一种光隔高压触发电路的研究

根据逆变原理研究一种光隔高压触发电路 ,利用研制的 1 0 0 k V红外发射和接收二极管光隔离开关并采用其它措施 ,实现了高低设备以及控制电路之间的隔离 ,对整体电路触发的可靠性、控制灵敏度。

高隔离度高压脉冲电源的仿真与实验研究

火花隙开关的触发导通需要一个幅值高,上升速度快,与其他电路高度隔离的脉冲触发信号。首先通过PSpice仿真的方法对一种高压脉冲电源的方案进行了验证,并根据仿真结果选择了合理的电路参数,然后试制了高压脉冲电源,并对之进行了测试。结果表明,通过仿真分析的方法能够验证设计方案,简化和缩短研发过程,该高隔离度的高压脉冲电源能够提供25 kV以上的隔离强度,输出幅值为15 kV以上的负脉冲,满足触发火花隙开关的需求。

考虑敏感负荷需求和直流故障恢复能力的交直流混合配电网开关配置

通过合理配置隔离开关和断路器可以提升交直流混合配电网的可靠性。提出一种综合考虑敏感负荷可靠性需求和直流故障恢复能力的交直流混合配电网开关优化配置方法。针对敏感负荷的可靠性需求,建立兼顾经济性、停电次数与停电时间的开关优化配置模型;根据交直流混合配电网中不同类型元件故障导致负荷点停运时间的差异,同时考虑电压源换流器控制模型切换以及直流线路中负荷极间切换的故障恢复方式,对最小割集法进行改进,增加元件划分类型并建立接线切换域,实现计及交直流混合配电网恢复能力的可靠性指标的准确计算。算例结果验证了所提方法的合理性与有效性。

一种提高高压直流断路器机械开关触发回路可靠性的方法

快速机械开关是高压直流断路器设备中的关键部件,在短路故障发生时,依靠其快速可靠的分断来转移故障电流,触发回路作为快速机械开关核心触发单元,其可靠性直接决定着整个断路器能否可靠运行。对此,从快速机械开关触发回路的可靠性着手,针对现有触发回路不足,研究提高触发回路可靠性的方法,以降低因触发回路异常导致快速机械开关失效的概率,进一步提升快速机械开关运行的可靠性,保障直流电网安全、可靠运行。

脉冲功率电源触发电路研究

研究了脉冲功率电源中触发开关的触发导通特性。通过设计触发电路进行试验,研究了不同的触发电路对触发导通时间的影响,针对隔离触发电路提出了增加续流电路的方法。对比不同触发电路的触发性能,试验表明,电容直接放电续流触发电路性能良好,可使TVS的触发导通时间减小至1μs,且离散性小。

一种大功率晶闸管触发电路设计

根据晶闸管门极特性曲线和开关装置主回路特性，计算出触发脉冲幅值、频率、上升时间等关键参数；设计隔离驱动电路，对脉冲结束时变压器初、次级电路进行分析，给出了初、次级等效电路模型和触发电路参数的选取公式。实验验证表明：利用该触发电路可对脉冲功率开关在-40℃～100℃的宽温度范围内实现可靠触发，得到脉宽为30肛s、脉冲前沿小于3弘s、项降小于3％的脉冲波形，该实验结果和理论分析基本一致。

带陡化间隙的触发真空开关触发源研制

针对主电极间距20mm以上的沿面击穿型多棒极触发真空开关(TVS),研制了开关触发源。触发源利用脉冲变压器产生脉冲高压输出,在脉冲变压器高压侧并联小容值电容并在电容后串联陡化间隙。陡化间隙的加入可以使触发源输出不受触发沿面金属蒸气沉积的影响。通过调节间隙击穿电压也可以提高电容充电电压及储存能量,从而增加TVS触发沿面被击穿时注入到其中的触发能量。使用该触发源对TVS进行导通实验,结果表明,加入陡化间隙后的触发源输出能量大幅提高且不受触发沿面金属蒸气沉积的影响,能够实现TVS的100%可靠导通。

等离子体喷射触发型SF_(6)间隙开关触发寿命试验研究

为实现白鹤滩—江苏±800kV特高压混合直流输电工程可控自恢复泄能装置的快速控制,研制高气压大触发能量的新型等离子体喷射触发型SF_(6)间隙开关样机,该间隙开关触发腔采用两级触发腔沿面放电接续触发结构,可以实现在极低工作系数下1ms内的快速可靠触发。为提高SF_(6)间隙开关的触发寿命,搭建试验平台并进行试验研究。首先研究触发腔结构尺寸对SF_(6)间隙开关寿命的影响,结果表明增加第一级触发腔的沿面距离可以有效提高触发寿命,但不宜过长,否则会产生熄弧现象,故触发腔尺寸采用3.5mm+6mm;然后研究触发腔材料对触发寿命的影响,结果表明聚四氟乙烯的产气能力和抗烧蚀能力比较均衡,综合性能要优于添加二硫化钼或氮化硼的聚四氟乙烯,可以有效提高触发寿命达到583次;研究表明触发腔劣化是SF_(6)间隙开关触发寿命终止的根本原因,据此提出触发腔劣化过程的监测方法,根据触发过程中一级腔沿面闪络电压、二级腔导通时储能电容的剩余电压、二级腔导通时延、主间隙导通时延等特征参量随触发次数的变化可以监测触发腔的劣化过程,从而监测触发腔状态,提高可靠性。通过上述研究,SF_(6)间隙开关样机的触发寿命达到了583次,满足了工程需求,并具备触发腔状态监测功能,提高了可靠性。

PCB基密封并联平面触发火花隙开关的设计及性能

为了提高爆炸箔起爆系统(exploding foil initiator system,EFIs)的作用可靠性,减小系统体积、降低系统成本,采用印制电路板(printed circuit board,PCB)工艺设计了一种密封并联平面触发火花隙开关(planar triggered spark-gap switch,PTS)。根据三电极的结构设计参数,采用PCB工艺批量制备了PTS,单只并联PCB-PTS的尺寸为13.5 mm(l)×7.5 mm(w)×2.5 mm(h)。基于显微计算机断层扫描重建了开关的立体和断面图像,结果显示PCB工艺满足开关的加工精度需求。开展了电极间隙的静电场分布仿真以解释开关的导通过程,并且据此计算了开关的理论自击穿电压(self-breakdown voltage,USB)。开关的电气性能测试表明:(1)并联PCB-PTS的USB略低于理论计算值,约为2000 V;(2)在大约50%~95%的USB范围内开关均能被可靠触发工作,并且电流上升时间稳定在约121.8 ns,峰值电流大于1500 A,满足EFIs的使用特性需求。最后,将该开关应用于爆炸箔起爆器(exploding foil initiator,EFI)进行发火实验,在0.22μF/1400 V的放电条件下,成功起爆了HNS-Ⅳ炸药。

改进一种高压开关联锁电路触发保护的研究

变电所中高压开关的重要作用是通断和保护电路,主要以断路器和隔离开关为主,其动作顺序有严格要求,防止出现误操作造成电路供电中断或烧毁设备,在控制回路中加装联锁功能确保电路运行中按照既定规则完成开关的分合闸操作和信号状态显示。在传统控制回路中改进一种基于IGBT晶体管触发投切装置,有效反馈和检测高压开关与电路运行的安全与可靠。

机械式直流断路器换流支路用气体间隙开关方案及其诱导击穿特性

常规机械式直流断路器换流支路控制开关在快速操作、灵活控制和经济性兼容方面尚未完全满足配电网大规模应用的要求。为此,创新性地提出一种直流断路器换流支路用气体间隙开关方案,其操作性能受其触通特性的影响;进一步设计了样机,并搭建了用于研究其触通过程中喷射等离子体发展特性及其影响规律的触发试验平台。结果表明:气体间隙开关喷射等离子体诱导击穿过程可分为快速发展、饱和和消散3个阶段。随着工作系数的提高,气体间隙开关由饱和导通模式过渡到快速导通模式,触通时延及开关主间隙击穿时的等离子体临界喷射高度均随之降低。强绝缘、强电负性气体SF6对喷射等离子体的发展具有明显的抑制作用;气压增大对等离子体喷射也有明显的抑制效果,喷射速度和喷射高度均随之渐进减小,触通时延则随之增大。低气压下气体间隙开关主间隙在等离子体初次喷射过程中即可触通,而高气压下会存在明显的预击穿效应。研究成果可为直流断路器换流支路用特快速开关的设计提供理论指导,对于提高配电网快速开合技术的经济性、灵活性具有参考意义。