自触型低压混合式直流断路器系统设计与开断特性研究

低压混合式直流断路器具有低功耗、高开断性能、选择性保护等优点,能更好地满足光伏和储能系统以及零碳建筑等应用需求。该文提出一种自触型低压混合式直流开关拓扑,首先通过对混合式断路器工作原理分析,建立基于电弧供能、驱动的机电系统耦合设计方法,该方法利用电弧能量为电子电路供能,并将电弧电压作为换流支路导通的控制信号,从而实现短路故障下系统的自动触发,并提出核心功能模块设计的理论依据。在此基础上,研制低压混合式断路器样机并验证设计方案的有效性,并对比分析不同因素对开断特性的影响规律。试验表明,相较于传统机械开关,小电流开断时间缩短85.4%、电弧能量减少94.1%,提升了断路器电气寿命,同时实现1.1 kA短路电流开断,发现系统总体响应时间与燃弧初期电压上升速率成正相关,电弧电导、支路寄生电感增大均会延长换流时间,电弧重燃概率则主要受外部系统参数影响。结果可为低压直流混合式断路器的优化设计和性能提升提供一定参考。

具备限流能力的混合式高压直流断路器拓扑

直流断路器(DCCB)是解决直流系统短路故障的重要手段,针对现有DCCB存在的限流效果差、避雷器使用寿命短和故障隔离速度慢等一系列缺陷,文中提出一种具备限流能力的混合式高压直流断路器拓扑(CLC-HDCCB)方案。CLC-HDCCB载流支路和转移支路采用双桥式结构,具备双向通断能力;限流部分采用限流电阻和限流电感并联限流方式,显著降低了故障电流峰值及上升率;设计泄能电阻在断路过程中将限流电感旁路,减少了避雷器单次开断吸收的能量;对所提CLC-HDCCB方案分断故障电流、正常合闸和分断小电流等直流系统出现的各种工况进行了详细分析,并给出参数选定的方法。最后在PSCAD/EMTDC平台进行仿真验证,结果表明所提CLC-HDCCB方案与现有DCCB方案相比在故障限流、避雷器吸能和故障清除时间等方面具有一定的优势。

断路器后备保护和大短路电流下的上下级选择性研究

引入电流三区段概念,主要分析在选择性极限电流I_(s)超过上级断路器短路保护阈值时的上下级选择性问题,并就实际工程应用给出相关建议。

高压交流断路器标准的主要差异分析

本文主要对GB/T 1984—2014与IEC 62271-100:2021的差异进行分析,主要针对文本差异和基本技术参量差异两个方面,其中文本差异主要分析了适用范围和规范性引用文件、使用条件以及术语和定义;基本技术参量差异主要分析了额定绝缘水平、温升限值、TRV参数以及试验参量的容差。通过以上几个方面的分析,加深对标准理解和规范检测认证。

多联机空调系统电气设计常见问题探讨

针对多联机空调系统电气设计中的一些常见问题,从室外机配电功率,断路器是否需要设置RCD,断路器降容,电缆敷设及载流量修正和室内机配电方式、控制等方面进行探讨,并给出相应的意见及建议。

串联电抗器对电力系统短路电流特性影响的研究

合理配置串联电抗器可有效抑制系统短路电流,但同时也会对短路电流特性产生一定影响。结合电网接线和运行状态,研究了串抗配置对电力系统短路电流周期分量、直流分量、冲击电流以及短路电流零偏的影响,分析评估了串抗后断路器的开断及关合能力校核标准。研究结果表明:串抗值越大,短路电流越小,且其对串抗的灵敏度也越小。当母联串抗增大到一定值时,将可能产生零偏现象。安装串抗抑制短路电流时,建议考虑短路电流中直流分量的影响,采用短路全电流有效值作为校核对断路器开断能力的指标。

1000kV交流断路器开断电流的直流分量时间常数和零偏现象

为了确定特高压断路器短路开断电流的试验直流分量时间常数,依托本期和远期1000kV晋东南-南阳-荆门示范工程,采用EMTP程序模拟计算方法,研究了影响示范工程断路器直流分量衰减时间常数和零偏现象的因素;提出了将模拟计算的直流时间常数折算至断路器试验值的计算公式;统计分析出远期示范工程三相短路直流分量时间常数折算后最长为112ms,因此建议我国特高压断路器直流分量衰减时间常数可选120ms,并得到示范工程采用。特高压断路器开断时间内电流产生零偏现象有接地短路故障、合空线、并网前单相接地和合空变4种工况,这4种工况都不会损坏断路器,可不采取装分闸电阻的应对措施。

中高压直流开断技术

直流电网在高压柔性输电、新能源接入、轨道牵引以及未来城市配网方面有着广泛的应用前景。直流断路器作为重要的控制和保护设备,是直流电网供电安全的重要保证。与交流相比,直流开断的要求更高、其实现也更加困难。根据开断原理的区别,目前的直流断路器主要分为空气断路器、电流注入式断路器和混合式断路器三类。分别对三类直流断路器进行了综述,介绍了相应的开断原理与开断方法,着重分析了中高压直流分断方面的最新技术。空气式直流断路器通过建立足够高的电弧电压实现分断,结构简单、可靠性高,在低电压等级系统中已经得到了广泛的应用。电流注入式直流断路器利用储能元件产生的反向电流注入来实现直流分断,短路分断速度较快,可用于中高压直流系统。混合式直流断路器主要利用全控型电力电子器件来实现电流分断,开断速度极快,对于不同电压等级适用性较强,然而较高的成本限制了其广泛应用。

新型真空直流限流断路器设计及其介质恢复特性

针对传统强迫换流型断路器在关断高上升率短路电流时遇到的问题,本文提出了在高速真空开关两端反向并联续流二极管,并在小间隙下开断短路电流的改进方案。通过反向续流二极管的续流作用,使真空开关在电弧电流强迫过零后得到零电压介质恢复时间,提高了真空灭弧室的介质恢复能力,使其能够在小开距时关断高上升率短路电流。开展了新型强迫换流型限流断路器工作原理的仿真分析和高速电磁斥力机构、脉冲关断电路的设计。针对新型真空直流限流断路器关断短路电流的特殊过程,设计了与其等效的介质恢复试验,对方案可行性进行验证。设计了1kV/400A限流断路器样机并进行短路关断试验,该断路器可将初始上升率为5A/s的故障电流限流至2.5kA以下。试验结果证明所提出方案有效、可行。

±1100kV直流系统整流侧交流滤波器断路器开断时负荷特性研究

目前中国正在规划设计的首个±1100 kV特高压直流输电工程的整流侧拟采用750 kV交流系统供电,由于特高压直流系统的工作特点,在整流侧750 kV交流系统预配置大容量的滤波、无功补偿装置,因该装置持续工作电压高、容量大,因此必须对750 kV滤波、无功补偿装置分合闸操作中断路器的电负荷以及无功分组容量对断路器电负荷的影响进行研究。笔者以该工程为背景,利用EMTDC/PSCAD程序研究了整流侧750 kV交流滤波器用断路器在多种不同工况下的开断负荷。计算分析了不同运行方式、不同工况下切除交流滤波器时断路器的开断电流、断口恢复电压等,研究了交流滤波器不同分组容量下断路器的开断负荷特性,计算结果可为该直流系统整流站滤波器的分组设计和断路器选型提供参考依据。

直流混合型断路器与直流故障限流器的匹配研究

目前,直流断路器的开断容量还难以达到直流电网的要求,通过限流器和断路器的配合是解决问题的有效方式之一。本文在分析混合型直流断路器开断原理及其特性的基础上,对断路器与直流限流器的配合问题进行研究。首先,以ABB公司混合型直流断路器为例,通过PSCAD/EMTDC软件建立仿真模型,对其开断原理和过程进行分析;然后,根据直流电网电压等级、开断电流大小和开断过程IGBT承受电压电流等不同要求,研究限流器对断路器的影响,进而确定匹配原则;最后,通过故障状态分析计算确定限流器的参数。

40.5kV投切电容器组用双断口真空断路器的研究

针对40.5 k V真空断路器投切电容器组时重击穿概率高这一亟待解决的技术难题,利用串联断口技术实现电容器组电流开合,提出了40.5 k V双断口真空断路器的设计方案并进行了深入研究,以满足电力系统的要求。建立了由高频涌流振荡回路和工频振荡回路组成的容性电流开合试验回路,在试验样机上完成了多组背对背电容器组开合试验,表明双断口真空断路器可显著降低投切电容器组时的重击穿概率。采用合成试验方法对该样机进行了短路电流开合试验,表明双断口真空断路器具有足够的短路开断能力。为保证每个断口的工作负荷相近,对并联均压电容数值的选取进行了试验研究并确定了样机的优选值为400 p F。因此,文中提出的用于投切电容器组的40.5 k V双断口真空断路器设计方案是完全可行的。

直流微网混合式直流断路器电流转移特性研究

混合式直流断路器的电流转移特性对其快速开断及控制策略有着重要意义,文中通过分析混合式直流断路器的工作原理,利用Mayr电弧模型、IGBT、RCD缓冲电路和避雷器模型等建立了混合式直流断路器仿真分析模型,分析了不同外电路参数和转移支路参数下的电流转移特性。搭建了直流微网模拟短路试验平台,进行了混合式直流断路器的开断特性试验,重点研究了电压400 V,不同故障电流(低于200 A)及不同参数下的电流转移特性。试验结果验证了仿真分析模型,为后期快速开断的直流微网混合式断路器提供了可参考的依据。

基于卷积神经网络算法的高压断路器故障诊断

传统的高压断路器故障诊断方法太过于依赖经验,不能准确地反映特征量和故障模式之间的关系,诊断准确度不高。针对这个问题,采用卷积神经网络算法进行高压断路器故障诊断,结合高压断路器分合闸线圈电流特点建立诊断模型,通过输入零点故障特征参数进行学习训练,得到相应故障类型输出。仿真结果表明,所提算法的整体准确率高达93.68%,与其他基于神经网络的算法相比具有很大的优势。

高压断路器开断参数的监测与记录

本文介绍了所研制的一种断路器开断电流及开断次数的在线记录装置，对其功能、原理及所解决的难点作了阐述，对其误差及适用性作了分析和评议。

真空断路器开断电流在线测量

为研究高压开关柜中真空断路器的电特性,需要不失真地在线测量其开断电流。文中基于非接触式高压电流测量方法,提出一种采用直线型空心线圈的电子式电流互感器实现对该电流测量。在对其结构和误差特性进行分析的基础上,研制出样机,测试结果表明,该传感单元在水平方向±5mm的安装误差范围内,测量比差在-1.05%以内;在偏转角度小于±5°的安装误差范围内,测量比差在-1.29%以内。该系统已投入现场实际运行。

系统故障参数对真空断路器开断性能影响的建模与仿真研究

建立了基于扩散型真空电弧开断的真空断路器黑盒模型。以电流过零点为界,针对燃弧阶段建立了电弧电压模型,并根据试验数据确定了相关系数;针对弧后介质恢复阶段建立了基于朗缪尔探针理论的弧后电流模型,不同瞬态恢复电压(TRV)上升率对应的仿真结果与试验结果一致。基于所建立的模型,采用不同的方法评估了短路电流直流分量造成的真空断路器等效开断能力下降倍数,结果表明:燃弧能量法进行评估时最苛刻,转移电荷法次之,电流有效值法最轻。采用弧后电导表征真空断路器的弧后介质恢复程度,结果表明:TRV上升率主要影响弧后1.5μs以后的介质恢复速率,而过零前短路电流下降率仅影响初始弧后介质恢复速率。最后给出了部分系统故障参数对真空断路器开断性能的影响规律。

断路器型零损耗故障限流装置的研制及试验

装设故障限流装置是解决日益严重的电网短路电流超标问题的有效技术措施之一。基于智能快速断路器技术、短路电流过零点精确相控开断技术研制了一套330 k V开关型零损耗电网故障限流装置。该装置采用模块化设计方法,在正常运行时损耗为零,短路故障发生20 ms内,可将80 k A及以下的短路电流限制在系统断路器安全开断水平。装置成功在330 k V线路上通过了带电、挂网运行和2次人工单相瞬时短路试验,验证了装置满足安全性、有效性和可靠性的要求。

城市轨道交通1800 V高速混合式直流断路器研制

为解决城市轨道交通直流牵引系统短路故障电流上升率高、短路峰值大、难以快速开断的问题,设计了1800 V/10 kA高速混合式直流断路器,并提出了其高速开断策略。高速混合式直流断路器整体方案选用零电压型混合式直流断路器拓扑结构,采用快速斥力机构提升断路器响应速度,重点对真空电弧电流转移特性、真空短间隙介质恢复特性与绝缘栅双极型晶体管(IGBT)短脉冲开断裕量等关键基础特性进行研究,得到上述关键特点的影响规律,基于此提出了混合式直流断路器高速开断策略和算法。研制了1800 V/10 kA高速混合式直流断路器,进行了初步实验验证,研究结果表明,高速开断策略可实现全分断时间小于2 ms,并通过理论推导得到IGBT短脉冲开断裕量可以达到5倍以上。

爆炸式开断器载流体的设计与测试

通过对爆炸式开断器的载流体结构和内部装药进行设计 ,利用自行设计的实验装置对其某些性能进行测试 ,提出了一种新的爆炸式开断器的技术设计思路。实验结果验证了爆炸式开断器载流体的结构设计及其匹配的内部装药的合理性与可靠性 ;测得的开断器载流体的断裂时间 ,断裂后的绝缘电阻及断裂后的效果较符合实际应用的要求 ,证明该设计技术可为高压断路器开断组件的设计借鉴。