真空与气体一体化串联机械开关及其直流快速转移应用

为提升中压混合式直流断路器的自然换流性能,该文提出一种真空与气体一体化串联机械开关,分析真空与气体一体化串联用于电流转移性能的工作原理。并基于此设计了双超程联动的真空与气体一体化串联开关实验样机,研究了气体类型、气压、触头结构、触头材料等参数对电弧电压特性的影响规律,确定了W70Cu桥式两触点结构,采用H2和N2体积比为2:3、气压为0.3 MPa的氢氮混合气体,弧压可由20 V提升到120 V,电流转移时间由1 900μs缩短至300μs。同时测试了静态瞬态开断电压(TIV)分布特性,真空间隙承担主要电压(55%),串联整机耐压水平为20 kV。验证了真空与气体一体化串联开关应用于中压混合式直流断路器的可行性和有效性。

混合式直流断路器内部关键参数对电弧电流转移特性的影响研究

真空电弧电流转移是自然换流型混合式直流断路器开断过程中的一个重要组成部分。文中通过建立真空电弧电流转移的理论分析模型,得出影响真空电弧电流转移的主要因素为真空电弧电压、内部杂散电阻电感参数和电力电子器件的串并联结构。实验方面,通过改变电力电子开关中电力电子器件的串联或并联个数研究了电力电子器件的串并联结构对真空电弧电流转移特性的影响,通过改变电力电子开关中杂散电感或电阻的数值和所处位置研究了内部杂散电阻电感参数对真空电弧电流转移特性的影响。最后,探究了促进电弧电流转移的方法。本研究将为混合式直流断路器的结构设计和参数优化提供理论依据。

混合型直流真空断路器小间隙下的分断特性

混合型直流真空断路器技术是舰船电力系统短路保护的有效方式,其换流参数的优化设计取决于真空灭弧室的分断特性。利用可拆卸真空灭弧室,研究了直径为45 mm的Cu Cr50平板触头在直流3-5 k A,燃弧时间约为50μs,触头开距约0.5 mm的分断过程中,灭弧室电流下降过零变化率di/dt对电弧性能的影响。实验结果表明：di/dtμ90 A/μs时,灭弧室电流过零后继续流通;di/dtμ60 A/μs时,灭弧室电流过零截止,电弧熄灭,可以为介质恢复过程创造近似零电压的恢复条件。实验条件下,经过约50μs的近似零电压恢复过程,真空间隙介电强度恢复到静态耐压水平,击穿电压幅值主要受触头表面状态的影响。实验结果可以用于指导低压混合型直流真空限流断路器的研发。

国内外混合式断路器发展与研究现状

混合断路器综合了传统开关的优点,克服了各自的缺点,是未来智能电网的发展趋势与研究热点。为此探讨了国内外混合断路器的发展与研究现状,并根据混合断路器的结构及工作原理对其进行了分类,重点对基于真空与SF_6串联构成的混合断路器及基于电力电子的混合断路器的工作原理、结构型式、应用领域及发展趋势进行了综述,基于真空与SF_6串联的混合断路器的动态绝缘特性、操动机构精度及最佳协同控制策略的研究,将推进其在高压大电流领域的应用。基于电力电子开关的混合断路器的电流转移特性、快速操动结构及短路开断控制策略等关键技术的突破,将为其在低压直流开断领域的应用奠定基础。

整流发电机出口断路器分析与设计

现代舰船中压直流电力系统中,由整流发电机组构成电源,其出口断路器保护要求为发电机侧故障时瞬动和电网侧故障时短延时耐受后再分断。本文阐述了一种基于强迫换流原理的双向混合型直流真空断路器的工作原理,重点对换流过程进行了理论和仿真分析,改进了拓扑结构。通过对换流支路阻抗的双向非对称设计,进行分流比的方向调节,优化了换流参数。研制了额定5k V/6k A断路器样机,等效试验验证了理论分析和参数选择的有效性。

应用于混合式直流断路器的电流转移方法

电流转移是混合式直流断路器能够成功开断电流的前提,针对混合式直流断路器的电流转移特性展开了研究。首先通过试验测量具有不同触头结构及触头材料的真空电弧电压。试验结果表明电流为0~1 k A时,电弧电压约16~22 V;且改变触头结构、触头材料及触头开距等无法有效提高电弧电压,所以提高真空电弧电压以驱动电流转移的方法并不可行。为此,首次提出了一种应用换流驱动电路的电流转移方法。对换流驱动电路建立了数学模型,并通过试验验证了仿真模型。最后,针对基于换流驱动电路的混合式直流断路器,设计试验回路并进行了电流转移等效模拟试验。试验结果表明:该电流转移方法能够保证混合式直流断路器中电流在200μs时间内可靠转移。该试验结果验证了基于换流驱动电路的电流转移方法应用于混合式直流断路器的有效性。

低压混合式直流断路器中真空电弧电流转移判据

低压混合式直流断路器的电流转移性能对其开断过程起到至关重要的作用。为获得其电流转移特性及判据,分析低压混合式直流断路器的结构与工作原理,提出真空电弧电流转移过程简化电路。搭建低压混合式直流断路器真空电弧电流转移实验研究平台,采用高速 CMOS 相机观察转移过程中真空电弧发展演变规律。研究电流大小、转移支路参数、燃弧时间等对电流转移特性的影响规律,得到了真空电弧电流转移判据。通过修正参数得到适用于低压混合式直流断路器的真空电弧电流转移改进判据,并通过 400V/5kA 混合式直流断路器样机验证了其有效性,为高性能低压混合式直流断路器研制提供了参考。

混合型直流真空断路器过电压分析与保护方法

介绍了混合型直流真空断路器的工作原理,分析了其面临的过电压问题。利用等效电路模型阐述了合闸过电压的产生机理,指出了关合过电压是造成换流晶闸管损坏的原因。针对限压器和阻容保护装置保护方法的不同特点,提出了金属氧化物压敏电阻MOV和阻容保护装置相结合的过电压保护措施。最后,试验验证了分析和方法选择的正确性。

10kV自然换流型混合式直流断路器中真空电弧电流转移特性研究

围绕应用于?10kV直流配电领域中的自然换流型混合式直流断路器的电弧电流转移特性展开研究。开断过程中,机械开关支路在没有辅助换流装置的情况下,需要在真空电弧电压的作用下实现电流向主关断支路的转移。文中建立了真空电弧电流转移的数学模型,确定了电弧电压、转移回路电感电阻参数、电力电子支路的导通压降是影响真空电弧电流转移的主要因素。实验方面首先对具有不同触头结构及材料的真空灭弧室进行了电弧电压测量,实验表明真空电弧电压可以同电力电子支路进行配合;在此基础上,采用IGBT作为电力电子支路开关,进行真空电弧电流向电力电子支路的转移实验,并研究了回路电感电阻参数对于转移特性的影响;最后,设计实现了10kV自然换流型混合式直流断路器,并对开断进行了实验:真空灭弧室电弧电流在1.5ms内完全转移到电力电子支路,关断电流3.6kA、关断过电压21.4kV,验证了该方案的可行性。