低压直流电弧检测与分断技术研究综述

低压直流电弧精准检测与快速分断技术是保障低压直流配用电系统安全、稳定、可靠运行的关键。首先综述轨道交通新场景下发展的直流故障电弧检测技术,分析多类基于时频域特征构建算法和基于机器学习的智能模型设计方式,介绍采用电磁、电流信号等特征的多种直流故障电弧定位技术。其次综述面向低压直流系统的快速分断技术,概述传统机械断路器开断方法,介绍基于电力电子器件发展的混合式断路器和固态断路器研究进展。最终提出低压电器设计领域发展方向,以期为相关研究人员提供参考。

杭州国家版本馆电气系统安全研究

国家版本馆是中华文明种子基因库,建设国家版本馆写入了国家“十四五”规划。电气系统作为建筑机电的一部分,安全可靠是第一要素。从供电电源、用电安全、长寿命电缆的使用等方面进行阐述:供电电源强调电源的独立性,在用电安全方面主要针对SPD在线监测系统、库藏区域故障电弧断路器的使用和KNX总线展开论述,布线系统采用长寿命电线线缆。上述技术措施和产品的使用构建了杭州国家版本馆坚强的配电系统。

限流型直流变压器拓扑结构及其暂态特性研究

能量路由器的核心元件为双有源桥(dual active bridge,DAB)直流变压器,针对其短路故障时电流上升速率快,峰值大,导致DAB内部电力电子器件闭锁的问题,该文提出一种具有限流型结构的直流变压器,限流装置结构为从DAB高压侧H桥连接单相整流桥,再与输出端口的限流电感相连。当直流系统发生短路故障时,限流型直流变压器采用混合控制算法进行整流,为限流电感提供钳位电压,限制故障电流的峰值,并与断路器配合实现无弧开断,该方法避免DAB中电力电子器件发生闭锁,快速实现故障限流和隔离。在仿真系统中搭建了基于10kV/750V直流变压器的限流型直流变压器的模型,仿真结果表明限流型直流变压器与断路器配合实现故障限流和隔离的有效性和可行性。

导向式框架断路器拉弧分析及预防

本文基于导向式框架式断路器在使用过程中,发生连接排触头及框架母线触头发生故障拉弧及触点烧毁实际情况,提出技术和管理上的改进。发生故障电弧时,其电流并未达到脱扣器设定的脱扣电流。对故障断路器位置指示的摇进机构进行解体后发现,位置指示磨损,工作人员的不规范操作,造成止动片断裂,从而使断路器发生拉弧事故。结合以上情况制定的预防措施为:定期检查摇进机构的位置指示情况、止动片磨损或断裂情况,对操作人员进行正规操作的培训。

高压断路器燃弧故障自动检测方法研究

燃弧故障呈现高频震荡衰减特性,导致传统方法难以精准检测高压断路器燃弧故障,基于此,研究高压断路器燃弧故障自动检测方法。提取高压断路器在燃弧故障时刻运行电流信号的波形、峰值、均方根值、裕度、峭度等时域特征参数,利用SVM训练和学习提取的时域特征,分类识别断路器的正常状态和燃弧故障状态,实现高压断路器燃弧故障的自动检测。结果表明,设计方法检测的数据和实际录波数据之间的最大偏差仅为1.46 A,检测结果可靠且准确。

交流滤波器支路断路器高频燃弧故障检测研究

为了维持系统动态无功平衡,换流站交流断路器需要频繁的投切滤波器组,容易出现击穿燃弧事故,破坏断路器的绝缘能力甚至引发爆炸等恶性事故。由于断路器燃弧故障电流呈现高频振荡衰减特性,振荡持续时间短,无固定稳态周期,无明显零休区间,现有的燃弧故障检测方法难以适用。针对该问题,该文通过分析预击穿阶段和稳态燃弧阶段的电弧电流特性,提出一种基于一阶累加生成和平均偏移度的断路器高频燃弧故障检测方法。仿真分析不同故障条件下算法的正确性和适用性,现场录波数据证实算法的有效性。

低压电器智能化发展的几个动态

智能技术是把电器元件和配电装置以及整个配电系统连接和综合起来的纽带,也是促进低压电器向多功能、高性能和小型化发展的关键。从低压断路器智能脱扣器功能的增强和扩展、接触器的异步组合式智能控制及电弧故障断路器几个方面来介绍近期低压电器智能化发展的动态。

近区故障瞬态恢复电压计算与分析

瞬态恢复电压(TRV)是校核断路器开断能力的重要指标,近区故障因其TRV起始部分的上升速率高,电弧难以熄灭。针对Mayr电弧只适用于描述电流过零后高电阻电弧状态,而Cassie模型只适用于描述电流过零前低电阻电弧状态,采用Cassie和Mayr电弧模型串联的形式,对一个最高电压245kV,开断电流50 kA的断路器,利用ATP-EMTP计算了L_(75)和L_(90)近区试验故障的TRV。研究表明,同断路器端部故障比较。

新型防火灾保护电器发展趋势及标准研究

介绍了新型防火灾保护电器——电弧故障保护电器国内外产业领域现状和发展趋势,提出了国家标准制定的的主要内容及产品的技术难点。指出应开发并推广适应我国供电类型、用电设备的电弧故障保护电器,以提供完整的火灾保护措施。

碳电极直径与负载特性对故障电弧断路器响应时间影响研究

为解决故障电弧断路器动作响应滞后、效率低等问题,基于电气火灾多发原因与防控实验装置、功率因素可调式负载柜,搭建故障电弧模拟实验台,研究故障电弧断路器响应时间影响因素,利用功率分析仪统计断路器响应时间。研究结果表明:纯电阻电路中,断路器响应时间随碳电极直径增大而缩短;在负载功率P=800,2000 W条件下,碳电极直径D≥2 mm时,断路器瞬时保护率达100%;负载功率P=3200 W时,断路器瞬时保护率小于50%;碳电极直径D为1,2 mm时,断路器最佳负载功率保护区间分别为[1200,1600]W,[800,2400]W,碳电极直径为2 mm的保护区间范围较宽,安全可靠性更高;感性电路中,断路器响应时间随功率因数减小而延迟,功率因数对断路器动作响应时间的影响随负载功率增加而降低。研究结果可为故障电弧断路器响应时间的设定提供参考。

一起交流滤波器用断路器击穿事故分析

在高压直流输电系统中,由于交流滤波器用断路器投切频繁,工作环境恶劣,高压断路器开断电路后容易发生绝缘击穿故障。基于一起交流滤波器燃弧故障实例,简述了事故过程,分析了断路器处于正常工作阶段、击穿故障阶段、持续性燃弧熄弧阶段和完全击穿阶段等不同阶段时相应的滤波器支路电压电流特性,计算了断路器正常工作时电流谐波含量和总谐波畸变率。最后,通过分析各个阶段的电弧电压和电流动态变化录波波形以及现场断路器解体检查情况,总结了燃弧故障发生的原因,并提出相关建议,为交流滤波器用断路器的生产和运维检修提供了依据。

航空电弧断路器的研究及应用

介绍了一种检测航空交流故障电弧的方法,通过频域中的滤波后,在时域中进行检测,在软件中加入甄别判据。最后,从民机的安全性出发,总结了电弧检测断路器在民机上的应用。

转子弹簧对塑壳断路器燃弧平衡影响的研究

在短路故障发生时,由于塑壳断路器转子转轴中心浮动间隙的存在,导致两个断口的燃弧不会完全一致。当不平衡性达到一定程度时,会造成短路保护的失败。通过实验改变短路故障发生相,以直观的图形和数据对比了两种不同弹簧构成的转子系统在短路故障发生时的燃弧平衡性,结果表明转子弹簧对燃弧平衡有显著影响,压簧设计转子在平衡性方面更具有优越性,为完善断路器转子设计提供了支撑。

无弧限流式混合断路器

本文介绍一种名为混合限流式断路器(H—CLID)的简化的直流/交流混合断路器。当主触头处于闭合位置时其两端的电压降与机械式断路器为同一数量级,然而限流能力和电流分断能力却几乎与强迫换流的无触点晶闸管断路器相同。和可实现接通和分断功能的混合断路器相比,H—CLID的设计却简化多了。在H—CLID中使用了可更换触头,这样H—CLID又相当于一个熔断器。 开发了两个H—CLID模型,一个为物理模型,其额定参数为4OOA/380VAC,一个为工业模型,其额定参数为1600A/500VDC,对这些模型进行了一系列实验,这些实验包括:在低压系统中进行预期电流达75kA(有效值)的交流电流分断;在低压配电屏上分断交流/直流于扰电弧;在低压系统中分断由发电机或换流器提供的直流电流,其为实际非限流的预期电流和分断高感性电路中的直流负荷电流(恒流电抗器)。 以上所有试验都证实了H—CLID可进行无弧分断,并且几乎完全消除了短路电流及干扰电弧的破坏作用。H—CLID最好的使用场合是低压AC/DC开关设备中的“寿命保护”,它可以用来对二极管、晶闸管变换器中的内部故障进行快速保护,这样就可以省去在变换器电路中保护半导体的熔断器了。

基于故障录波的交流断路器燃弧故障检测方法有效性评估

对一种交流断路器高频燃弧故障实时检测方法进行可靠性验证。首先从检测算法的理论依据出发分析高频燃弧故障的暂态过程,以检测算法的判据标准为切入点,从数学的角度对其合理性与准确性进行分析验证,验证了检测算法中阈值设定的缺陷。其次,通过现场实际燃弧故障数据验证该方法是否能完全达到对燃弧故障准确识别的预期目的。最终验证结果表明,所验证的交流断路器高频燃弧故障实时检测方法不能有效检测出断路器高频燃弧故障。

一种高压断路器电弧故障检测保护方法及其装置的设计与开发

介绍了高压交流断路器开断试验的基本情况及其国内外电弧故障检测现状,提出了一种高压断路器开断试验中重燃弧故障的保护方法。详述了保护装置设计开发的硬件和软件部分,通过试验检测和示例应用,验证了保护方法的可行性和装置的可靠性。所提保护方法和装置符合标准要求,提高了检验效率和定位精度,保证了检测的公正性和故障定位的有效性,具有一定的推广和借鉴意义。

真空断路器灭弧能力现场检测技术

真空断路器由于真空泄漏难以发现且不会改变机械特性,因此现有方案对于真空断路器的检测存在极大的盲区。提出了利用直流电流注入电气量的变化,直接反映断路器灭弧能力的检测技术方案。该技术可以实现用较小的试验电流直接验证真空断路器的短路电流分断能力,具有较好的实用性。

故障电弧电流检测应用实例

传统的断路器只针对过流、短路、漏电进行保护,但电气绝缘破损引起的空气击穿或者电气连接松动等原因造成的故障电弧才是引起电气火灾的主要原因,传统的断路器是不能检测这种故障。随着电弧故障引起的事故越来越多,电弧故障检测的技术越发重要,针对电弧故障的研究也越来越多。本文介绍了故障电弧定义、目前的检测技术、执行的标准以及列举了一个电流检测方法的电路例子,希望故障电弧检测产品可以造福人类。

基于振荡回路的光伏直流断路器拓扑结构设计

针对光伏直流系统汇流箱内传统断路器分断燃弧剧烈、触头烧蚀严重等问题,提出了一种基于振荡回路的光伏直流断路器拓扑。该拓扑结构可有效抑制故障电流增长速度,实现对燃弧的有效控制。同时,利用系统电源为振荡支路自充电,避免了烦琐的充电步骤,提高了断路器的可靠性。为了进一步提升性能,采用晶闸管器件转移故障电流,抑制分断燃弧。为加快故障电流的分断速度并降低机械开关绝缘要求,增设了接地引流二极管和反并联晶闸管支路,配合振荡支路及耗能支路实现故障电流快速换流与阻断。对所提断路器拓扑结构进行原理分析和参数设计,利用MATLAB/Simulink搭建直流断路器模型进行仿真验证,同时进行了小电流开断的初步试验验证。结果表明该拓扑与传统光伏断路器相比可显著抑制燃弧、加快熄弧速度,能够有效降低汇流箱火灾隐患、提高光伏系统运行可靠性。