直流断路器技术发展综述
发布时间：2022-02-14 14:57
柔性直流输电和多端直流电网对能够快速开断大电流、可靠性和经济性好的高压直流断路器有日益迫切的需求。综述了直流断路器的拓扑形式,分析了机械、全固态及混合式等直流开断方式的特点及适用场合,指出混合式强制换流方案、机械式预充电人工过零方案更易满足高压大容量直流系统的高速开断要求。提出混合式直流断路器的研制重点在于提高机械开关的操动速度,减少元件数,提高可靠性与经济性;机械式直流断路器应重点关注详细拓扑、机械开关灭弧单元在人工零点下的极限开断能力、振荡回路参数优化和快速机构的研制。
【文章来源】：南方电网技术. 2015,9(02)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
“人工电流零点”法原理图
ropoint正常运行时，直流电流通过机械开关，运行损耗校短路故障时，机械开关触头分断并燃弧;触头打开至一定开距后，反向电流产生支路导通并产生高频反向电流叠加在机械开关上，形成“人工电流零点”，断路器利用此时机熄灭电弧;随后，当机械开关两端恢复电压上升至一定值，吸能支路导通吸收直流系统能量，完成直流故障开断。根据反向电流产生的不同原理，可以将“人工电流零点法”分为自激振荡法、预充电振荡法以及其他人工零点型式。2.1.1.1自激振荡法［3－4，10－12］自激振荡式“人工电流零点”法拓扑原理如图2所示。反向电流产生支路由电容C和电感L串联组成。吸能支路由非线性电阻ZnO避雷器构成。图2自激振荡原理图Fig.2Schematicofself-excitedoscillation开断直流电流时，电流断路器CB打开并燃弧，由C、L回路自动激发出幅值不断增大的振荡电流;振荡电流幅值超过系统电流时，将在CB中形成振荡过零点，CB断口电弧熄灭;最后由ZnO避雷器10南方电网技术第9卷
联络工程的CELILO换流站中进行了现场测试［13］;同期，美国西屋公司利用改造后的SF6断路器，成功研制了500kV/2.2kA的自激振荡型高压直流断路器样机，并通过了CELILO换流站的现场试验［14］。自激振荡法结构简单、易于控制、成本低，但开断时间与回路参数密切相关，一般几十毫秒后才能形成人工零点;该类型断路器一般需要采用具有较高弧压的SF6等类型的高气压电弧机械开关，现有操动机构往往难以满足其超快速驱动的要求。2.1.1.2预充电振荡法［3－4，10－11］预充电式“人工电流零点”法拓扑原理如图3所示。反向电流产生支路由预充反向电压的电容C、电感L、预充电装置U和触发开关K共同构成。图3预充电振荡原理图Fig.3Schematicofpre-chargeoscillation当断路器收到分闸命令后，CB打开并燃唬当CB触头分开至足够开距时，闭合K，LC支路产生反向电流叠加至CB支路，形成电流零点，CB断口电弧熄灭;再由ZnO避雷器吸收系统能量。预充电振荡法仅利用CB的开断原理，与其弧压无关，可利用短间隙真空机械开关作为开断单元;该方法开断速度仅与机械开关触头分断速度、LC支路参数以及开关K的闭合速度相关，可实现直流电流的高速分断。该拓扑需要增加电容器充电回路、触发开关K等单元，设备繁多、控制复杂。预充电振荡式的“人工电流零点”法是近年来较受关注的一种开断方式，适用于高压大电流场合。1972年，GE公司基于预充电振荡过零原理，利用真空断路器串并联结构，研制了80kV/30kA的直流断路器样机［15］;1984年，日本东芝公司综合了真空断路器的快速弧后介质恢复速率和SF6断路器的大容量开断能力的优点，利用预充电振荡过零原理成功开发250kV/1.2kA的商用断路器［16］;1985年日立公司利用预充电振荡过
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性直流输电技术:应用、进步与期望[J]. 李岩,罗雨,许树楷,周月宾,袁志昌. 南方电网技术. 2015(01)
[2]传统高压直流用于大规模陆上风电传输的经济可行性[J]. 蔡蓉,岳程燕,谢海莲. 南方电网技术. 2013(06)
[3]直流开断方法分析比较[J]. 王容华,刘云. 电工材料. 2011(04)
[4]直流开断与直流断路器[J]. 郑占锋,邹积岩,董恩源,段雄英. 高压电器. 2006(06)
[5]1500V船用新型直流断路器的研究[J]. 董恩源,丛吉远,邹积岩,杜广波. 中国电机工程学报. 2004(05)
[6]500kV输电线路中直流断路器工作条件的计算[J]. 沈力,吉嘉琴. 清华大学学报(自然科学版). 1993(04)
[7]高压直流断路器的研制[J]. 鲍敏锋. 高压电器. 1990(01)
硕士论文
[1]高压直流断路器及其关键技术[D]. 张弛.浙江大学 2014
本文编号：3624768
【文章来源】：南方电网技术. 2015,9(02)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
“人工电流零点”法原理图
ropoint正常运行时，直流电流通过机械开关，运行损耗校短路故障时，机械开关触头分断并燃弧;触头打开至一定开距后，反向电流产生支路导通并产生高频反向电流叠加在机械开关上，形成“人工电流零点”，断路器利用此时机熄灭电弧;随后，当机械开关两端恢复电压上升至一定值，吸能支路导通吸收直流系统能量，完成直流故障开断。根据反向电流产生的不同原理，可以将“人工电流零点法”分为自激振荡法、预充电振荡法以及其他人工零点型式。2.1.1.1自激振荡法［3－4，10－12］自激振荡式“人工电流零点”法拓扑原理如图2所示。反向电流产生支路由电容C和电感L串联组成。吸能支路由非线性电阻ZnO避雷器构成。图2自激振荡原理图Fig.2Schematicofself-excitedoscillation开断直流电流时，电流断路器CB打开并燃弧，由C、L回路自动激发出幅值不断增大的振荡电流;振荡电流幅值超过系统电流时，将在CB中形成振荡过零点，CB断口电弧熄灭;最后由ZnO避雷器10南方电网技术第9卷
联络工程的CELILO换流站中进行了现场测试［13］;同期，美国西屋公司利用改造后的SF6断路器，成功研制了500kV/2.2kA的自激振荡型高压直流断路器样机，并通过了CELILO换流站的现场试验［14］。自激振荡法结构简单、易于控制、成本低，但开断时间与回路参数密切相关，一般几十毫秒后才能形成人工零点;该类型断路器一般需要采用具有较高弧压的SF6等类型的高气压电弧机械开关，现有操动机构往往难以满足其超快速驱动的要求。2.1.1.2预充电振荡法［3－4，10－11］预充电式“人工电流零点”法拓扑原理如图3所示。反向电流产生支路由预充反向电压的电容C、电感L、预充电装置U和触发开关K共同构成。图3预充电振荡原理图Fig.3Schematicofpre-chargeoscillation当断路器收到分闸命令后，CB打开并燃唬当CB触头分开至足够开距时，闭合K，LC支路产生反向电流叠加至CB支路，形成电流零点，CB断口电弧熄灭;再由ZnO避雷器吸收系统能量。预充电振荡法仅利用CB的开断原理，与其弧压无关，可利用短间隙真空机械开关作为开断单元;该方法开断速度仅与机械开关触头分断速度、LC支路参数以及开关K的闭合速度相关，可实现直流电流的高速分断。该拓扑需要增加电容器充电回路、触发开关K等单元，设备繁多、控制复杂。预充电振荡式的“人工电流零点”法是近年来较受关注的一种开断方式，适用于高压大电流场合。1972年，GE公司基于预充电振荡过零原理，利用真空断路器串并联结构，研制了80kV/30kA的直流断路器样机［15］;1984年，日本东芝公司综合了真空断路器的快速弧后介质恢复速率和SF6断路器的大容量开断能力的优点，利用预充电振荡过零原理成功开发250kV/1.2kA的商用断路器［16］;1985年日立公司利用预充电振荡过
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性直流输电技术:应用、进步与期望[J]. 李岩,罗雨,许树楷,周月宾,袁志昌. 南方电网技术. 2015(01)
[2]传统高压直流用于大规模陆上风电传输的经济可行性[J]. 蔡蓉,岳程燕,谢海莲. 南方电网技术. 2013(06)
[3]直流开断方法分析比较[J]. 王容华,刘云. 电工材料. 2011(04)
[4]直流开断与直流断路器[J]. 郑占锋,邹积岩,董恩源,段雄英. 高压电器. 2006(06)
[5]1500V船用新型直流断路器的研究[J]. 董恩源,丛吉远,邹积岩,杜广波. 中国电机工程学报. 2004(05)
[6]500kV输电线路中直流断路器工作条件的计算[J]. 沈力,吉嘉琴. 清华大学学报(自然科学版). 1993(04)
[7]高压直流断路器的研制[J]. 鲍敏锋. 高压电器. 1990(01)
硕士论文
[1]高压直流断路器及其关键技术[D]. 张弛.浙江大学 2014
本文编号：3624768
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