本書分為11章，第1章是緒言，概要介紹了高壓開關技術發(fā)展中的一些熱點問題和解決問題的思路，第2～11章分別介紹了開關電器智能化技術、高壓直流開斷技術、高電壓等級真空開斷技術、真空斷路器容性開斷技術、相控合分技術、操動機構可靠性研究、超導技術在開關設備中的應用、高壓開關設備中SF6氣體替代研究、直流熔斷器技術、電力半導體器件電力開關等內容。
本書是“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目。
本書是西安交通大學電氣工程學院智能化電器研究團隊研發(fā)成果的結晶，王建華教授負責本書的總編撰。
電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對安全、可靠輸送電力提出了越來越高的要求。這些要求很多都要通過高壓開關來實現(xiàn)。因此高壓開關近年來也獲得很大發(fā)展，主要表現(xiàn)在電壓等級、開斷容量、智能化、環(huán)境友好等。這些發(fā)展變化也驅使高壓開關不斷采用新的前沿技術，許多技術來自于其他領域，遠遠超出傳統(tǒng)開關電器的范疇。本書主要目的就是針對近年來高壓開關設備發(fā)展的前沿技術進行介紹，為從事這個領域的科技工作者和工程師提供*新的資訊。相信這些技術的發(fā)展會成為新一代開關電力設備的重要基礎。
高壓開關設備是電力系統(tǒng)中的核心裝備，它在系統(tǒng)中主要起保護和控制作用。所用的電力能源都必須通過高壓開關輸送到需要的地方去，而系統(tǒng)一旦發(fā)生故障也必須通過斷路器的開斷實施保護，確保故障不會蔓延。另外，電網(wǎng)的隔離、改變拓撲結構也都通過各種類型的高壓開關來實施。
隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，無論從電網(wǎng)容量還是電壓等級和輸送功率都在快速增加，同時還對安全、可靠輸送電力提出了越來越高的要求。這些要求很多都要通過高壓開關來實現(xiàn)。因此高壓開關近年來也獲得很大發(fā)展，主要表現(xiàn)在電壓等級、開斷容量、智能化和環(huán)境友好等。這些發(fā)展變化也驅使高壓開關不斷采用新的前沿技術，許多技術來自于其他領域，遠遠超出傳統(tǒng)開關電器的范疇。本書主要目的就是針對近年來高壓開關設備發(fā)展的前沿技術進行介紹，為從事這個領域的科技工作者和工程師提供最新的資訊。既然稱之為前沿技術，未必已經是成熟的技術，是否能夠獲得實際工程應用也在兩可之間，但我相信這些技術的發(fā)展會成為新一代開關電力設備的重要基礎。
本書分為11章，第1章是緒言，概要介紹了高壓開關技術發(fā)展中的一些熱點問題和解決問題的思路，第2～11章分別介紹了開關電器智能化技術、高壓直流開斷技術、高電壓等級真空開斷技術、真空斷路器容性開斷技術、相控合分技術、操動機構可靠性研究、超導技術在開關設備中的應用、高壓開關設備中SF6氣體替代研究、直流熔斷器技術、電力半導體器件電力開關等內容。
本書的編寫是西安交通大學電氣工程學院智能化電器研究團隊共同完成的，其中王建華教授負責本書的總編撰，并執(zhí)筆編寫第1章，第2章由張國鋼教授執(zhí)筆，第3章由楊騉博士執(zhí)筆，第4章由馬慧博士執(zhí)筆，第5章由余勇祥博士執(zhí)筆，第6章由張博健博士執(zhí)筆，第7章由姚曉飛博士執(zhí)筆，第8章由項彬博士執(zhí)筆，第9章由閆靜博士執(zhí)筆，第10章由黃鑫健博士執(zhí)筆，第11章由高磊博士執(zhí)筆。耿英三教授和劉志遠教授在全書的內容策劃上提出了很多有價值的意見。
本書涉及的內容比較廣泛，許多內容已經超出了傳統(tǒng)意義上的電氣工程領域，我們力圖向各位讀者提供豐富的信息和新知識，但限于著者個人水平，一定會有許多疏漏和錯誤，請予以見諒。
王建華，教授，西安交通大學，電力設備電氣絕緣國家重點實驗室主任。中國電工技術學會常務理事，中國電工技術學會電器智能化系統(tǒng)與應用專委會主任委員，中國電機工程學會智能化電力設備及系統(tǒng)專委會主任委員，國家教育部科學技術委員會科技委員。
前言
第1章緒言1
11開關電器的智能化技術1
12環(huán)境友好型電器3
13直流開斷技術的新發(fā)展4
14真空斷路器的容性負荷投切和相控開斷6
15開關電器中的電工新材料和新器件7
16開關電器的機構可靠性理論與方法7
第2章開關電器智能化技術9
21國內外進展情況9
211智能電器的主要技術特征9
212高壓開關設備的智能化10
213新型電流傳感技術12
214混合式電力開斷技術14
215智能電器的主要發(fā)展趨勢15
22電力系統(tǒng)大電流測量理論與技術15
221電流傳感技術的發(fā)展現(xiàn)狀16
222磁傳感器陣列式電流傳感器19
223基于磁傳感器陣列的時域電流測量方法21
23基于超聲波的液壓機構壓力測量技術29
231高壓斷路器液壓機構超聲測量方案30
232液壓測量系統(tǒng)的硬件結構34
233液壓測量系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)38
24超高頻局部放電檢測技術41
241UHF法理論分析42
242天線理論基礎42
243UHF天線的結構與尺寸44
244UHF天線性能參數(shù)46
245天線系數(shù)的標定49
246UHF天線局部放電測試實驗50
25智能電器控制單元的EMC設計51
251概述51
252智能電器控制單元電路板的EMC設計52
253時域宏模型結合電路仿真的混合設計方法57
26暫態(tài)電磁干擾對智能電器控制單元的耦合效應分析64
261概述64
262暫態(tài)電磁干擾通過電子式電流互感器的傳導耦合效應研究65
263外場激勵下多芯屏蔽電纜的傳輸特性研究71
27本章小結85
28參考文獻85
第3章高壓直流開斷技術87
31高壓直流斷路器發(fā)展概述87
311中國直流輸電工程建設87
312高壓直流斷路器綜述89
313高壓直流斷路器的研究難點91
32高壓直流斷路器的發(fā)展現(xiàn)狀92
321機械式直流斷路器的發(fā)展現(xiàn)狀92
322全固態(tài)式直流斷路器的發(fā)展現(xiàn)狀94
323混合式直流斷路器的發(fā)展現(xiàn)狀95
324限流式直流斷路器的發(fā)展現(xiàn)狀98
33高壓直流斷路器的分類和開斷原理101
331機械式直流斷路器開斷原理101
332全固態(tài)式直流斷路器開斷原理104
333混合式直流斷路器開斷原理104
334限流式直流斷路器開斷原理106
34高壓直流斷路器的關鍵參數(shù)106
341電流電壓定義106
342時間定義107
343額定電流開斷108
344高壓直流故障108
345系統(tǒng)穩(wěn)定性113
35高壓直流斷路器的測試方法114
351直接測試方法114
352間接測試方法115
36參考文獻118
第4章高電壓等級真空開斷技術123
41真空開斷技術在高電壓等級中的應用123
411真空開斷技術簡介123
412高電壓等級真空斷路器的發(fā)展124
42高電壓等級真空開斷的關鍵技術125
421真空滅弧室絕緣耐壓特性研究125
422大電流真空電弧研究133
423真空斷路器溫升研究142
424真空斷路器操作特性研究144
43高電壓等級真空開斷技術最新動態(tài)149
431陶瓷外殼真空滅弧室149
432額定電流提升技術149
433SF6替代氣體外絕緣151
434新型操動機構技術151
435“真空”組合電器153
436“超導”組合電器153
437新型高壓直流斷路器154
438超特高壓真空斷路器155
44本章小結156
45參考文獻156
第5章真空斷路器容性開斷技術165
51概述165
52容性投切的電路暫態(tài)過程166
521容性合閘過程166
522容性分閘過程170
53真空斷路器容性開斷研究現(xiàn)狀172
531合閘預擊穿過程的研究173
532分閘重擊穿過程的研究174
54容性電流開斷實驗回路177
541采用LC振蕩和變壓器方式的容性合成實驗回路177
542采用LC振蕩方式的直流恢復電壓容性合成實驗回路179
543采用變壓器方式的同步容性合成實驗回路181
55容性電流開斷技術研究184
551涌流控制技術184
552雙斷口技術184
553帶固定斷口真空斷路器技術186
554觸頭材料與制備工藝186
555相控合分閘技術186
556分合閘速度控制技術187
56老煉技術對容性開斷性能的改善189
561真空滅弧室老煉技術概述189
562納秒連續(xù)脈沖老煉裝置及其控制190
563納秒連續(xù)脈沖老煉效果及分析193
564納秒連續(xù)脈沖老煉對真空斷路器重擊穿概率的影響195
57本章小結196
58參考文獻196
第6章相控合分技術201
61概述201
62相控合分技術的基本原理202
621并聯(lián)電容器組的相控合分203
622并聯(lián)電抗器的相控合分203
623空載變壓器的相控合分205
624空載長線的相控合分208
625短路電流的相控開斷209
63相控合分技術對電力開關的技術要求211
631電氣性能要求211
632機械性能要求213
633相控控制器的性能要求214
64適用于相控操作的快速真空斷路器216
641基于電磁斥力操動機構的快速真空斷路器216
642快速真空斷路器的機械性能219
643快速真空斷路器的相控開斷性能222
65基于BP神經網(wǎng)絡的短路電流過零點預測算法231
651BP神經網(wǎng)絡232
652BP神經網(wǎng)絡的優(yōu)缺點及改進方法233
653神經網(wǎng)絡的構建與訓練236
654基于BP神經網(wǎng)絡的過零點預測算法優(yōu)化237
66參考文獻238
第7章操動機構可靠性研究242
71概述242
72CIGRE關于運行中高壓斷路器的可靠性調查243
721術語和定義243
722運行中斷路器可靠性調查243
73國內外高壓斷路器可靠性研究現(xiàn)狀248
74斷路器可靠性物理和失效物理249
741金屬材料失效機理249
742沖擊載荷作用下金屬材料的疲勞斷裂251
743可靠性物理和失效物理（RP/PoF）介紹253
75126kV真空斷路器操動機構可靠性研究255
751彈簧操動機構機械可靠性255
752分離磁路式永磁操動機構機械可靠性258
753快速斥力機構機械可靠性261
76本章小結263
77參考文獻263
第8章超導技術在開關設備中的應用264
81國內外研究現(xiàn)狀264
811超導限流器的國內外研究現(xiàn)狀264
812超導限流器在直流系統(tǒng)中與斷路器配合的國內外研究現(xiàn)狀267
82超導限流直流開斷方案研究269
821限流直流開斷的拓撲結構269
822限流器的理想限流波形270
823限流器的限流特性270
824限流器對直流斷路器開斷的影響276
825電阻型超導限流器和直流斷路器的配合281
83直流超導限流器的限流特性282
831直流超導限流器中超導線圈的繞制設計282
832直流超導限流器的限流特性測試285
8410kV超導限流直流斷路器的設計和實驗287
84110kV超導限流單元設計287
84210kV直流斷路器單元設計291
84310kV超導限流直流斷路器實驗方法293
84410kV超導限流直流斷路器實驗結果295
85本章小結297
86參考文獻297
第9章高壓開關設備中SF6氣體替代研究303
91引言303
92常規(guī)氣體305
93SF6混合氣體309
94新型環(huán)保氣體312
941八氟環(huán)丁烷（cC4F8）312
942三氟碘甲烷（CF3I）315
943氟化腈類氣體319
944氟化酮類氣體325
95干燥空氣絕緣+真空開斷技術330
96本章小結332
97參考文獻332
第10章直流熔斷器技術及應用341
101概述341
1011直流熔斷器的應用與發(fā)展342
1012直流熔斷器的國家標準343
102當前直流熔斷器研究的關鍵技術344
1021直流熔斷器的過載開斷特性344
1022混合式熔斷器的研究347
1023直流熔斷器的實驗方法研究351
1024直流熔斷器模型的研究354
1025直流熔斷器的發(fā)展方向355
103電動汽車用直流熔斷器356
1031概述356
1032電動汽車電氣系統(tǒng)組成356
1033電動汽車內直流熔斷器類型358
1034電動汽車內直流熔斷器的選型359
1035電動汽車用直流熔斷器的試驗364
104光伏用直流熔斷器367
1041概述367
1042光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成與分類367
1043光伏發(fā)電系統(tǒng)的保護對象介紹372
1044光伏發(fā)電系統(tǒng)內直流熔斷器的選型373
1045光伏用直流熔斷器的試驗378
105城市軌道交通用直流熔斷器381
1051概述381
1052城市軌道交通供電系統(tǒng)介紹382
1053軌道交通用直流熔斷器的選型384
106參考文獻388
第11章電力半導體器件電力開關390
111電力半導體器件390
1111電力半導體器件概述390
1112電力半導體器件的分類及其工作原理391
1113不可控器件——電力二極管392
1114半控型器件——晶閘管393
1115典型全控型器件395
1116寬禁帶半導體器件399
1117應用于電力開斷的典型電力半導體器件的選擇404
112電力半導體器件在電力開斷中的應用408
1121固態(tài)斷路器408
1122混合型斷路器412
113電力半導體器件應用于電力開斷所面臨的問題及解決方案426
1131電力半導體器件的保護426
1132電力半導體器件的均壓均流427
1133電力半導體器件的散熱與冷卻429
114參考文獻430
書單推薦
