多断口直流断路器中的串联多重火花间隙研究

发布时间：2020-02-24 01:53

【摘要】：随着多端柔性直流输电技术的高速发展,直流断路器的研制引起了广泛的关注。本课题基于多断口真空直流断路器中的长寿命火花间隙的研制需求而选定,从理论分析、仿真和具体实验等方面对多断口直流断路器回路及其中多重火花间隙的特性进行了全面的研究。论文提出了一种新型320kV多断口真空直流断路器的方案,对其换流过零回路进行了详细的分析。利用PSCAD软件搭建了直流断路器仿真模型,仿真在短路故障情况下、断路器出口侧线路侵入雷击过电压和操作过电压时直流断路器回路中各元件参数的变化情况。考虑了直流断路器电流多次过零的可行性,当换流电容大于10μF时,通过改变回路电感值,理论上均可以实现直流断路器电流三次过零的目的。确定多重火花间隙的设计参数为工作电压320kV,耐压水平大于1000kV,设计电流幅值超过20kA,单次转移电荷库仑量超过20C。本文采用一种既可耐受高工作电压,又可以在较低触发电压下可靠击穿的基于级联放电原理的可控多重火花间隙。通过建立多重火花间隙仿真电路及搭建1、2、4、10级火花间隙实验电路,确定了多重火花间隙频率相关网络的参数选择,其中选取均压电阻为4MΩ,间隙分压电容为100pF,间隙级数为10级,单级间隙耐压水平约为100kV。并给出了应用多重火花间隙的直流断路器完整回路。最后,针对以上关键技术点,开展了火花间隙不同金属电极材料的烧蚀实验,以及烧蚀的极限测试实验;使用三维显微镜观测了电极烧蚀痕迹,观测了平板型电极极间放电电弧的运动轨迹,并对平板型电极进行了电场仿真。钨铜电极通过电流幅值为50kA,脉宽2.2ms,单次转移库仑量45C的放电实验100次。并且最终完成了以平板型钨铜材料为电极、单级耐压大于100kV的多重火花间隙样机的结构设计。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM561;TM721.1

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本文编号：2582319