混合式直流断路器合成开断试验方法及等效研究

国际上已开发出多种混合式高压直流断路器,并完成工程应用,其在多端和直流电网应用前景广阔。短路电流开断能力是直流断路器的核心性能,而直流开断过程同时存在大电流、高电压和强能量,造成在试验室中等效复现开断应力极为困难。国际上至今尚未形成统一的等效开断试验标准,试验容量与等效性关系也缺少理论研究和定量分析。该文基于混合式直流断路器开断原理,提取开断过程分阶段等效应力,揭示试验容量与等效性数学关系,奠定试验电路参数设计及等效分析的理论基础。进一步提出双频电流源合成开断试验方法,完成关键等效应力数学解析与试验电路参数最优设计,开展试验应力仿真验证及等效性对比分析。研究表明,双频电流源合成等效试验方法可实现混合式直流断路器开断电应力全等效,技术经济性良好,对开断试验装置开发及标准制定具有指导意义。     

混合式高压直流断路器暂态分断特性及其参数影响分析

混合式高压直流断路器(DC Circuit Breaker, DCCB)的本质是分断故障电流。分断暂态过程中的电气参数是决定断路器分断性能的核心所在。在分析DCCB拓扑结构的基础上,将断路器分断暂态过程划分为三个阶段。通过建立带DCCB的直流电网故障等效电路和断路器分断各暂态阶段的系统级等效电路,来分析分断过程中断路器自身的暂态特性。将断路器自身参数与直流系统参数联合起来,分别对断路器的两次换流过程进行详细分析。建立了断路器分断电流、暂态电压和开断时间的数学模型,推导断路器分断全过程中的分断电流以及最大暂态电压的计算表达式,并分析了断路器参数对分断性能的影响情况。利用PSCAD/EMTDC软件,搭建系统级混合式DCCB仿真模型,验证了所建立的断路器暂态模型的正确性及参数选取对断路器开断性能的影响。     

基于LC电源的混合式高压直流断路器分断试验方法

直流断路器分断试验为运行试验中最为核心的部分,其有效性直接关乎直流断路器电气性能的验证。该文针对柔性直流电网用混合式高压直流断路器分断试验展开研究,目的在于提出具有工程可行性的分断试验方法和试验参数。首先,在对混合式高压直流断路器原理和工况分析的基础上,揭示了混合式高压直流断路器整机应力特性;然后,在应力提取的基础上,提出了LC电源试验电路以及参数;最后,通过200 k V断路器整机短路电流分断试验验证了试验电路和试验方法的准确性。实验结果可为混合式高压直流断路器试验系统设计提供参考。     

高压直流开断试验回路的研究

文章描述了直流开断的试验回路装置及其试验结果。试验表明,简易高压直流断路器的气吹电弧具有负阻特性;转移回路参数对于实现自能式振荡熄弧开断影响显著,存在着一个与断路器电弧时间常数相适应的最佳转移振荡频率;简易气吹高压直流断路器的开断能力随气吹压力的增加而升高,燃弧时间随开断电流的加大而延长,文章还对高压直流开断试验回路的等价性做了进一步的分析和讨论。     

直流开断技术的进展与新型直流断路器

提出了直流系统对直流开断的新要求,分析了直流开断与交流分断的区别。同时介绍了几种直流开断新技术与新型直流断路器,包括无极性直流断路器、由交流派生直流断路器、密封充气式直流开关、自励振荡人工零点直流断路器,理清了直流开断技术的进展。     

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。     

空气直流断路器开断特性试验研究

针对空气直流断路器,利用2 kV/30 kA直流断流冲击试验电路,以及高速摄影仪等,对空气直流断路器的分断过程进行了研究,获得了大量的试验数据。基于相关研究工作,研制了1 800 V轨道交通用大容量空气直流断路器。     

机械式高压直流断路器开断性能试验研究

高压直流断路器是多端直流输电及高压直流系统联网的基础和安全保障,它不仅要能够开断短路电流而且要能够开断小负载电流,实现对高压直流系统的保护及控制功能。文中在振荡回路中对机械式高压直流断路器开断大电流及小电流的性能进行了测试。分别测试机械式高压直流断路器开断17.5 kA和开断50 A电流时的恢复电压值和恢复电压变化率。在试验中发现机械式高压直流断路器开断17.5 kA电流时可以在叠加高频振荡电流后的第1次过零点处开断,但是在开断50 A电流时需要在第2次电流过零点处才能开断。开断50 A电流时机械断路器上的恢复电压及恢复电压变化率均比开断17.5 kA电流时相应的值大。这一测试结果有助于全面了解高压直流断路器的性能。     

万能式断路器分断特性的试验研究

针对某万能式断路器（ACB）的灭弧系统,以单频 LC 振荡回路提供单相交流短路电流,采用熔丝引弧方式对影响 ACB 分断特性的因素进行了试验研究。试验结果表明,通过改变出气口最内侧隔弧板材料和安装位置及增大灭弧栅片与动触头引弧角距离等方案,可提高分断过程的电弧电压,能够为灭弧室的优化设计提供参考依据。     

直流熔断器短路分断试验的等效方法研究

直流熔断器进行大短路电流分断试验的成本很高,制约了高分断能力直流熔断器的发展。根据直流熔断器的特性提出了保持试验一致性的三个等效条件：弧前时间一致、燃弧能量一致、恢复电压一致,据此提出了两种等效试验方法。方法一适当提高直接试验回路的电阻值,方法二采用电容器组作为电源,通过合理的参数设置可保证两种方法与直接试验具有较高的等效性,同时又降低了试验成本。讨论了两种方法的参数设置和等效性,最后以额定1 200 V,1 250 A及额定1 200 V,200 A两种直流熔断器进行110 kA短路分断试验为例,对比了两种等效试验方法和直接试验的结果,验证了所提方法的有效性。该方法可参考应用于直流限流断路器的短路分断试验。     

用于VSC-HVDC的混合式高压直流断路器运行试验方法

混合式高压直流断路器是直流成网的核心设备之一,为验证直流断路器设计的合理性和正确性,准确反映直流断路器电、热与机械等性能,需要对高压直流断路器运行试验进行研究。该文以交流断路器、换流阀等同类产品的试验标准作参照,对高压直流断路器的运行试验项目进行了研究。首先介绍了运行试验所用试验回路的工作原理,并对各个时刻相关设备的工作状态进行了分析;然后以83 k V样机为试品成功完成了运行试验,为将来进行更高电压等级的高压直流断路器运行试验提供参考。     

500 kV整流型混合式高压直流断路器

直流断路器作为柔性直流电网故障元件的快速隔离装置,是构建直流电网的关键设备,能够大力支撑大规模新能源的高效并网和消纳。文中提出一种整流型混合式高压直流断路器电路拓扑,采用桥式换向阀组和单向开断阀组构成分断支路,与常规拓扑相比,使用一半数量的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)即可实现电流双向开断,经济性好和可靠性高。文中详细介绍了整流型混合式高压直流断路器的拓扑结构及其开断工作原理,并提出预分闸控制策略和软合闸控制策略,以缩短分闸时间和减小合闸操作冲击。研制了一台额定电压500kV,额定电流3kA,最大开断电流25kA,开断时间小于3ms整流型混合式高压直流断路器样机。实验结果验证了整流型混合式高压直流断路器电路拓扑的可行性和有效性     

高压断路器失步开合试验方法的评述

阐述了高压断路器进行失步开合试验的多种试验线路及其试验条件,并比较了各自的优缺点。根据试验站的具体设备条件,选取了便于实施的变压器双联电路和并联电压引入回路,并计算了126 kV级试验回路的参数,对相应的瞬态恢复电压TRV波形进行了仿真,其结果符合预期要求,故可以实施。     

基于低能量直流的真空断路器短路开断能力评估

针对目前真空断路器无法在现场进行短路开断能力评估的问题,提出一种利用低能量直流对真空断路器短路开断能力的评估方法。首先分析真空断路器的基本结构和电弧开断原理,得出工程实践中真空断路器开断故障电流失败的原因;其次使用小容量直流高电压、直流大电流模拟真实情况,在断路器触头间注入可控的直流电流和直流电压,通过检测断路器分闸过程电气量变化时间来评估断路器的极限开断能力。对安徽某变电站VS1-12真空断路器进行现场测试,结果表明低能量直流法能有效评估真空断路器短路开断能力,适合现场对断路器短路开断能力的筛查评估。     

混合式高压直流断路器中的快速机械开关研究

针对能够应用于±160 kV南澳多端柔性直流工程的混合式高压直流断路器中的关键部件——快速机械开关进行了仿真试验研究。研究了快速机械开关采用两个80 kV的SF6断口串联方案,利用Ansoft Maxwell有限元软件对断口进行了电场仿真,结果表明断口动、静触头开距为15 mm时能够满足耐受80 kV直流电压的要求;研究了采用电磁斥力机构作为断口的快速操动机构的可行性,设计了电磁斥力操动机构样机,试验论证了快速机械开关可以在3 ms左右分闸到位。     

基于永磁操动机构的混合断路器开断能力探讨

论述了基于真空灭弧室和SF6灭弧室串联的混合断路器开断过程.探讨了真空灭弧室与SF6灭弧室对开断能力提升的协同作用,结合混合断路器开断能力提高的机理分析了混合断路器对其操动控制机构的要求.最后设计了一种基于真空断路器与SF6断路器串联的光控模块式混合型断路器实验模型,实验模型采用永磁操动机构解决真空灭弧室和SF6灭弧室...     

改进的混合直流断路器方案

模块化多电平换流器高压直流输电MMC-HVDC（modular multilevel converter based high voltage direct current）技术近年来得到迅猛发展,已成为解决新能源并网以及多端直流互联的有效手段之一,而高压直流断路器的缺乏已成为制约其工程应用的瓶颈之一。首先探讨了MMC-HVDC的双极短路故障特性;接着,对比分析了不同类型的直流断路器技术;然后,基于上述结果,在传统混合直流断路器基础上,提出了一种改进的混合式直流断路器方案,并详细分析了其工程过程;最后,通过仿真对其可行性和有效性进行了验证。     

H-DW14-4000舰用断路器短路分断能力的设计

通过舰用断路器样机额定短路分断能力的摸底试验,对试验中出现的问题进行分析和计算.从改进触头、灭弧系统、合闸电磁铁和二次插入式触头的设计人手,使断路器成功地通过390 VAC,100kA P-2短路性能类别的短路分断能力试验以及试后的温升试验验证.     

高压直流断路器中电磁斥力快速驱动器研究

应用在基于电压源型换流的多端直流输电系统中的高压直流断路器,其关键部件机械式快速隔离开关在断路器开断故障电流时需要在几ms内分闸到位。为此,提出了基于电磁斥力的快速驱动器作为快速隔离开关的操动机构。通过对电磁斥力机构的线圈、金属盘、控制电流和行程特性的基于等效电路法的建模仿真及装置试验,研究了其在几ms内操动行程达25 mm的可行性。结果表明:仿真结果和试验结果具有一致性;电磁斥力快速驱动器的操动行程能在几ms内达到25 mm。在验证了仿真方法正确的基础上,根据仿真结果提出了电磁斥力机构的一般设计原则:线圈的内径和金属盘的内径,线圈的外径和金属盘的外径都应该设计成一样大;金属盘的厚度对于不同的设计对应有最优的参数;线圈和金属盘的初始距离应尽量小。