串联二极管对直流真空断路器强迫换流分断特性的影响

为开发实用的中压大容量直流直流真空断路器,针对10kV级直流真空断路器的大电流快速换流分断过程开展试验研究。当单独的真空断路器在电弧电流下降率约300 A/μs条件下对23kA电流进行换流分断时,容易发生电弧重燃和分断失败;串联二极管后,相同条件下的换流分断可靠性得到大幅提升。在单独真空断路器的换流分断过程中,弧后真空间隙的鞘层发展过程持续约450μs,并且电场强度和功率密度在电弧过零后约1μs分别达到峰值12MV/m和45MW/m^(2),真空间隙极易在鞘层发展阶段等离子体浓度仍然较高时发生电、热击穿。串联二极管能在熄弧后的反向阻断期间有效切断电弧能量注入回路,并使真空间隙躲过弧后快速上升的初始暂态恢复电压,同时促进真空间隙的等离体浓度大幅衰减,进而明显降低真空间隙开始恢复绝缘时的电场强度和功率密度。在二极管反向阻断结束时刻真空间隙才开始建立介质强度的极端条件下,电场强度和功率密度延时30μs才上升到峰值,并且分别被显著降低到130kV/m和1.4kW/m^(2),对降低真空间隙重击穿的发生概率、改善弧后介质恢复性能十分有利。

直流真空断路器的新型大电流强迫换流分断方法

为提升直流真空断路器的大电流分断可靠性,在典型强迫换流技术的基础上,提出了一种新型的换流分断方案。利用一辅助开关的导通分流作用,通过减小有效换流电流,大幅降低真空断路器熄弧前附近的电流下降率;并在熄弧后,通过该辅助开关的导通电压钳位作用,使真空断路器的暂态恢复电压产生一段低电压区间,从而改善真空间隙的弧后介质恢复特性,实现中、高压直流大电流的可靠分断。同时详细分析了新型换流分断方案的换流过程及其主要影响因素,获得了换流电路杂散电感及辅助开关导通时刻等参数对换流性能的影响规律。最后,开展了快速真空断路器的13 kA换流分断试验,试验过程中熄弧前的电流下降率被有效降低为约55 A/μs、总共持续了约50μs;且在熄弧后约130μs时间内,暂态恢复电压被限制至未超过600 V。试验结果验证了该新型方案的实用性和有效性。