開斷原理106

34高壓直流斷路器的關(guān)鍵參數(shù)106

341電流電壓定義106

342時間定義107

343額定電流開斷108

344高壓直流故障108

345系統(tǒng)穩(wěn)定性113

35高壓直流斷路器的測試方法114

351直接測試方法114

352間接測試方法115

36參考文獻118

第4章高電壓等級真空開斷技術(shù)123

41真空開斷技術(shù)在高電壓等級中的應(yīng)用123

411真空開斷技術(shù)簡介123

412高電壓等級真空斷路器的發(fā)展124

42高電壓等級真空開斷的關(guān)鍵技術(shù)125

421真空滅弧室絕緣耐壓特性研究125

422大電流真空電弧研究133

423真空斷路器溫升研究142

424真空斷路器操作特性研究144

43高電壓等級真空開斷技術(shù)最新動態(tài)149

431陶瓷外殼真空滅弧室149

432額定電流提升技術(shù)149

433SF6替代氣體外絕緣151

434新型操動機構(gòu)技術(shù)151

435“真空”組合電器153

436“超導(dǎo)”組合電器153

437新型高壓直流斷路器154

438超特高壓真空斷路器155

44本章小結(jié)156

45參考文獻156

第5章真空斷路器容性開斷技術(shù)165

51概述165

52容性投切的電路暫態(tài)過程166

521容性合閘過程166

522容性分閘過程170

53真空斷路器容性開斷研究現(xiàn)狀172

531合閘預(yù)擊穿過程的研究173

532分閘重擊穿過程的研究174

54容性電流開斷實驗回路177

541采用LC振蕩和變壓器方式的容性合成實驗回路177

542采用LC振蕩方式的直流恢復(fù)電壓容性合成實驗回路179

543采用變壓器方式的同步容性合成實驗回路181

55容性電流開斷技術(shù)研究184

551涌流控制技術(shù)184

552雙斷口技術(shù)184

553帶固定斷口真空斷路器技術(shù)186

554觸頭材料與制備工藝186

555相控合分閘技術(shù)186

556分合閘速度控制技術(shù)187

56老煉技術(shù)對容性開斷性能的改善189

561真空滅弧室老煉技術(shù)概述189

562納秒連續(xù)脈沖老煉裝置及其控制190

563納秒連續(xù)脈沖老煉效果及分析193

564納秒連續(xù)脈沖老煉對真空斷路器重擊穿概率的影響195

57本章小結(jié)196

58參考文獻196

第6章相控合分技術(shù)201

61概述201

62相控合分技術(shù)的基本原理202

621并聯(lián)電容器組的相控合分203

622并聯(lián)電抗器的相控合分203

623空載變壓器的相控合分205

624空載長線的相控合分208

625短路電流的相控開斷209

63相控合分技術(shù)對電力開關(guān)的技術(shù)要求211

631電氣性能要求211

632機械性能要求213

633相控控制器的性能要求214

64適用于相控操作的快速真空斷路器216

641基于電磁斥力操動機構(gòu)的快速真空斷路器216

642快速真空斷路器的機械性能219

643快速真空斷路器的相控開斷性能222

65基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的短路電流過零點預(yù)測算法231

651BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)232

652BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點及改進方法233

653神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與訓(xùn)練236

654基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過零點預(yù)測算法優(yōu)化237

66參考文獻238

第7章操動機構(gòu)可靠性研究242

71概述242

72CIGRE關(guān)于運行中高壓斷路器的可靠性調(diào)查243

721術(shù)語和定義243

722運行中斷路器可靠性調(diào)查243

73國內(nèi)外高壓斷路器可靠性研究現(xiàn)狀248

74斷路器可靠性物理和失效物理249

741金屬材料失效機理249

742沖擊載荷作用下金屬材料的疲勞斷裂251

743可靠性物理和失效物理（RP/PoF）介紹253

75126kV真空斷路器操動機構(gòu)可靠性研究255

751彈簧操動機構(gòu)機械可靠性255

752分離磁路式永磁操動機構(gòu)機械可靠性258

753快速斥力機構(gòu)機械可靠性261

76本章小結(jié)263

77參考文獻263

第8章超導(dǎo)技術(shù)在開關(guān)設(shè)備中的應(yīng)用264

81國內(nèi)外研究現(xiàn)狀264

811超導(dǎo)限流器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀264

812超導(dǎo)限流器在直流系統(tǒng)中與斷路器配合的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀267

82超導(dǎo)限流直流開斷方案研究269

821限流直流開斷的拓撲結(jié)構(gòu)269

822限流器的理想限流波形270

823限流器的限流特性270

824限流器對直流斷路器開斷的影響276

825電阻型超導(dǎo)限流器和直流斷路器的配合281

83直流超導(dǎo)限流器的限流特性282

831直流超導(dǎo)限流器中超導(dǎo)線圈的繞制設(shè)計282

832直流超導(dǎo)限流器的限流特性測試285

8410kV超導(dǎo)限流直流斷路器的設(shè)計和實驗287

84110kV超導(dǎo)限流單元設(shè)計287

84210kV直流斷路器單元設(shè)計291

84310kV超導(dǎo)限流直流斷路器實驗方法293

84410kV超導(dǎo)限流直流斷路器實驗結(jié)果295

85本章小結(jié)297

86參考文獻297

第9章高壓開關(guān)設(shè)備中SF6氣體替代研究303

91引言303

92常規(guī)氣體305

93SF6混合氣體309

94新型環(huán)保氣體312

941八氟環(huán)丁烷（cC4F8）312

942三氟碘甲烷（CF3I）315

943氟化腈類氣體319

944氟化酮類氣體325

95干燥空氣絕緣 真空開斷技術(shù)330

96本章小結(jié)332

97參考文獻332

第10章直流熔斷器技術(shù)及應(yīng)用341

101概述341

1011直流熔斷器的應(yīng)用與發(fā)展342

1012直流熔斷器的國家標準343

102當(dāng)前直流熔斷器研究的關(guān)鍵技術(shù)344

1021直流熔斷器的過載開斷特性344

1022混合式熔斷器的研究347

1023直流熔斷器的實驗方法研究351

1024直流熔斷器模型的研究354

1025直流熔斷器的發(fā)展方向355

103電動汽車用直流熔斷器356

1031概述356

1032電動汽車電氣系統(tǒng)組成356

1033電動汽車內(nèi)直流熔斷器類型358

1034電動汽車內(nèi)直流熔斷器的選型359

1035電動汽車用直流熔斷器的試驗364

104光伏用直流熔斷器367

1041概述367

1042光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成與分類367

1043光伏發(fā)電系統(tǒng)的保護對象介紹372

1044光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)直流熔斷器的選型373

1045光伏用直流熔斷器的試驗378

105城市軌道交通用直流熔斷器381

1051概述381

1052城市軌道交通供電系統(tǒng)介紹382

1053軌道交通用直流熔斷器的選型384

106參考文獻388

第11章電力半導(dǎo)體器件電力開關(guān)390

111電力半導(dǎo)體器件390

1111電力半導(dǎo)體器件概述390

1112電力半導(dǎo)體器件的分類及其工作原理391

1113不可控器件——電力二極管392

1114半控型器件——晶閘管393

1115典型全控型器件395

1116寬禁帶半導(dǎo)體器件399

1117應(yīng)用于電力開斷的典型電力半導(dǎo)體器件的選擇404

112電力半導(dǎo)體器件在電力開斷中的應(yīng)用408

1121固態(tài)斷路器408

1122混合型斷路器412

113電力半導(dǎo)體器件應(yīng)用于電力開斷所面臨的問題及解決方案426

1131電力半導(dǎo)體器件的保護426

1132電力半導(dǎo)體器件的均壓均流427

1133電力半導(dǎo)體器件的散熱與冷卻429

114參考文獻430

王建華，教授，西安交通大學(xué)，電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室主任。中國電工技術(shù)學(xué)會常務(wù)理事，中國電工技術(shù)學(xué)會電器智能化系統(tǒng)與應(yīng)用專委會主任委員，中國電機工程學(xué)會智能化電力設(shè)備及系統(tǒng)專委會主任委員，國家教育部科學(xué)技術(shù)委員會科技委員。 2100433B

本書針對近年來高壓開關(guān)設(shè)備發(fā)展的前沿技術(shù)進行介紹，為從事這個領(lǐng)域的科技工作者和工程師提供*新的資訊。本書分為11章，第1章是緒言，概要介紹了高壓開關(guān)技術(shù)發(fā)展中的一些熱點問題和解決問題的思路，第2～11章分別介紹了開關(guān)電器智能化技術(shù)、高壓直流開斷技術(shù)、高電壓等級真空開斷技術(shù)、真空斷路器容性開斷技術(shù)、相控合分技術(shù)、操動機構(gòu)可靠性研究、超導(dǎo)技術(shù)在開關(guān)設(shè)備中的應(yīng)用、高壓開關(guān)設(shè)備中SF6氣體替代研究、直流熔斷器技術(shù)、電力半導(dǎo)體器件電力開關(guān)等內(nèi)容。

本書可供高壓電器研究、設(shè)計人員，電力部門研究、設(shè)計和管理人員閱讀，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)教師、研究生參考。

本書為測量控制與儀器儀表工程師格認證（MCIEA）培訓(xùn)教材之一。書中對現(xiàn)代測量控制與儀器儀表相關(guān)領(lǐng)域的前沿技術(shù)和發(fā)展趨勢進行了全面闡述，內(nèi)容廣泛、深入淺出、條理分明。

全書分三篇十一章。內(nèi)容包括測控制與儀器儀表的基本理論基礎(chǔ)、學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀和總體趨勢，以及與儀器儀表密切相關(guān)的信息傳感與測試、模擬信號調(diào)理、數(shù)字信號處理、智能控制與系統(tǒng)、現(xiàn)代儀器儀表的設(shè)計與制造技術(shù)等學(xué)術(shù)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，還以工業(yè)過程參數(shù)檢測與控制系統(tǒng)、科學(xué)儀器、電子與電工測量儀器、醫(yī)療儀器為典型，分門別類地介紹了典型儀器儀表的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢。

本書供從事測控技術(shù)與儀器、電子精密機械、光學(xué)儀器、精密儀器與機械、微納米機電系統(tǒng)、自動化、機電一體化的研究、設(shè)計、制造、使用的調(diào)修的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和參考。

1、泰式拉筋技術(shù)：泰式拉筋在按摩椅中的應(yīng)用是傳統(tǒng)按摩技術(shù)與科技的很好結(jié)合，通過腿機拉伸、夾肩固定和腰部頂出，實現(xiàn)人體弧形拉伸，給筋骨最大幅度的拉伸，從而達到舒展筋骨、通絡(luò)活血的目的。

2、太空曲軌技術(shù)：導(dǎo)軌是按摩椅的支柱，太空曲軌作為最新一代導(dǎo)軌技術(shù)，具有SL導(dǎo)軌和雙L導(dǎo)軌兩種，太空曲軌技術(shù)具有超長按摩行程，實現(xiàn)覆蓋人體頸、肩、背、腰、臀及大腿全程按摩，避免了傳統(tǒng)按摩椅只能按摩背部的局限性。

3、零重力太空艙技術(shù)：氣囊分布及數(shù)量是按摩舒適度的決定性因素之一，零重力太空艙技術(shù)根據(jù)人體工程學(xué)原理對按摩椅各區(qū)間按摩氣囊進行科學(xué)分配，氣囊全方位包裹全身，通過氣囊收放產(chǎn)生氣壓脈沖對肩頸、腰、背、臀、腿及腳部進行舒適按摩。同時模擬宇宙空間零重力狀態(tài)，讓雙腿高度高于軀干高度，軀干與雙腿之間成127°角，使按摩者全身的重力均勻分布，讓身體處在一種自然舒適的狀態(tài)，釋放身心壓力。

4、足底滾輪刮痧技術(shù)：按摩椅足底滾輪前后交錯，配合8個凸點指壓，按摩范圍遍及足底，配合氣囊擠壓按摩，實現(xiàn)足底360°全包裹滾輪刮痧按摩，避免代謝廢物及毒素又使末梢循環(huán)進一步惡化形成惡性循環(huán)，使足部的血液流速增加，增強全身血液循環(huán)，加速體內(nèi)代謝廢物通過腎臟等器官排出體外。

最新技術(shù)應(yīng)用

伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，很多非常前衛(wèi)的技術(shù)成果開始應(yīng)用到按摩椅上，包括app操控，智能語音對話、VR技術(shù)等。

1、App操控，用智能手機下載對應(yīng)品牌的應(yīng)用app，就可以通過手機來操控按摩椅，有些還可以通過app實現(xiàn)按摩程序的升級。

2、智能語音對話，可以直接向按摩椅下達語音指令操控按摩椅甚至可以跟按摩椅互動。比如問某個地方的天氣怎么樣，查詢機票等。

3、VR技術(shù)，通過VR眼睛可以操控按摩椅，可以體驗虛擬的真人按摩場景。

第1篇 總論

1 概述

1.1 測量控制與儀器儀表

1.2 測量控制與儀器儀表的作用與地位

1.3 測量控制與儀器儀表的評價

1.4 量值的傳遞與溯源

1.5 測量信息論

思考題

參考文獻

2 現(xiàn)代測量控制與儀器信表的發(fā)展概述

2.1 現(xiàn)代產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范標準體系的研究與展望

2.2 我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

2.3 現(xiàn)代測量控制與儀器儀表的發(fā)展

思考題

參考文獻

第2篇 測量控制與儀器儀表前沿技術(shù)

3 傳感與測試前沿技術(shù)

3.1 概述

3.2 前沿傳感技術(shù)

3.3 前沿測試技術(shù)

思考題

參考文獻

4 模擬信號調(diào)理技術(shù)

4.1 引言

4.2 信號放大

4.3 開關(guān)電容濾波器

4.4 高速24位∑-△型模數(shù)轉(zhuǎn)換器

4.5 模擬信號調(diào)理技術(shù)的發(fā)展趨勢

思考題

參考文獻

5 數(shù)字信號處理中的前沿技術(shù)

5.1 儀器儀表與數(shù)字信號處理

5.2 小波變換

5.3 提升小波變換

5.4 獨立分量分析

5.5 模糊計算技術(shù)

5.6 神經(jīng)計算技術(shù)

5.7 進化計算技術(shù)

5.8 混沌計算技術(shù)

5.9 分形計算技術(shù)

5.10 智能技術(shù)的綜合集成

思考題

參考文獻

6 智能控制與系統(tǒng)

6.1 新型微控制器

6.2 儀器儀表與系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)總線

6.3 虛擬儀器及嵌入式系統(tǒng)

6.4 智能控制技術(shù)

習(xí)題與思考題

參考文獻

7 現(xiàn)代儀器儀表的設(shè)計與制造

7.1 先進設(shè)計制造技術(shù)對儀器儀表的作用

7.2 儀器儀表的現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)

7.3 儀器儀表的前沿制造技術(shù)

7.4 微米納米制造技術(shù)與現(xiàn)代儀器科學(xué)

習(xí)題與思考題

參考文獻

第3篇 典型測量控制與儀器儀表的發(fā)展趨勢

8 典型工業(yè)過程參數(shù)檢測與控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

8.1 地位、作用和特點

8.2 典型工業(yè)過程參數(shù)檢測的發(fā)展與趨勢

8.3 工業(yè)過程控制的發(fā)展與趨勢

習(xí)題與思考題

參考文獻

9 典型科學(xué)儀器的發(fā)展趨勢

9.1 科學(xué)儀器的地位、作用和前沿技術(shù)

9.2 典型科學(xué)儀器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

9.3 科學(xué)儀器發(fā)展的融合與分蘗

習(xí)題與思考題

參考文獻

10 典型電子與電工測量儀器的發(fā)展趨勢

10.1 電子與電工測量儀器的作用和基本特性

10.2 典型電子與電工測量儀器的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

習(xí)題與思考題

參考文獻

11 典型醫(yī)療儀器的發(fā)展趨勢

11.1 醫(yī)療儀器的作用與特點

11.2 典型醫(yī)療儀器的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

習(xí)題與思考題

參考文獻2100433B