发电机断路器实时数字仿真建模

通过引入可变电阻模型的方式,实现了电弧电阻模拟电弧电压的思路,在RTDS仿真环境中搭建了发电机断路器模型,并以该模型为基础,搭建了发电机源三相接地故障仿真网络。以具有最大非对称度的某相为例,分别仿真研究了发电机源三相接地故障后,不考虑发电机断路器开断过程中电弧电阻以及故障位置电阻时、仅考虑故障位置电阻时以及仅考虑发电机断路器开断过程中电弧电阻时,该相短路电流变化。最后,利用RTDS/RSCAD的Playback录波回放功能,分析比较了不同状况下的仿真结果,从而得出电弧对发电机断路器电源侧短路电流的影响。仿真结果可作为确定发电机断路器电源侧短路电流开断能力的参考依据。     

电弧对发电机断路器电源侧短路电流开断能力的影响分析

发电机断路器电源侧短路电流具有较大的非对称度,在特殊工况下,甚至会出现电流延迟过零的现象。笔者结合实际工程中的发电机参数,计算了考虑电弧前后发电机断路器电源侧短路电流的变化,阐述了电源侧短路电流出现延迟过零的原因,分析了电弧对电源侧预期短路电流的影响。对比发电机断路器电源侧预期短路电流计算结果和系统侧短路电流开断试验数据,分析了发电机断路器电源侧短路电流的开断能力,尤其是具有延迟电流零点短路电流的开断能力,其结果可作为确定发电机断路器电源侧短路电流开断能力的参考依据。     

基于改进IEEE算法的发电机出口断路器选型计算

发电机出口断路器价格昂贵,而发电机出口短路电流计算会直接影响断路器选型。对IEC标准及IEEE标准中关于计算发电机出口短路电流的方法进行了介绍,并基于IEEE算法提出了改进算法,增加了3种运行工况下的短路电流计算。结合具体算例对3种方法进行了比较,为GCB选型提出了参考性意见。     

大容量发电机断路器主要特性分析

发电机断路器具有额定电流大、开断短路电流直流分量高、开断瞬态恢复电压(TRV)上升快等特点,分析了这些特点产生的原因,并阐述了目前解决这些特性问题的主要方法,即利用电弧特性避免短路电流长延时过零、断路器两端加装吸收电容限制TRV上升率,为大容量发电机选型提供参考。     

弧隙电阻对发电机断路器瞬态恢复电压的影响研究

瞬态恢复电压是发电机断路器的一项重要指标,在开断短路故障时具有决定性意义。弧隙电阻作为发电机断路器开断过程中的内部因素,是否对瞬态恢复电压产生影响并未有人进行过研究。文中利用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP计算分析系统开断三相短路故障时,不同弧隙电阻发电机断路器的瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV),并研究了弧隙电阻与瞬态恢复电压波形之间联系。仿真结果表明:发电机断路器在开断故障过程中TRV的上升率与弧隙电阻的上升率成正相关关系,通过降低弧隙电阻上升率可以降低TRV的上升率;发电机断路器开断过程中,电流过零后弧隙电阻阻值大的断路器产生的瞬态恢复电压峰值小,提高电流过零后弧隙电阻的阻值可以降低产生的瞬态恢复电压峰值。     

短路电流直流分量对断路器电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流的影响研究

随着电网容量的不断增大,电力系统短路电流直流分量的时间常数有很大可能大于其标准时间常数45 ms。目前非对称短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律尚无研究。因此,文中研究目标是获得短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律。基于高压断路器内部结构建立电弧物理焓流仿真模型,分别研究气体断路器开断对称电流和非对称电流时,燃弧阶段的关键电弧参数如电弧长度、压气室压力、喷口处气体质量流等参数的变化规律。研究结果显示:相同燃弧时间条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时,电弧长度变化不大,而燃弧过程中压气室压力、气体质量流略有增加。而在相同分闸时刻条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时的燃弧时间有可能更长,导致电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流数倍增长。然而,无论是在相同燃弧时间条件下,还是在相同分闸时刻条件下,上述关键电弧参数的变化使气体断路器的KEMA黑盒电弧模型计算得到的断路器开断能力的变化明显小于短路电流直流分量的增长所要求断路器需达到的开断能力量级。研究结果解释了断路器开断高直流分量的短路电流时,开断易于失败的原因,并可为提升高压断路器非对称短路电流开断能力提供理论依据。     

改进混合型限流断路器限流特性及换流电弧能量分析

混合型限流断路器兼备了机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速分断的动态特性,是国际上断路器研究的新方向。为了对高di/dt电流下混合型限流断路器的换流电弧能量进行分析,在已研制出的两种混合型限流断路器样机基础上,开展了相同实验线路参数和设定动作值条件下的两种限流断路器方案的对比实验。改进方案可将电流上升率di/dt为18A/μs的短路电流限制到7.5kA,分断动作时间1ms,相比于初始方案,改进方案分断速度更快,限流能力更强。进而计算了2种方案在不同短路电流上升率下的换流电弧能量,并分析了电弧能量对触头烧蚀特性的影响。改进方案能够有效地降低换流电弧能量,减小电弧对触头的烧蚀,提高触头寿命。研究表明改进方案更适合需要多次分断高di/dt短路电流的应用场合。     

并联电容对发电机断路器暂态恢复电压TRV的影响研究

发电机断路器开断短路故障电流后,断口间的暂态恢复电压(TRV)具有上升率高、时延短和振幅系数大的特点。因此,电流过零开断后发电机断路器断口间将承受非常严酷的热应力,容易发生电弧复燃,从而导致短路故障开断失败。为此,笔者通过仿真计算与分析并联电容对发电机断路器开断系统源故障、失步故障后断口间TRV的影响,仿真结果表明并联电容可以有效地降低TRV的上升率RRRV。最后,通过额定电压24 kV、额定短路开断电流160 k A的发电机断路器(型号为ZHN10-24/Y25000-160)开断系统源故障、失步故障的数据结果说明了理论分析和实际结果相一致。     

Circuit Breaker' s Selection in Electrical Design of Low Voltage Power Distribution System

介绍了低压配电系统中断路器的选型原则.从回路负载电流和短路电流的计算出发,给出断路器额定电流和分断能力的选择方法.对断路器选型中实现选择性保护的类型、条件和实现途径进行了分析,并对影响断路器选型及系统正常运行不可忽视的电缆参数选择作了介绍.     

低压配电系统电气设计中的断路器选型(下)

介绍了低压配电系统中断路器的选型原则。从回路负载电流和短路电流的计算出发,给出断路器额定电流和分断能力的选择方法。对断路器选型中实现选择性保护的类型、条件和实现途径进行了分析,并对影响断路器选型及系统正常运行不可忽视的电缆参数选择作了介绍。     

低压配电系统电气设计中的断路器选型(上)

介绍了低压配电系统中断路器的选型原则。从回路负载电流和短路电流的计算出发,给出了断路器额定电流和分断能力的选择方法。对断路器选型中实现选择性保护的类型、条件和实现途径进行了分析,并对影响断路器选型及系统正常运行不可忽视的电缆参数选择做了介绍。     

发电机出口断路器的选用

国内电厂发电机出口断路器,长期以来主要采用SN4—10／20G型少油断路器。这种断路器的关合电流参数与其开断电流并不配合,往往不能满足安装地点的要求,但电流参数（额定电流和额定短路开断电流）已是国产少油断路器中最高的。我公司的两个热电厂就存在这种情形,发电机和厂用分支断路器都为SN4型,安装点的短路水平远远超过断路器的开断和关合电流能力,虽然通过大电流闭锁等措施可减轻断路器的分断压力,     

Circuit Breaker' s Selection in Electrical Design of Low Voltage Power Distribution System

介绍了低压配电系统中断路器的选型原则.从回路负载电流和短路电流的计算出发,给出了断路器额定电流和分断能力的选择方法.对断路器选型中实现选择性保护的类型、条件和实现途径进行了分析,并对影响断路器选型及系统正常运行不可忽视的电缆参数选择做了介绍.     

基于IGBT的直流混合型固态断路器及其换流过程

分析和比较了各种固态断路器的优、缺点,提出了适用于直流电力系统的基于IGBT的混合型固态断路器.通过搭建的固态断路器试验平台,进行了直流短路电流分断试验,并理论分析了影响其换流时间的电路参数.与机械断路器分断短路电流实验结果的对比表明,该断路器能有效分断直流短路电流并且有分断时间快、限流能力强、无电弧等优点.     

大容量发电机出口断路器选择

针对大容量发电机出口断路器的选择问题,依据GB/T 14824-2008、IEEE Std C37.013-1997和IEC 60909-0-2001中的计算方法,并结合发电机出口断路器型式试验报告的有关数据,以某百万千瓦级发电机组为例进行了比较计算,分析计算结果,提出了对发电机出口短路器短路电流开断能力不能采用百分比...     

高压断路器电流零点延迟开断回路计算及试验

高压断路器利用交流电弧过零熄灭这一机理来完成电流开断,但随着特高压工程和直流电网的建设,系统中会出现电流零点延迟现象,对高压断路器的开断造成影响。采用非同步三相短路故障回路,分析了电流零点延迟现象产生的原因,并采用PSCAD软件对回路进行了仿真计算。计算表明：发生B、C两相短路时,当A相电流源电压的初始相位角α为90°或270°时,回路具有最大的直流分量,此时当两相短路经过5 ms发展成三相短路时,在B相中产生正向电流延迟零点现象;当两相短路经过15 ms发展成三相短路时,在C相中产生负向电流延迟零点现象。利用此现象,研究开发了一种电流延迟零点合成试验回路,并实现了高压断路器的电流延迟零点开断试验验证,结果表明断路器在开断过程中产生的电弧电阻会使回路中直流分量减小,从而导致电流延迟零点时间减小。     

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。     

高海拔微型断路器分断性能的数值仿真分析及应用

高海拔环境下,以空气为灭弧介质的微型断路器分断性能下降,发生短路故障时大电流对电力系统和设备本体的危害加大。为分析分断过程中的环境作用规律并开展优化设计,文中依据高海拔环境下电弧电压的变化规律将分断过程划分为四个阶段,推导出相应的电弧电压电流数值方程,分析不同预期分断电流、合闸相角、气压和电弧电压对分断过程的影响,求解数值方程得到断路器在不同条件下的电弧电流电压波形,并开展不同电流、合闸相角下的分断试验验证,得出随着分断增大,断路器分断性能考核最严格合闸相角明显改变,再在该相角下分析气压下降时的电弧电压和大电流危害表征量的变化规律,综合考虑灭弧能量和焦耳积分增加值得到高海拔环境下大电流危害增加百分数,得出低气压下断路器分断性能明显劣化,并开展断路器优化设计,数值计算其电弧参量并试验验证优化设计后的大电流危害下降程,得出优化设计后大电流危害表征量降低至低海拔地区的相应值,所提数值仿真方法实用有效。     

5 kV快速中压直流空气断路器的研发

为满足大容量中压直流供配电系统的保护需求,开展了中压直流空气断路器的研制工作。针对中压直流空气断路器大电流分断的技术难点,结合仿真分析及试验研究,建立了空气电弧的3维磁流体动力学模型,计算得到了断路器分断过程中灭弧室内部温度场及压力场数据,并利用高速摄影仪记录大电流分断时电弧的运动过程,验证了仿真模型的有效性。最后,根据研究结果研制5 kV/110 kA直流断路器样机,并进行了大电流分断试验。试验结果表明,该快速中压直流空气断路器成功分断了峰值110 kA的短路电流,分断电流为91.8 kA,全分断时间为17 ms。     

并联型真空发电机断路器的电流转移过程

目前越来越多的电厂已经认识到在发电机与升压变压器之间安装发电机断路器(generator circuit breaker,GCB)的重要性。由于具有安全、价格及体积等优势,真空型的发电机断路器是中小型电厂的首选。为提高开断能力和通流能力,提出了一种区别于传统并联断路器控制机制而采用两断口分步打开开断方式的新式并联双断口真空发电机断路器,它将电流转移到后打开的灭弧室,利用相控方法进行开断。通过对3种故障电流下的电流转移过程分析,推导出3种故障情况下的电流转移过程变化公式,并对100kA周期电流下进行仿真分析,得到实现电流转移的根本原因。通过样机实验和理论计算对比,忽略电弧电阻是计算产生误差的主要原因。