高压交流断路器直流电流开断试验技术研究

高压直流输电具有输送容量大、传输距离远、损耗低,以及更有效地连接可再生能源入网和便于灵活操作等多种优势,已成了人们最为关注的能源输送方式。直流系统使用直流转换开关可以获得多种功能和运行的灵活性,关系到输电系统的可靠性、可利用率、可维护性。直流转换开关中的开断装置一般由交流断路器代替,本文进行交流断路器的直流电流开断试验技术研究,通过试验验证断路器的直流开断能力和恢复电压承受能力。

交流断路器与直流断路器选型比较——探讨交流断路器能否用于直流回路中

关于交流断路器能否用于直流回路中的问题，答案既肯定又否定。对于常规热磁式的塑壳式断路器来说，答案是肯定的，可以用于直流回路，这是因为其热动式过载保护机构，在直流电流的平均值和交流电流的有效值的发热效果是相同的，因此两者基本上无变化；而电磁式短路保护机构，其瞬动电流整定值将有所变化，变化率取决于直流的波形。对于经交流整流，又予以滤波的直流电路，

±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。

对交流直流两用断路器部分短路试验解析

为解决新版GB/T 10963.2-2020交直流两用断路器中各实验室人员对短路试验操作细节可能存在的困惑,分析了在短路情况下所进行的试验项目、试验电流大小及接线方式等。明确短路试验前的准备事项、短路试验电路图及试验程序、短路试后的验证项目。

适用于混合式高压直流断路器运行试验系统

用于快速清除直流侧故障的混合式高压直流断路器是柔性直流电网的核心设备之一。介绍了混合式高压直流断路器的拓扑结构和基本工作原理,对其各个模块的电气应力进行了分析。介绍了高压直流断路器的试验回路原理和试验方法,给出电容电感参数的计算方法,并利用PSCAD进行仿真。最后完成25kA故障电流的分断试验和4125A电流短时耐受试验,给出相关试验参数及典型波形,为进行更高电压等级、更大试验电流的高压直流断路器提供技术参考。

适用于高压柔性直流的混合式直流断路器

动态均压难、小电流下分断时间过长及经济性不高是制约混合式直流断路器应用和推广的因素,为此,提出一种适用于高压柔性直流的改进型混合式高压直流(HVDC)断路器拓扑方案。介绍了主支路电子开关和转移支路电子开关拓扑结构,并对关键元件设计给出了理论分析和说明。最后研制了500 kV混合式HVDC断路器样机,并搭建样机运行试验系统,试验结果表明,该改进型混合式直流断路器能在小于3 ms内开断50 A至25kA故障电流,转移支路电子开关模块不均压系数小于5%。很好地解决了动态均压难、小电流分断时间长、经济性差等问题。且该拓扑直流断路器已成功应用于张北柔直工程阜康换流站阜延线,目前运行状况良好。

快速直流断路器研究现状与展望

快速直流断路器是实现直流电网故障元件快速隔离、构建直流电网的关键设备。该文分析了直流电力系统对快速直流断路器的需求,对空气式直流断路器、直流固态断路器、混合型直流断路器(hybrid DC circuit breaker,HDCCB)的工作原理、优缺点和研究现状进行综述,最后对快速直流断路器研发中的关键问题进行了展望。

直流断路器电弧研究的新进展

近年来从低压、中高压直到特高压直流输配电系统迎来了一个快速发展的黄金时期,相应的各类直流断路器也成为了一个新的研究热点。在直流断路器的开断过程中,电弧的产生将极大地影响直流开断过程,因此对于电弧演化和熄灭过程的研究是直流断路器研制的关键问题。根据电压等级和开断原理的区别,目前的直流断路器主要分为三类,即空气断路器、自激振荡式断路器和混合式断路器。本文对三类直流断路器中电弧相关的仿真和实验工作进行了综述,并对直流断路器下一步的研究工作进行了展望。

直流断路器转移直流电流过程的仿真计算研究

介绍了直流断路器的职能和结构 ,分析了直流断路器转移直流电流的工作原理。依据上海 -嵊泗高压直流工程接线及数据 ,应用EMTP程序对直流断路器转移直流电流的过程进行了研究 ,获得了直流断路器所要求的电流转移能力 ,恢复电压耐受能力及能量吸收能力。

云广±800 kV特高压直流工程逆变站最后断路器跳闸故障研究

逆变站最后断路器跳闸即逆变侧交流系统甩负荷会在换流母线和直流侧设备上引起严重的过电压,是直流过电压与绝缘配合研究中需考虑的最主要故障之一。文章对云广特高压直流系统逆变站最后断路器跳闸引起的换流站交直流侧过电压水平以及避雷器工况进行仿真研究,分析揭示不同运行工况、不同直流保护动作延时与过电压水平的相互关系,提出对保护配合时间的要求,以确保系统设备能安全可靠运行。文中的研究结果可为实际工程设计提供基础数据和技术依据,对现场调试和系统运行时的保护配置具有实际指导意义。

基于串联晶闸管强迫过零关断技术的混合式高压直流断路器

为了提高混合式直流断路器的开断能力,降低半导体器件的使用成本,提出了一种基于串联晶闸管强迫过零关断技术的具备双向开断能力的混合式直流断路器拓扑方案。在分析关断过程的基础上,推导了串联晶闸管阀与二极管阀组件反向恢复过程中均压回路的参数设计方法,然后以10 k V样机为例,开展了主支路和转移支路器件选型与参数设计,并搭建了10 k V直流断路器原理样机及其实验回路。研究结果表明：正常运行时,主支路由机械开关和少量的全控型半导体器件串联构成,其损耗较小;在开断电流时,故障电流首先转移至晶闸管阀支路,再通过放电回路注入反向电流迫使晶闸管阀过零关断,最后通过耗能支路吸收系统感性能量。原理样机实现了直流电压10 k V下短路电流峰值为8.8 k A的过零快速关断、且开断时间小于3 ms;转移支路可通过调整半导体器件的串联数量和选型大幅提升直流断路器的电压等级和故障电流耐受能力;串联二极管阀能在大电流关断暂态过程中抑制晶闸管器件的反向恢复过电压,降低晶闸管器件的损坏风险;在混合式直流断路器的换流和关断阶段,无需针对串联的晶闸管器件调整触发时间与匹配参数。综上所述,所提出的混合式直流断路器具有快速直流短路故障清除能力,可以作为未来柔性高压直流输电系统组网的工程实施方案之一。

高压直流断路器的自激振荡计算

本文对高压直流断路器转移回路中的自激振荡过程进行了数值模拟计算,计算结果指示出孤电压的多次重复的跳跃变化对产生增幅振荡电流影响极大,加强电弧的负阻特性,增加转移回路中的电容、减小电感和电阻,可以提高振荡电流的振幅对电弧电压跳变的灵敏变。

基于快速晶闸管的直流固态断路器分析与设计

为了降低直流固态断路器的经济成本,介绍了基于晶闸管的直流固态断路器的工作原理,并在理论分析的基础上,结合仿真给出了主晶闸管、换流回路、MOV等主要部件参数优化设计方法,提出了一种在线充电、自监测触发的改进方案,与不同器件方案固态断路器进行了经济性比较。结果表明:该改进方案采用快速晶闸管、脉冲电容等常规器件代替了昂贵的全控型器件,以较低的成本实现了短路电流毫秒内的限流分断,满足直流电力系统的快速保护需求。

阻容式直流断路器及其在柔直系统中的应用

为减小柔性直流输电系统在直流线路故障后的换流器闭锁概率,提高系统故障隔离及重合闸恢复能力,提出了一种新型阻容式直流断路器(RC-DCCB)。该阻容式直流断路器的主开断支路中加入了电容、充电电阻及卸荷电阻构成的限流阻容结构,可利用电容充电及电阻卸荷过程有效抑制故障电流峰值,稳定断路器动作期间的直流电压及电流值。此外,进一步研究了阻容式直流断路器在柔直系统故障隔离及自动重合闸中的应用,基于阻容式直流断路器的故障保隔离方案能够在重合闸前的去游离阶段维持直流系统电压和电流稳定,且无需换流器闭锁或控制切换,有利于稳定交直流系统并快速恢复功率传输。由于将断路器的阻容支路并联于直流母线上作为多回直流线路的共用主开断支路,该直流断路器在换流器出线较多的场合具备一定经济性优势。在PSCAD/EMTDC中搭建半桥MMC测试系统对所提阻容式直流断路器及其故障隔离方案进行仿真试验,仿真结果证明了其有效性。

低压交流断路器直流分断能力的计算及校验

介绍了低压交流断路器直流短路分断能力的计算方法，并列出了计算结果；介绍了根据系统短路回路功率因数、时间常数和断路器试验回路的功率因数、时间常数计算校正系数校正系统短路电流；按校正后的短路电流选择断路器的分断能力、校验接通能力和直流短路分断能力。列出了10kV、20kV和3SkV变电所1600kV·A、2000kV·A和2500kV·A配电变压器低压侧断路器选择和校验的结果。

直流断路器与直流故障限流器的匹配研究

快速直流断路器是切除直流电网故障必不可少的设备,而其开断容量难以达到直流电网的要求,通过限流器和断路器的配合能够有效提升断路器的开断能力,从而确保直流电网安全运行。文中在深入开展快速机械断路器的特性的基础上,对断路器与直流限流器的配合问题进行研究:首先,分析机械断路器的开断原理,通过MATLAB/Simulink建立直流断路器电弧特性仿真模型;然后,根据直流电网电压等级、开断电流大小和开断时间等不同要求,研究限流器对断路器开断时间、开断瞬间峰值电压的影响,仿真分析与之相匹配的限流类型及其参数值优化方法;最后,根据超导带材的数学模型,搭建了电阻型超导故障限流器(RSFCL)的仿真模型,用可变电阻模拟超导限流器失超过程的电阻变化,进一步分析限流器对开断过程的影响,上述工作对直流超导限流器的直流电网应用有重要指导意义。

一种双向强迫换流型直流真空断路器拓扑结构分析与设计

现代舰船电力系统通常采用分段母线,母线段与段之间一般配置具有双向通流和保护能力的母联断路器,用于保护母线,同时兼做负载支路开关的后备保护。该文给出一种基于强迫换流原理的双向直流真空断路器技术方案,采用晶闸管构成桥式换流回路,实现双向分断,重点对换流过程进行分析,通过选择对向晶闸管导通时刻,调控真空开关过零过程的电流、电压波形,降低电流过零速率,构建近似零电压介质恢复环境,增强分断可靠性。仿真结果表明,该方案及控制策略可行、有效。

±800kV特高压直流输电系统用直流断路器研究

本文详述了±800kV特高压直流系统用直流断路器的功能作用,介绍了直流断路器的工作原理及组成结构。依据实际特高压直流工程的有关条件与参数,应用PSCAD/EMTDC程序对直流断路器转换直流电流的过程进行了计算研究,获得了直流断路器的电流转换能力、恢复电压耐受能力及能量吸收能力等关键参数,为进行特高压直流工程用直流断路器的研制提供了依据。另外,文章还对直流断路器在试验室进行电流转换试验的试验方法与试验回路进行了分析和探讨。

±800kV特高压楚雄换流站交流中间断路器操作逻辑分析及优化

800kV特高压直流输电工程楚雄换流站直流阀组在解锁状态时,若需要操作500kV直流阀组进线中间断路器,就必须到间隔控制单元(6MD66)进行就地解联锁操作,而无法在后台工作站进行远程自动操作。为此对楚雄换流站站交流场中间断路器分合操作逻辑进行分析,找出无法后台远方操作的原因并提出修改方案,使运行人员可在主控室后台工作站进行远方分合操作。

直流系统分层接入方式下滤波器断路器的分断特性分析

特高压直流分层接入高低端换流器后,会对换流站及所接入交流系统的过电压、谐振特性等产生影响,交流滤波器断路器的分断性能对系统的可靠运行影响显著。针对±800k V直流系统分层接入方式下交流滤波器的断路器分断特性开展研究,建立了系统电磁过程电路分析模型,分析了不同工况条件和故障类型条件下断路器的特性。结果表明,双极运行工况下直流线路出现接地故障需要切除全部交流滤波器时,断路器断口恢复电压峰值最大;交流系统出现接地故障切除全部交流滤波器时,开断电流峰值最大;随着滤波器无功容量的增大,断路器开断电流增加。切除相同容量大组滤波器时,小方式下断路器开断电流比大方式下开断电流更大;在同一系统运行方式下切大组滤波器和切小组滤波器的断路器最大断口恢复电压差异较小,断口恢复电压仅与系统运行方式和交流母线电压有关,而与滤波器容量关系不大。该文工作将为特高压直流系统设计和运行提供参考。