新型混合型限流断路器在直流电力系统中的限流特性研究

针对直流电力系统高di/dt短路电流难以分断的问题,开展了基于高速斥力开关的混合型限流断路器在直流电力系统中的应用研究.对限流断路器的工作原理、参数设计以及高速斥力开关的动作特性进行了分析,采用EMTP仿真分析了限流断路器在不同短路电流上升率下的限流特性.仿真结果表明限流断路器可将预期100 kA、时间常数5 ms的直...     

新型混合型限流断路器分析及试验

研究了一种基于高速斥力开关的交直流两用混合型限流断路器方案,该限流断路器在限流过程中先经过一个强迫换流过程,使得触头分离时高速斥力开关上电流减小到较小值,触头分离后再经历一个自然零电压换流过程,将斥力开关电流换流到二极管支路上.重点对限流断路器换流过程进行了理论分析及仿真,分析了其可能出现的4种分断情况.研制了400V/500A限流断路器样机,并进行了不同短路电流上升率的限流试验,验证了理论分析的正确性.     

混合型限流断路器在高短路电流上升率时换流试验分析

提出了一种基于高速斥力开关和双向晶闸管开关的新型混合型限流断路器方案,在研制出3 kA/320 V限流断路器样机基础上,对其在高短路电流上升率时的换流过程进行了分析和试验研究.推导了换流过程的等效电路模型和换流时间的计算公式,并进行了不同电流上升率的限流试验以验证所建模型的正确性.通过减小换流支路电感和减小斥力开关动作延时,样机成功实现了13.6 kA的电流转移(电流上升率为26 A/μs)及限流分断,换流时间仅为100μs.     

基于电磁斥力开断器的直流限流熔断器设计方法与限流特性

在考虑短路分断特性和温升特性要求的基础上,得到了额定直流640 V/2 k A限流熔断器的性能指标设计约束条件,推导出了各性能指标的解析计算式和各组件参数的设计原则。分析了不同短路电流上升率下的限流特性,结果表明:介质恢复时间tz和起弧分断时间tp都随着短路电流di/dt的增大而减小,限流峰值Ip随着di/dt的增大而增大。为了进一步增加介质恢复时间和改善限流性能,采取了减小电弧触发器支路电感的方法,改进后的样机可将di/dt为8.3 A/μs的短路电流限制在22.2 k A,tp减小为3.3 ms,tz增加到600μs,限流熔断器限流性能和可靠性得到了明显提高。     

双向强迫换流型直流限流断路器的分析与设计

针对强迫换流型限流断路器分断双向高上升率短路电流时关断电流的分流问题及其在关断额定及小电流时存在的过大冲击和需要判断电流方向等问题,该文提出一种新型的双向强迫换流型直流限流断路器方案,对故障电流和额定及小电流的关断分别采用不同的触头驱动模式和不同关断电路。分析电弧电压、真空开关支路及二极管支路分布电感对关断电流分流的影响规律,得到保证关断电流全部用于反向关断真空开关的约束条件及设计方法。设计900V/1kA断路器样机并完成额定和短路分断试验,可将初始上升率约为22A/ms的短路电流限流至10.9kA,分断时间小于1ms,分断额定电流时关断脉冲电流仅为1700A。试验结果表明,所提出方案的有效、可行和分析准确、可信。     

混合式限流断路器阶段分析及其控制策略优化

针对传统真空断路器在微电网无缝切换时遇到的分断速度慢的问题,提出基于高速机械开关和固态断路器新型混合式交流限流断路器的设计方案。对该断路器在预期短路电流20 k A的工况下换流分断过程分阶段进行了分析,推导了限流断路器短路分断时间的计算公式,并进行了不同关断电感下的模拟仿真以验证所建模型的正确性。在分析结论的基础上完成了限流断路器关键器件参数的设计。通过对分断保护控制策略的优化,有效减小了触头分离时电弧的大小,提高了短路限流分断性能。经仿真试验改进后的400 V/450 A混合式限流断路器可以将预期短路电流20 k A的故障电流限流至4 200 A以下并完成分断,短路分断时间仅不到1 ms。     

一种新型双向强迫换流型限流断路器的分析与设计

针对强迫换流型限流断路器双向关断时关断电路体积大以及需要判断电流方向等问题,提出一种新型的双向强迫换流型限流断路器拓扑结构,利用机械开关分断时产生的电弧电压对桥式二极管的钳位作用控制关断电流的投入方向,对任一方向电流的关断均可采用同一控制策略,无需判断故障电流方向。分析了线路分布电感对关断电流分布的影响规律,得到了关断电流初始上升率的约束条件,在该文的实际应用条件下关断电流上升率应小于100 A/?s。设计了600 V/630 A断路器样机,进行正、反向短路分断试验,可将初始电流上升率为8.25 A/?s的短路电流在1.1 ms内成功分断,限流峰值为7.8 k A。试验结果表明所提出方案有效、可行和分析准确、可信。     

混合型直流真空断路器小间隙下的分断特性

混合型直流真空断路器技术是舰船电力系统短路保护的有效方式,其换流参数的优化设计取决于真空灭弧室的分断特性。利用可拆卸真空灭弧室,研究了直径为45 mm 的CuCr50平板触头在直流3~5 kA,燃弧时间约为50μs,触头开距约0.5 mm 的分断过程中,灭弧室电流下降过零变化率di/dt对电弧性能的影响。实验结果表明：di/dt>90 A/μs时,灭弧室电流过零后继续流通;di/dt<60 A/μs 时,灭弧室电流过零截止,电弧熄灭,可以为介质恢复过程创造近似零电压的恢复条件。实验条件下,经过约50μs的近似零电压恢复过程,真空间隙介电强度恢复到静态耐压水平,击穿电压幅值主要受触头表面状态的影响。实验结果可以用于指导低压混合型直流真空限流断路器的研发。     

新型直流真空断路器强迫换流分断特性

基于强迫换流原理的新型混合型直流真空断路器是解决高上升率直流短路电流分断难题的有效方式。获知短燃弧、短间隙条件下真空开关大电流分断特性是快速直流真空断路器的研制基础。利用合成实验平台,研究了采用Cu Cr50平板型触头的真空开关,燃弧时间数百微秒,触头开距不足2 mm的条件下,分断20 kA左右电流的介质强度恢复特性。实验结果表明:真空开关分断电流17 kA时,以110 A/μs的速率换流过零后,经过41μs的近似零电压阶段的恢复,可以成功抗受10 kV/mm的电场应力,但延迟击穿重燃现象时有发生;分断电流21 k A时,电场应力不足5 kV/mm时,便会发生击穿重燃。通过触头结构设计,使开关分离拉燃电弧时形成双柱乃至多柱电弧成为改善真空开关分断特性的可行方法。     

直流混合型超导限流器强迫换流方法研究

针对现有断路器开断容量不能满足现代舰船直流电力系统短路电流分断要求的现状,提出了一种直流混合型超导限流器的方案。舰船直流电力系统短路电流上升率高达20 A/μs,该限流器需要完成短路电流的快速换流,研究了强迫换流方法。讨论了直流混合型超导限流器的工作原理,对限流器的限流过程进行了分析。在给定电力系统短路电流参数的条件下,结合电路仿真软件,对辅助换流支路参数进行了设计。实验结果表明,强迫换流的方法在38 μs内完成了上升率为20.4 A/μs的7 680 A的短路电流的换流,混合型方案具有可行性,强迫换流的方法能够实现短路电流的快速换流。     

新型灭弧系统对背后击穿现象的抑制作用

传统观点认为低压限流断路器的开断电弧进入灭弧室后,电弧就熄灭。近年来通过现代测试设备发现了开断电弧在灭弧室内外的多次转移,即背后击穿现象,降低了开断性能。本文介绍了一种应用于限流断路器的新型混合式灭弧系统,进一步对影响开断性能的不同材料、不同窄缝宽度进行试验。实验证明,新型的灭弧系统不仅有效地抑制了背后击穿现象的发生,而且进入灭弧室的电弧始终具有平稳的较高电弧电压,有效地提高了限流断路器的开断性能     

基于限流级差配合的城市配电网高选择性继电保护方案

为了解决供电半径短的城市配电网继电保护配合困难问题,提出了一种基于限流级差配合高选择性继电保护方案。在变电站出线断路器和联络开关配置限流保护装置,发生相间短路故障时,出线断路器限流保护装置迅速限流并与配置于馈线分段开关的保护装置实现多级级差继电保护配合;若为永久性故障,联络开关配置限流保护装置可以在限流条件下实现故障区域的隔离和健全区域恢复供电。结合实例详细论述了限流保护装置的组成和工作原理,着重论述了参数整定方法。分析结果表明:所建议的方法能够有效降低故障处理期间的短路电流水平和对设备的损害,不仅适用于架空配电网,而且也适用于电缆配电网。     

限流式断路器触头的电动斥力分析

基于触头系统的电动斥力对限流式断路器的分断具有重要影响,利用三维有限元软件ANSYS分析限流式断路器触头部分磁场的分布,并统一计算触头系统的Holm力和Lorentz力,分析影响Lorentz力的因素.结果表明,导体截面及间距等参数对Lorentz力影响较大.     

新型混合式灭弧系统在限流断路器中的研究

低压限流断路器是广泛应用于工业与民用的低压电器,它采用多个栅片的灭弧室,利用近极压降将进入到灭弧室中的电弧电压提升到一个较高的值,从而在开断电路的同时还起到对短路电流的限制。目前背后击穿现象降低了开断性能。本文研究了一种将窄缩与栅片配合应用于限流断路器的新型混合式灭弧系统。控制了栅片间金属短弧的金属蒸气喷流,同时削弱灭弧室中热气体的回流。实验证明,新型的混合式灭弧系统不仅有效地抑制了背后击穿现象的     

新型强迫换流型限流断路器真空介质强度的恢复特性

为了保证新型强迫换流型真空直流限流断路器关断短路电流的可靠性,对该型断路器分断过程的真空介质恢复特性进行研究。设计了与断路器关断过程等效的介质恢复试验方案,通过等效试验结果和理论推演公式的拟合,得到了新型强迫换流型限流断路器真空灭弧室触头打开过程的动态介质强度恢复规律。研究结果表明:减小燃弧能量、提高触头运动速度可提高真空灭弧室介质的临界击穿电压;综合考虑燃弧时间与燃弧能量及触头开距的关系,随着燃弧时间的增加,真空灭弧室临界击穿电压先减小后增大。所得介质恢复规律可以作为新型断路器优化设计的参考依据。     

具备短路故障限流能力的LCL-VSC变换器的设计与优化

传统的LCL变换器在发生短路故障时,不具备短路故障限流能力,只能通过断路器切除变换器,但故障切除后失去了对变换器的控制能力且断路器切除太慢时亦可能损坏功率开关管。相比于传统VSC变换器中LCL无源元件具有滤波的功能以外,新型LCL-VSC变换器通过合理的LCL参数设计可具有限制短路故障电流的能力。首先建立LCL变换器的数学模型,并分析了交流侧和直流侧短路故障时的故障电流特性,在此基础上提出一种合理的LCL无源参数设计与优化方案。该方案使LCL无源滤波器在滤除高频谐波的同时,利用其阻抗特性可有效的限制直流侧/交流侧短路故障电流,确保变换器在直流侧/交流侧短路时流过功率开关管的故障电流不高于其允许的最大工作电流,实现故障时对变换器的持续控制。最后,搭建200 k W的仿真实验系统验证了该优化设计方案的正确性和可行性。     

直流分量时间常数对断路器非对称开断性能影响分析

从短路电流的有效值、燃弧时差、电弧能量等方面分析了直流分量时间常数对断路器非对称电流开断性能的影响,给出了非对称短路计算模型及计算方法。结果表明直流分量时间常数越大,短路电流中直流分量越大且衰减越慢,燃弧时差越大,电弧能量越大,电流过零时di/dt降低,TRV参数亦有所降低,且非对称电流开断时,直流分量时间常数增大将导致断路器的开断条件变得苛刻。     

低压断路器的限流性能与级联技术应用

在线路发生短路故障时,通过断路器的限流技术可以限制短路电流,减少线路故障对电力设备的危害;同时还可以采用级联技术实现下级断路器分断大于其分断能力的短路电流,从而降低产品成本,提高经济效益.结合施耐德的Compact NSX塑壳断路器,对其限流能力和级联技术的原理和实现方法进行了研究分析,为配电系统的设计人员提供了一定的参考依据,以实现安全性能和经济效益的统一.